秦永軍
(國(guó)家能源集團(tuán)國(guó)電電力青海新能源開(kāi)發(fā)有限公司,青海 西寧 810000)
風(fēng)能作為自然資源,是新能源的重要組成內(nèi)容,借助于風(fēng)能進(jìn)行發(fā)電是當(dāng)前新能源發(fā)電的主導(dǎo)方法,而且該發(fā)電方法越來(lái)越受到世界各國(guó)的關(guān)注。目前我國(guó)能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)仍存在許多不足之處,能耗供需方面結(jié)構(gòu)性矛盾相對(duì)突出,通過(guò)應(yīng)用風(fēng)力發(fā)電技術(shù),可以有效降低不可再生能源的消耗,實(shí)現(xiàn)對(duì)自然生態(tài)環(huán)境的有效維護(hù),保持生態(tài)資源的可持續(xù)發(fā)展。通過(guò)對(duì)風(fēng)能實(shí)施有效控制和管理,積極應(yīng)用風(fēng)力發(fā)電技術(shù),可以進(jìn)一步優(yōu)化我國(guó)的能源消費(fèi)結(jié)構(gòu),確保能源的安全。
近年來(lái)科學(xué)技術(shù)發(fā)展速度較快,各國(guó)越來(lái)越重視發(fā)展可再生能源,特別是借助于風(fēng)能進(jìn)行發(fā)電已成為大部分國(guó)家的主要發(fā)電模式。由于自然界中風(fēng)能資源十分充足,通過(guò)對(duì)風(fēng)能進(jìn)行合理利用,不僅能夠降低環(huán)境污染,還能夠?qū)δ茉磪T乏現(xiàn)象起到一定的緩解作用。通過(guò)增加風(fēng)力發(fā)電在能源結(jié)構(gòu)中的占比,還可以實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化調(diào)整,實(shí)現(xiàn)能源的合理利用。
我國(guó)擁有豐富的資源,特別是風(fēng)能資源十分豐富,無(wú)論是陸地風(fēng)能資源還是海洋風(fēng)能資源,能夠開(kāi)發(fā)的數(shù)量十分龐大,豐富的風(fēng)能資源為我國(guó)發(fā)展風(fēng)力發(fā)電打下了良好的基礎(chǔ)。
近年來(lái)我國(guó)風(fēng)能發(fā)電項(xiàng)目及發(fā)電量已位居世界首列,而且在不斷發(fā)展過(guò)程中,風(fēng)力發(fā)電廠數(shù)量不斷增加,風(fēng)電裝機(jī)容量增多。盡管近兩年受相關(guān)因素影響,但我國(guó)風(fēng)力發(fā)電行業(yè)的發(fā)展仍超出了預(yù)期。特別是我國(guó)碳達(dá)峰行動(dòng)目標(biāo)的提出,為了促進(jìn)煤炭能源耗費(fèi)快速達(dá)到峰值,政府有效控制二氧化碳排放量,通過(guò)推進(jìn)風(fēng)力發(fā)電行業(yè)的穩(wěn)定運(yùn)行,可以減少碳排放量,促進(jìn)碳達(dá)峰和碳中和目標(biāo)的實(shí)現(xiàn),這也是當(dāng)前風(fēng)力發(fā)電快速發(fā)展的主要原因。
自我國(guó)提出風(fēng)力發(fā)電的建議,最初風(fēng)力發(fā)電技術(shù)相對(duì)滯后,缺乏相關(guān)的配套產(chǎn)業(yè)支持。但隨著風(fēng)電設(shè)備研究和生產(chǎn)實(shí)力的提升,國(guó)產(chǎn)風(fēng)電設(shè)備越來(lái)越受到專業(yè)人員的認(rèn)可。近年來(lái)我國(guó)風(fēng)電設(shè)備國(guó)產(chǎn)化舉措取得了顯著的成效,風(fēng)力發(fā)電機(jī)的價(jià)格大幅下降。特別是隨著我國(guó)電力設(shè)備制造業(yè)的高效發(fā)展,在我國(guó)風(fēng)力發(fā)電設(shè)備制造業(yè)中,跨國(guó)公司將逐步退出市場(chǎng),風(fēng)電設(shè)備的國(guó)產(chǎn)化使價(jià)格日趨下降,為風(fēng)力發(fā)電提供了更好的發(fā)展驅(qū)動(dòng)。
在當(dāng)前市場(chǎng)應(yīng)用過(guò)程中,風(fēng)力發(fā)電技術(shù)具有較強(qiáng)的經(jīng)濟(jì)性優(yōu)勢(shì)。通過(guò)發(fā)展風(fēng)力發(fā)電,電價(jià)下降速率較快,而且風(fēng)力發(fā)電效率較高,消耗成本相對(duì)較低,再加之風(fēng)能的充足性,在實(shí)現(xiàn)應(yīng)用風(fēng)力發(fā)電技術(shù)方面,其經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)將會(huì)越來(lái)越明顯。風(fēng)能作為清潔能源,不會(huì)給自然環(huán)境帶來(lái)污染。特別是當(dāng)前我國(guó)風(fēng)力發(fā)電建設(shè)工程水平的提升,設(shè)施成本消耗大幅度下降,部分地區(qū)內(nèi)力發(fā)電成本低于發(fā)電機(jī)的成本。通過(guò)大范圍的利用風(fēng)能,還能夠控制二氧化碳排放率,對(duì)于生態(tài)環(huán)境的保護(hù)具有積極的意義。
3.1.1 定速風(fēng)力發(fā)電
定速風(fēng)力發(fā)電技術(shù),主要是借助雙速感應(yīng)發(fā)電機(jī)來(lái)進(jìn)行發(fā)電的。在風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中,低風(fēng)速區(qū)域使用小功率低速感應(yīng)發(fā)電機(jī),高風(fēng)速區(qū)域使用大功率高速感應(yīng)發(fā)電機(jī)。在實(shí)際運(yùn)行中,如果其風(fēng)速超過(guò)了額定限度,則可以采取葉片失速方式,對(duì)風(fēng)能使用系數(shù)進(jìn)行有效降低,同時(shí)風(fēng)能使用系數(shù)會(huì)與最大值存在一些偏差,使得風(fēng)能無(wú)法得到充分利用,因此很多情況下風(fēng)機(jī)是在低效狀態(tài)下運(yùn)行的。
3.1.2 變速風(fēng)力發(fā)電技術(shù)
首先是雙饋感應(yīng)風(fēng)力發(fā)電。其工作范圍會(huì)與系統(tǒng)變流器設(shè)計(jì)產(chǎn)生一定關(guān)系,一般變流器的實(shí)際容量處于額定功率20%~30%,經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)良好。從風(fēng)力發(fā)電角度考慮,在電網(wǎng)產(chǎn)生故障之后,可以立即進(jìn)行低電壓快速穿越,在此情況下發(fā)電系統(tǒng)會(huì)產(chǎn)生的電流峰值較大,要避免影響到系統(tǒng)安全運(yùn)行,需要采用適宜的保護(hù)機(jī)制。其次是全功率變流器結(jié)合增速齒輪箱風(fēng)力風(fēng)電。這種發(fā)現(xiàn)技術(shù)利用了全功率變流器進(jìn)行發(fā)電參數(shù)調(diào)整,發(fā)電機(jī)可以選擇的對(duì)象也比較多,包括永磁發(fā)電機(jī)、同步發(fā)電機(jī)等,通過(guò)直驅(qū)或齒輪箱的作用,使其與風(fēng)機(jī)有效連接,采用變流器和電網(wǎng)可以連接發(fā)電機(jī)。由于在電網(wǎng)發(fā)生故障之后,需要進(jìn)行低電壓穿越,采用這一技術(shù)更容易實(shí)現(xiàn),并且可保證其具備良好的操控性。最后是并網(wǎng)控制和變流器。在變速風(fēng)力發(fā)電中,在風(fēng)速變換基礎(chǔ)上變流器要根據(jù)其變化,通過(guò)將風(fēng)機(jī)實(shí)際輸出隨其變化的交流電換成與電網(wǎng)電壓、頻率相同,與電網(wǎng)實(shí)現(xiàn)柔性連接,以最大程度上獲得風(fēng)能最大值。
風(fēng)電接入網(wǎng)技術(shù)作為風(fēng)力發(fā)電技術(shù)中較為關(guān)鍵的一種技術(shù),主要以分布式接入技術(shù)和集中接入技術(shù)為主。分布式接入技術(shù)更適宜應(yīng)用在一些規(guī)模較小的風(fēng)電場(chǎng)中,即在10 kV 或者是35 kV 的電網(wǎng)中應(yīng)用效果更好。這類電網(wǎng)建設(shè)時(shí)存在一定的分散性,采用分布式電源形式接入電網(wǎng)系統(tǒng),每個(gè)電源點(diǎn)容量較小,可以保證電網(wǎng)穩(wěn)定的運(yùn)行。集中接入技術(shù)在一些規(guī)模較大及長(zhǎng)距離輸送電力的風(fēng)電場(chǎng)中更具適用性。通過(guò)針對(duì)風(fēng)電場(chǎng)或是多個(gè)風(fēng)電場(chǎng)的電能進(jìn)行集中,并經(jīng)由變壓器進(jìn)行轉(zhuǎn)換,升高電壓,借助于供電線路將其輸送到終端。通過(guò)采用集中接入技術(shù),可以實(shí)現(xiàn)大型風(fēng)電場(chǎng)或是多個(gè)風(fēng)電場(chǎng)電能的集中輸送。
在當(dāng)前一些規(guī)模較大的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中會(huì)應(yīng)用到電子變流器技術(shù)。通過(guò)電子變流器的應(yīng)用,可以有效提高風(fēng)能的轉(zhuǎn)率,對(duì)轉(zhuǎn)換后電力傳送的效率及風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)運(yùn)行的質(zhì)量提升具有極為重要的作用。在實(shí)際電子變流器應(yīng)用過(guò)程中,由于該裝置具有穩(wěn)定的性能,技術(shù)更具可靠性,可以對(duì)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中的無(wú)功功率進(jìn)行有效控制和調(diào)整。特別是將電力電子變流器與PWM整流器聯(lián)合進(jìn)行應(yīng)用,可以對(duì)控制系統(tǒng)最大功率進(jìn)行有效控制,并通過(guò)應(yīng)用矢量控制系統(tǒng)中的有功和無(wú)功功率,還能夠解除兩者之間的障礙,使無(wú)功功率與系統(tǒng)運(yùn)行的要求相符,進(jìn)一步保證有功功率傳輸量最大化目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。通過(guò)調(diào)整電子變流器,還可以對(duì)有功和無(wú)功功率進(jìn)行有效控制,達(dá)到對(duì)風(fēng)電系統(tǒng)控制的目的,進(jìn)一步保證風(fēng)電系統(tǒng)運(yùn)行的質(zhì)量和安全。
在實(shí)際風(fēng)力發(fā)電技術(shù)中,風(fēng)輪控制技術(shù)是其中較為重要的一項(xiàng)技術(shù),將其在風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中進(jìn)行應(yīng)用,可以有效提高風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性和安全性。在實(shí)際應(yīng)用風(fēng)輪控制技術(shù)過(guò)程中,主要是借助于功率信號(hào)的反饋,及時(shí)了解風(fēng)輪功率的信號(hào)系統(tǒng),并解析功率間的數(shù)值關(guān)聯(lián),以此為基礎(chǔ),針對(duì)相關(guān)曲線圖進(jìn)行測(cè)繪。因此在實(shí)際操作過(guò)程中,應(yīng)剖析最大功率和系統(tǒng)產(chǎn)生的實(shí)際輸出功率,并獲取到功率差值,通過(guò)對(duì)風(fēng)輪槳葉角進(jìn)行調(diào)整,從而保證風(fēng)輪綜合運(yùn)行功率的最大化。在實(shí)際風(fēng)輪控制技術(shù)應(yīng)用過(guò)程中,通過(guò)對(duì)葉尖速比進(jìn)行掌控,可以不斷對(duì)風(fēng)速運(yùn)行系統(tǒng)進(jìn)行完善,確保運(yùn)行效率達(dá)到預(yù)期的目標(biāo)。
無(wú)功補(bǔ)償和諧波消除技術(shù)在新能源風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的應(yīng)用中具有重要的作用,同時(shí)也是保證風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵所在。應(yīng)用無(wú)功功率補(bǔ)償技術(shù),可以有效提高供電效率,并對(duì)供電環(huán)境起到一定的改善。由于電壓在流向感性元件過(guò)程中,當(dāng)電壓較高時(shí)會(huì)通過(guò)感性元件電流損傷到元件,利用無(wú)功功率補(bǔ)償技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)高次諧波的有效控制。另外,在實(shí)際風(fēng)機(jī)發(fā)電過(guò)程中,一些高次諧波會(huì)導(dǎo)致電能質(zhì)量偏低問(wèn)題的出現(xiàn),因此應(yīng)濾除高次諧波,并利用交變電流傳感器等電力設(shè)施,消除掉高次諧波。也可以通過(guò)采用電容器組來(lái)對(duì)無(wú)功功率大小進(jìn)行調(diào)整,以此來(lái)對(duì)諧波帶來(lái)的負(fù)面影響進(jìn)行消弱。
我國(guó)風(fēng)力發(fā)電的發(fā)展宜嚴(yán)格遵循新能源的發(fā)展原則,在實(shí)際工作中要強(qiáng)調(diào)對(duì)安全問(wèn)題的重視。在風(fēng)力發(fā)電過(guò)程中,要求風(fēng)力發(fā)電裝置要能夠滿足正常的電力負(fù)荷需求,而且在實(shí)際應(yīng)用風(fēng)力發(fā)電源時(shí),工作人員還要重視與其他電源的有機(jī)協(xié)調(diào),進(jìn)一步保障電力系統(tǒng)的穩(wěn)定和安全運(yùn)行。在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中,還要在保證資源節(jié)約的基礎(chǔ)上,為風(fēng)力發(fā)電提供強(qiáng)有力的支持,最大限度實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排。另外,還要將經(jīng)濟(jì)性原則落實(shí)到位,具體要以新能源發(fā)電總量作為指導(dǎo)內(nèi)容,針對(duì)其技術(shù)的經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行深入研究,從而促進(jìn)我國(guó)風(fēng)力發(fā)電比重的優(yōu)化。
在新能源風(fēng)力發(fā)電過(guò)程中,需要對(duì)風(fēng)力發(fā)電成本實(shí)施有效管理。目前我國(guó)風(fēng)力發(fā)電工程所在地域多位于較為開(kāi)闊的地區(qū),這也使成本回收周期相對(duì)較長(zhǎng),投資量較大,需要較多的設(shè)備,同時(shí)施工條件相對(duì)復(fù)雜,對(duì)于技術(shù)具有較高的要求,這就要求在實(shí)際投資時(shí),對(duì)風(fēng)險(xiǎn)和投入資本進(jìn)行明確。同時(shí)工程受自然環(huán)境影響較大,風(fēng)能資源自身具有不穩(wěn)定性,對(duì)風(fēng)電成本的高低具有一定的制約,再加之工程較為復(fù)雜,這也需要一定的開(kāi)發(fā)成本。目前我國(guó)還沒(méi)有完整的風(fēng)能資源分布圖,這也使企業(yè)在工程選址時(shí)需要投入大量生產(chǎn)成本進(jìn)行開(kāi)發(fā),導(dǎo)致工程投資成本增加,因此在實(shí)際投資過(guò)程中,宜對(duì)廠址進(jìn)行科學(xué)規(guī)劃,從而為后續(xù)工作開(kāi)展提供重要的保障。
當(dāng)前我國(guó)市場(chǎng)中對(duì)于風(fēng)力發(fā)電需求量不高,而且市場(chǎng)相對(duì)混亂,這就要求工作人員開(kāi)展市場(chǎng)調(diào)查時(shí),需要嚴(yán)格按照市場(chǎng)準(zhǔn)入制度、針對(duì)市場(chǎng)狀況實(shí)施科學(xué)合理的監(jiān)管。在實(shí)際工作中,要求相關(guān)部門(mén)要落實(shí)好風(fēng)電行業(yè)的市場(chǎng)監(jiān)督工作,積極對(duì)市場(chǎng)建設(shè)進(jìn)行完善,并制定更為科學(xué)完善的制度,維護(hù)好市場(chǎng)的秩序,這樣可以避免風(fēng)電投資過(guò)程中產(chǎn)生額外風(fēng)險(xiǎn),促進(jìn)風(fēng)電市場(chǎng)的健康、可持續(xù)發(fā)展。
風(fēng)力發(fā)電作為新興項(xiàng)目,在具體開(kāi)展過(guò)程中企業(yè)投入較大,因此離不開(kāi)國(guó)家和社會(huì)的支持。在企業(yè)開(kāi)展項(xiàng)目時(shí),需要獲得政府的支持。針對(duì)于風(fēng)電價(jià)格,為了使其能夠與常規(guī)能源進(jìn)行合理競(jìng)爭(zhēng),市場(chǎng)需要政府給予風(fēng)電企業(yè)相應(yīng)的財(cái)政補(bǔ)助,最大程度幫助企業(yè)投資和生產(chǎn)工作的有序開(kāi)展。特別是在稅收方面,應(yīng)給予風(fēng)電企業(yè)相應(yīng)的稅收優(yōu)惠,降低企業(yè)運(yùn)營(yíng)成本,這可以為風(fēng)電項(xiàng)目的開(kāi)展提供有效的資金保證。當(dāng)前我國(guó)風(fēng)電企業(yè)仍處于創(chuàng)新探索階段,政府在信貸政策方面也要給予一定的優(yōu)惠,并將優(yōu)惠政策落實(shí)到位,從而為風(fēng)電企業(yè)的順利發(fā)展提供重要保障。
當(dāng)前我國(guó)風(fēng)電新能源的發(fā)展仍存在許多不足之處,特別是風(fēng)力發(fā)電技術(shù)還不完善,對(duì)于自然條件存在較高的依賴性,當(dāng)前風(fēng)能的開(kāi)發(fā)利用多以海風(fēng)產(chǎn)生的風(fēng)能為主,一直沒(méi)有研發(fā)大容量的風(fēng)力發(fā)電,系統(tǒng)開(kāi)發(fā)利用相對(duì)不足,這也對(duì)風(fēng)電技術(shù)的發(fā)展速度帶來(lái)了一定的影響,從而導(dǎo)致我國(guó)風(fēng)電技術(shù)相對(duì)滯后。近年來(lái)我國(guó)各級(jí)政府和相關(guān)部門(mén)加大對(duì)風(fēng)力發(fā)電方面的投入力度,不斷對(duì)風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的研發(fā)加大投入,有效地推動(dòng)了風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的創(chuàng)新。特別是風(fēng)電裝機(jī)容量不斷增大,這也為開(kāi)發(fā)大容量風(fēng)電系統(tǒng)提供了有效的技術(shù)支持,為風(fēng)力發(fā)電行業(yè)的健康發(fā)展打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
近年來(lái)大數(shù)據(jù)技術(shù)在各行各業(yè)中廣泛應(yīng)用,將大數(shù)據(jù)技術(shù)引入到風(fēng)能發(fā)電系統(tǒng)中來(lái),將大數(shù)據(jù)與風(fēng)電新能源體系之間建立起密切的聯(lián)系,并借助于云計(jì)算技術(shù)為電源側(cè)數(shù)據(jù)提供有效支持,可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的高效共享。風(fēng)電技術(shù)的發(fā)展離不開(kāi)科技的支撐,風(fēng)電技術(shù)和科技之間存在共同發(fā)展的良性關(guān)系。而且針對(duì)風(fēng)電技術(shù)的發(fā)展,還要重視培養(yǎng)和引進(jìn)高新技術(shù)人才,優(yōu)秀的高素質(zhì)技術(shù)人員可以利用自身的優(yōu)勢(shì),自主對(duì)大數(shù)據(jù)及其他系統(tǒng)進(jìn)行創(chuàng)新和優(yōu)化,促進(jìn)電源端設(shè)備的升級(jí),促進(jìn)大數(shù)據(jù)與風(fēng)電技術(shù)的有效結(jié)合,構(gòu)建一個(gè)集中式和一體化的智能技術(shù)體系,科學(xué)系統(tǒng)地實(shí)現(xiàn)對(duì)能源利用和消耗的有效管理,確保風(fēng)力發(fā)電企業(yè)能夠獲得可觀的經(jīng)濟(jì)效益。
可再生能源雖然具有取之不盡和用之不竭的特征,但風(fēng)能產(chǎn)生于自然環(huán)境中,受諸多自然因素的影響。在風(fēng)力發(fā)電技術(shù)中,風(fēng)力作為整個(gè)技術(shù)的能量來(lái)源,當(dāng)風(fēng)力不穩(wěn)定和不均衡的情況下,必然會(huì)對(duì)電網(wǎng)的安全帶來(lái)影響,因此國(guó)家一直以來(lái)對(duì)于電網(wǎng)的安全水平具有嚴(yán)格的要求。為了達(dá)到這一要求,在風(fēng)電新能源發(fā)展過(guò)程中,還要構(gòu)建更為科學(xué)和高效的風(fēng)電管控系統(tǒng),通過(guò)實(shí)施有效的檢測(cè),提高對(duì)突發(fā)事項(xiàng)的應(yīng)急處理能力,進(jìn)一步保障研發(fā)過(guò)程的可靠性。
針對(duì)當(dāng)前我國(guó)提出的碳達(dá)峰與碳中和的目標(biāo),在實(shí)際目標(biāo)落實(shí)過(guò)程中,新能源發(fā)電企業(yè)作為主力軍,必然呈現(xiàn)出爆炸式的增長(zhǎng)。通過(guò)發(fā)展以新能源為主的新型電力系統(tǒng)已成為當(dāng)前電力行業(yè)的重要內(nèi)容和時(shí)代使命。由于風(fēng)力發(fā)電在新能源時(shí)代的發(fā)展中占據(jù)重要地位,因此當(dāng)前實(shí)際工作中,需要針對(duì)風(fēng)力發(fā)電的特點(diǎn)進(jìn)行認(rèn)真研究,積極對(duì)風(fēng)力發(fā)電技術(shù)進(jìn)行改進(jìn)和升級(jí),并構(gòu)建風(fēng)電產(chǎn)業(yè)的人才培養(yǎng)體系,努力提高風(fēng)電技術(shù)人才隊(duì)伍的整體水平,為風(fēng)電的快速發(fā)展打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。