三大電力集團(tuán)老總“談風(fēng)論電”,認(rèn)為“只有風(fēng)機(jī)的技術(shù)再進(jìn)一步,風(fēng)電才會(huì)有一個(gè)更上一個(gè)臺(tái)階的發(fā)展”。如何讓風(fēng)電技術(shù)更進(jìn)一步是目前急需解決的問(wèn)題,否則將影響我國(guó)風(fēng)電產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。
美國(guó)通用電氣公司(GE)副總裁邁克爾•艾德奇表示,現(xiàn)有風(fēng)能技術(shù)在3年后就會(huì)被淘汰,下一代的風(fēng)能技術(shù),GE會(huì)顯示出更強(qiáng)大的優(yōu)勢(shì)。我國(guó)風(fēng)電技術(shù)面臨兩個(gè)選擇:一個(gè)選擇是等待別人把我們淘汰,然后再引進(jìn)技術(shù),從頭再來(lái)!另一種選擇是站在巨人肩上,取得后發(fā)優(yōu)勢(shì)!
每項(xiàng)技術(shù)的淘汰,不在于后續(xù)技術(shù)有多先進(jìn),而在于技術(shù)自身的不完善。我們要做的就是認(rèn)識(shí)不完善,研究不完善,解決不完善。用完善的風(fēng)電技術(shù)替代不完善的技術(shù),找到了完善技術(shù),就找到了“突破口”。
我國(guó)風(fēng)電產(chǎn)業(yè)需要補(bǔ)貼,需要扶持,如何才能站立?如何才能奔跑?
我國(guó)風(fēng)電裝機(jī)容量已位居世界第四位,裝機(jī)容量大,而發(fā)電量低,故障率高,并網(wǎng)困難,如何提高發(fā)電量?如何提高并網(wǎng)穩(wěn)定性?
我國(guó)有近80家風(fēng)電生產(chǎn)企業(yè),我國(guó)風(fēng)電產(chǎn)業(yè)才剛起步,風(fēng)電占全國(guó)用電量份額非常小,為什么會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重產(chǎn)能過(guò)剩?
風(fēng)能發(fā)電出現(xiàn)在十九世紀(jì)末,丹麥人首先研制了風(fēng)能發(fā)電機(jī),自二十世紀(jì)八十年代起這項(xiàng)技術(shù)飛速發(fā)展,風(fēng)能發(fā)電這種綠色能源越來(lái)越得到重視。世界各國(guó)都出臺(tái)各項(xiàng)政策大力扶持風(fēng)電產(chǎn)業(yè),近幾年我國(guó)的風(fēng)電產(chǎn)業(yè)得到了飛速發(fā)展,建起了幾座大的陸地風(fēng)電場(chǎng),在裝機(jī)容量上已位居世界第四位,發(fā)展規(guī)模令人注目,但發(fā)展中存在的問(wèn)題越來(lái)越突出。首先是裝機(jī)容量很大,但發(fā)電量還很低,有效發(fā)電時(shí)間短,不能形成對(duì)電力網(wǎng)的有效補(bǔ)充,也不能形成對(duì)電力網(wǎng)的穩(wěn)定輸出;其次是風(fēng)電機(jī)并網(wǎng)穩(wěn)定性沒(méi)有保證,特別是風(fēng)電機(jī)大規(guī)模并網(wǎng),對(duì)電網(wǎng)的沖擊和損害是非常嚴(yán)重的,必然造成并網(wǎng)困難;還有故障率很高,維護(hù)成本大,風(fēng)電機(jī)的安全性也沒(méi)有保證。這些問(wèn)題是現(xiàn)有風(fēng)電技術(shù)與生俱來(lái)的問(wèn)題,為什么這些問(wèn)題在歐美國(guó)家不明顯,而在我國(guó)就顯得特別突出。這主要是由于在以下兩個(gè)方面存在差異而造成的。
最主要是氣候差異,歐美屬于季風(fēng)頻繁的海洋性氣候,所以風(fēng)能資源非常豐富,風(fēng)速高,大風(fēng)時(shí)間長(zhǎng),風(fēng)電也就成為一項(xiàng)重要能源,所以歐美國(guó)家風(fēng)電發(fā)展最快。而我國(guó)新疆、甘肅、內(nèi)蒙古地區(qū)都屬于干燥的高原地區(qū),風(fēng)速低、大風(fēng)時(shí)間短,空氣密度小。進(jìn)口風(fēng)電機(jī)的設(shè)計(jì)風(fēng)速一般在15m/s,低風(fēng)速設(shè)計(jì)也在13m/s,而我國(guó)這些地區(qū)時(shí)間最長(zhǎng)、最大的風(fēng)速是6~8m/s,很顯然進(jìn)口風(fēng)電機(jī)的設(shè)計(jì)值與我國(guó)實(shí)際情況差別很大,再加上空氣密度的差別,必然造成發(fā)電量很低的現(xiàn)象。歐美國(guó)家風(fēng)電機(jī)也存在故障率高、維護(hù)成本大的問(wèn)題,但由于年發(fā)電時(shí)間長(zhǎng)和發(fā)電量較大,這樣可以彌補(bǔ)維護(hù)費(fèi)用帶來(lái)的虧損。還有歐美國(guó)家臺(tái)風(fēng)很少,而我國(guó)沿海每年都有幾次大的臺(tái)風(fēng),臺(tái)風(fēng)對(duì)我國(guó)沿海風(fēng)電場(chǎng)造成的損失也是巨大的,2003年13號(hào)臺(tái)風(fēng)“杜鵑”,2006年1號(hào)臺(tái)風(fēng)“珍珠”和8號(hào)臺(tái)風(fēng)“桑美”分別造成了廣東汕尾紅海灣風(fēng)電場(chǎng),南澳風(fēng)電場(chǎng)和浙江蒼南鶴頂山風(fēng)電場(chǎng)的風(fēng)機(jī)嚴(yán)重?fù)p毀。
還有就是并網(wǎng)方式存在差異,由于風(fēng)電機(jī)并網(wǎng)穩(wěn)定性沒(méi)有保證,歐美國(guó)家都是采用分散入網(wǎng)的方式,這些國(guó)家風(fēng)電場(chǎng)規(guī)模都較小。當(dāng)風(fēng)速和風(fēng)向變化很大時(shí),風(fēng)電機(jī)不穩(wěn)定,不能滿(mǎn)足并網(wǎng)條件,此時(shí)風(fēng)電機(jī)可以隨時(shí)脫網(wǎng);風(fēng)電機(jī)穩(wěn)定后,又可以隨時(shí)入網(wǎng),并且歐洲幾個(gè)國(guó)家的電網(wǎng)是聯(lián)網(wǎng)的,電網(wǎng)很強(qiáng),不會(huì)對(duì)電網(wǎng)造成太大沖擊。而我國(guó)采用的是大規(guī)模并網(wǎng)的方式,我國(guó)風(fēng)能資源豐富的地區(qū)主要分布在“三北”(西北、東北、華北)地區(qū)和東南沿海。目前在“三北”規(guī)劃了6個(gè)千萬(wàn)千瓦風(fēng)電基地,但這些地方又是電網(wǎng)最弱的地區(qū),因此我國(guó)風(fēng)力發(fā)電將面臨著電網(wǎng)不堪重負(fù)的問(wèn)題。目前國(guó)家已開(kāi)始規(guī)劃智能電網(wǎng)建設(shè),但是由于這些地區(qū)處于電網(wǎng)末端,容量調(diào)控能力較差,很難承受風(fēng)電大容量變化的沖擊。我們通過(guò)一個(gè)數(shù)據(jù)計(jì)算來(lái)說(shuō)明這個(gè)問(wèn)題。一個(gè)千萬(wàn)千瓦級(jí)風(fēng)電場(chǎng)會(huì)有500~600臺(tái)風(fēng)電機(jī)組,我們選取2.5MW風(fēng)電機(jī)數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算,風(fēng)電機(jī)的牌子是德國(guó)Nordex公司N80,我們?nèi)≥^低數(shù)據(jù),當(dāng)風(fēng)速5m/s,功率是120kw,當(dāng)風(fēng)速6m/s,功率是248kw。當(dāng)風(fēng)速變化為1m/s時(shí),功率的變化是128kw,如果按100臺(tái)風(fēng)電機(jī)計(jì)算,功率變化值就達(dá)12800kw,1萬(wàn)千瓦的沖擊能量不知道要多強(qiáng)大的智能電網(wǎng)才能承受?而且這個(gè)計(jì)算值已經(jīng)很小了,我們是按低風(fēng)速,小的變化量進(jìn)行計(jì)算的,實(shí)際的風(fēng)速變化要大很多,而且風(fēng)向的變化對(duì)風(fēng)電機(jī)功率的影響比風(fēng)速還要大。所以,實(shí)際使用中的沖擊能量要比這個(gè)值大很多,將是非常驚人的,我們必須認(rèn)真對(duì)待。因此解決并網(wǎng)問(wèn)題,并不是建成一個(gè)智能電網(wǎng)那么簡(jiǎn)單,而是需要我們對(duì)風(fēng)電機(jī)性能進(jìn)行全面改進(jìn)。
從以上分析可以看出,目前歐美的風(fēng)電技術(shù)是不適合我國(guó)陸地使用的,最大的缺點(diǎn)是發(fā)電效率太低,三級(jí)風(fēng)以下基本沒(méi)有發(fā)電能力,設(shè)計(jì)風(fēng)速是13~15米/秒,也就是要達(dá)到七級(jí)大風(fēng)才能滿(mǎn)負(fù)荷,這樣的大風(fēng)在陸地很罕見(jiàn)?,F(xiàn)有風(fēng)電機(jī)年發(fā)電時(shí)間一般只有2000~3000小時(shí),與全年8760小時(shí)相比只有1/3的時(shí)間可以發(fā)電,大部分時(shí)間成了擺設(shè),嚴(yán)重影響風(fēng)電的利用。還有臺(tái)風(fēng)對(duì)沿海風(fēng)電場(chǎng)的威脅是很大的,以前風(fēng)電場(chǎng)規(guī)模都較小,損失也較?。滑F(xiàn)在規(guī)劃建設(shè)的風(fēng)電場(chǎng)是以前的好幾倍,如果出現(xiàn)臺(tái)風(fēng)損毀,那造成的損失將是巨大的,我們必須認(rèn)真對(duì)待。并網(wǎng)問(wèn)題是關(guān)系到我國(guó)“陸地三峽”能否成功的大問(wèn)題,現(xiàn)有風(fēng)電機(jī)顯然是不符合并網(wǎng)要求的,如果性能不改善,將出現(xiàn)風(fēng)小的時(shí)候發(fā)不出電,風(fēng)大的時(shí)候又并不了網(wǎng)。
“陸地三峽”將難以運(yùn)行,損失將是巨大的。大規(guī)模并網(wǎng)國(guó)外也沒(méi)有成功經(jīng)驗(yàn)可以借鑒,象丹麥等國(guó)雖然風(fēng)電占20~30%,但都是分散接入,并制訂風(fēng)電并網(wǎng)導(dǎo)則嚴(yán)格規(guī)定了接入點(diǎn)的風(fēng)機(jī)數(shù)量和容量,并規(guī)定接入和退出的標(biāo)準(zhǔn),丹麥國(guó)家電網(wǎng)公司每天會(huì)從三個(gè)不同的氣象預(yù)報(bào)公司接收四次天氣預(yù)報(bào),然后利用先進(jìn)的軟件系統(tǒng)預(yù)測(cè)何時(shí)天氣預(yù)報(bào)所述的風(fēng)力變化會(huì)影響到風(fēng)機(jī),以及分析這些變化對(duì)整個(gè)電力系統(tǒng)帶來(lái)的影響,進(jìn)行快速的人工干預(yù)。但是,實(shí)際風(fēng)速和預(yù)測(cè)風(fēng)速完全吻合的情況很少。這種被動(dòng)的、不準(zhǔn)確的控制方式對(duì)我國(guó)肯定是不適用的,我國(guó)大型的風(fēng)電場(chǎng)瞬間產(chǎn)生的沖擊電流就足以讓電網(wǎng)癱瘓,不可能有時(shí)間進(jìn)行人工干預(yù)。所以我國(guó)大規(guī)模并網(wǎng)對(duì)風(fēng)電機(jī)的性能要求更高,我們知道風(fēng)是有波動(dòng)性的,有波峰,也有波谷,間隔時(shí)間較長(zhǎng)的稱(chēng)為陣風(fēng),風(fēng)速的變化必然引起風(fēng)電機(jī)功率的變化。我們首先應(yīng)解決風(fēng)速和風(fēng)向變化對(duì)風(fēng)電機(jī)的影響,現(xiàn)有風(fēng)電機(jī)是利用葉片的慣性能量來(lái)平滑功率的波動(dòng),在低風(fēng)速的情況起作用,在高風(fēng)速情況下慣性力與強(qiáng)大的風(fēng)載相比,好比雞蛋與石頭,無(wú)法與之相抗衡。最有效的辦法就是單獨(dú)附加慣性?xún)?chǔ)能裝置,利用慣性?xún)?chǔ)能裝置起到削峰填谷的作用,這樣對(duì)穩(wěn)定功率輸出是非常有幫助的。還有葉片的性能也是需要改進(jìn)的,現(xiàn)有葉片在高風(fēng)速時(shí),會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)風(fēng)載,會(huì)變的不穩(wěn)定,難以控制,造成風(fēng)電機(jī)功率的急劇變化,對(duì)并網(wǎng)的穩(wěn)定性產(chǎn)生很大的威脅。
我國(guó)的風(fēng)電產(chǎn)業(yè)經(jīng)過(guò)近2、3年的飛速發(fā)展,已進(jìn)入關(guān)鍵發(fā)展時(shí)期。現(xiàn)在我們已基本掌握風(fēng)電技術(shù),經(jīng)驗(yàn)也不斷豐富,問(wèn)題也都已出現(xiàn)。我們現(xiàn)在應(yīng)該靜下心來(lái),分析問(wèn)題、研究問(wèn)題、解決問(wèn)題,尋找“突破口”。發(fā)電效率低,穩(wěn)定性和安全性沒(méi)有保證,并網(wǎng)難,這些問(wèn)題都是風(fēng)電產(chǎn)業(yè)的致命問(wèn)題,只有解決好這些問(wèn)題,才能讓我國(guó)風(fēng)電產(chǎn)業(yè)健康快速發(fā)展。下面我們從風(fēng)電技術(shù)的發(fā)展歷程來(lái)尋找問(wèn)題存在的根源,來(lái)尋找解決問(wèn)題的“突破口”。
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