风电发展新战略与大规模非并网风电

11中国能源学会副会长国家“973”风能项目首席科学家江苏省发改委宏观经济研究院院长顾为东博士风电发展新战略与大规模非并网风电风电发展新战略与大规模非并网风电22一、风电的发展和面临的瓶颈二、非并网风电系统的内涵三、非并网风电的研究历程四、国家“973”项目的研究进展主要内容33风是一种永不枯竭的资源。进入21世纪，风能作为一种高效清洁的能源正受到越来越多国家的高度重视。全球的风能约为2.74×109MW，其中可利用的风能为2×107MW，是全球可开发利用水能资源总量10多倍，远超过地球上固体、液体及气体燃料能量的总和。一、风电的发展和面临的瓶颈一、风电的发展和面临的瓶颈44目前，风电并网是世界上大规模风电场的唯一应用方式。风的高度不稳定性，导致风电大幅度波动，严重制约风电对电网贡献率难以超过10%，这是一个世界性难题。一、风电的发展和面临的瓶颈一、风电的发展和面临的瓶颈55风电在电网中的贡献率难以超过10%；风力机结构复杂、故障率高，风电价格远高于煤电。这两个问题已成为风电发展面临的两大世界性难题。一、风电的发展和面临的瓶颈一、风电的发展和面临的瓶颈66一、风电的发展和面临的瓶颈二、非并网风电系统的内涵三、非并网风电的研究历程四、国家“973”项目的研究进展主要内容77我们提出用大规模非并网风电的新思路来解决这一世界性难题。所谓大规模非并网风电，是指风电系统的终端负荷不再是传统的单一电网，而是直接应用于一系列能适应风电特性的高耗能产业及其它特殊领域。（一）非并网风电：风电多元化发展新思路（一）非并网风电：风电多元化发展新思路二、非并网风电系统的内涵二、非并网风电系统的内涵88风轮(a)并网风电系统结构示意图(b)非并网风电系统结构示意图风轮终端用户终端用户非并网风电不通过电网，直接应用于一系列能适应风电特性的终端用户，主要适用于50万-1000万千瓦以上大规模风电场。数字控制发电机发电机电网数字控制99离网型并网型非并网小型风场渔船、蒙古包等（需要蓄电池）50~500MW并网，贡献率≤10%50000MW不上网，用于高载能产业二、非并网风电系统的内涵二、非并网风电系统的内涵（一）非并网风电：风电多元化发展新思路（一）非并网风电：风电多元化发展新思路1010（二）非并网风电的应用优势（二）非并网风电的应用优势非并网风电系统采用直流电，回避风电上网电压差、相位差、频率差难以控制的问题，绕开电网这一限制风电大规模应用的瓶颈。突破终端负荷使用风电的局限，使风电在大规模非并网风电系统中的供电比重达到100%。二、非并网风电系统的内涵二、非并网风电系统的内涵1111（二）非并网风电的应用优势（二）非并网风电的应用优势非并网新型风力机可以优化风力机结构，直接输出直流电，大幅度提高风力机性能，降低故障率，制造成本下降35-50%，发电量增加10-12%。节省并网所需的大量辅助设备，大幅度降低风电场制造成本和风电价格，系统内风电价格将接近或低于煤电价格。二、非并网风电系统的内涵二、非并网风电系统的内涵1212根据目前研究，非并网系统的高耗能负载可包括：盐化工氯碱产业大规模海水淡化规模化制氢、制氧风煤多能源系统煤基化工以电解铝为重点的有色冶金工业以非金属为原料的精深加工产业链（三）非并网风电的负载（三）非并网风电的负载二、非并网风电系统的内涵二、非并网风电系统的内涵1313一、风电的发展和面临的瓶颈二、非并网风电系统的内涵三、非并网风电的研究历程四、国家“973”项目的研究进展主要内容141414大规模非并网风电的基础大规模非并网风电的基础理论研究已进行了理论研究已进行了3030年。年。三、非并网风电的研究历程三、非并网风电的研究历程15151974年参加50kW电机的研发工作和独立承担高炉50kW电机的改造工作。三、非并网风电的研究历程三、非并网风电的研究历程16161976年在苏北排灌站大型电机技术改造的过程中，研制了水泵电机8级启动遥控系统，实现了大型电灌站高效节电和远距离无线电遥控。三、非并网风电的研究历程三、非并网风电的研究历程1717早期研究成果也得到各级政府肯定：1979年江苏省青年十大标兵（科技界唯一代表）1979年全国新长征突击手1978年江苏省先进科技工作者（江苏省政府命名）江苏省第五届人大代表共青团全国十大代表18181987年主持江苏省重大科技攻关项目“利用沿海风能资源立体蒸发制盐”的研究，项目成果在1988年亚太地区国际风能会议上发表。19192006年3月，在清华大学电力电子实验室进行非并网风电用于氯碱电解的概念性试验。实验报告认为，“该实验数据准确，方法科学，结果可信。非并网风电直接应用于高耗能产业是一个值得探讨的方向。可在此基础上进一步进行工业性中试”。20202007年1月9日至17日，在东北大学国家重点学科铝镁冶金实验室进行“非并网仿真风电铝电解中试”。21212007年2月，在国家发改委召开“非并网仿真风电铝电解中试”评审会，专家们一致认为，“非并网风电直接应用于高耗能产业”是一个创新性的战略设想，该试验成果属于世界首创，并建议开展电解铝等非并网风电应用的规模化工业试验。2222三、非并网风电的研究历程三、非并网风电的研究历程23232006年10月，国家发改委、中国风能协会、中国可再生能源协会召开新著首发式和评审会。与会国内外专家认为，大规模风电直接应用于工业的构想拓宽了风电发展的新视野，这一成果具有国际领先水平。三、非并网风电的研究历程三、非并网风电的研究历程24242009中国国际节能减排和新能源科技博览会在北京举办，党和国家领导人胡锦涛、吴邦国、温家宝、贾庆林、习近平、李克强、贺国强、周永康等分别来到北京展览馆参观。宏观经济研究院的展台是从全国400多家重点实验室和973项目中选出的29个参展项目之一。2525国际可再生能源机构总干事海伦•佩露斯：我深信，非并网风电将会在未来的可再生能源领域发挥重要作用，为我们带来一个100%由可再生能源提供动力的世界。世界风能协会名誉主席普利本•麦加德：顾为东博士提出了非并网风电系统理论，使非并网风电在世界声名大振，他开辟了世界大规模风电多元化应用的新领域，是这个领域的开拓者和先锋。(EI:20100212619377)世界风能协会主席艾利奥•凯恩：非并网风电是可再生能源领域中的全新概念，它把风能和其他不同的能源联系在一起。非并网风电有很大的发展机会，不仅在发达国家如此，在发展中国家也是如此。(EI:20100212619357)2626世界风能协会原主席PrebenMaegaard：“顾氏风电非并网理论在世界上是首创，为风电的应用和推广提供了非常有价值的建议，对其他发展风能的国家也提供了借鉴，顾在20年前提出的这一理论，现在仍能领先世界先进水平令我感到震惊，我将到世界各地广泛宣传这一理论”。美国国家可再生能源实验室主任DanArvizu：“发展非并网风电这是一个很有意义的进步和创新，我非常乐意与你们共同开展这方面的研究和咨询”。全球风能理事会理事长ArthourosZervos：“在全球范围内，非并网是风电一种重要的应用，而且这种应用不是小规模的，而是大规模的。非并网风电的研究与开发，揭示了我们人类大规模风电多元化应用的开端。”2727国务院参事、中国可再生能源学会会长石定寰：“顾为东博士提出的非并网这一创新理念和概念，对我国风电事业的发展肯定会发挥很重要的作用”。国家发展改革委宏观经济研究院原院长白和金：“非并网风电直接用于高耗能产业，它的影响所及，不仅仅对江苏省，乃至对全国能源结构，能源布局都要产生重大影响，而且对高耗能产业的全国性产业布局，乃至于对这些高耗能资源性产品的原料和产品进出口、对全球经济都会产生重大的影响”。中国风能协会副理事长施鹏飞：“对于非并网风电我们应抓紧时间进行研究，再过几年等国外风电上网的矛盾激化，开始进行非并网研究时，由于他们人力、物力、财力比较雄厚，就会走在我们前面，造成墙内开花，墙外结果”。世界可再生能源理事会主席WolfgangPalz：“大规模风电非并网世界上还没有先例，会使中国在风电发展方面成为世界先进的国家”。2828一、风电的发展和面临的瓶颈二、非并网风电系统的内涵三、非并网风电的研究历程四、国家“973”项目的研究进展主要内容29292007年，“大规模非并网风电系统的基础研究”项目获得科技部立项，本项目是至今我国唯一一个国家“973”计划能源领域风电项目。四、国家四、国家““973973””项目的研究进展项目的研究进展（一）国家（一）国家973973计划计划————““大规模非并网风电系统的基础研究大规模非并网风电系统的基础研究””3030非并网风电系统框架图（一）国家（一）国家973973计划计划————““大规模非并网风电系统的基础研究大规模非并网风电系统的基础研究””四、国家四、国家““973973””项目的研究进展项目的研究进展3131大规模非并网风电系统的基础研究国内外背景国内外研究现状立项依据项目依据非并网风电的理论基础空气动力学电气工程控制科学与工程应用经济学机械工程化学工程与技术理论基础结论与成果成果分析非并网风电系统研究专项课题新型风力发电系统基于定桨距风轮气动特性的转速控制基础研究特种双凸极无刷直流发电机基础理论研究非并网风力发电系统控制基础研究风力机气固耦合振动问题研究大规模非并网风电系统综合验证平台研究非并网风电运行非并网风电系统运行规律及空间模型研究课题设置多元化用户负载非并网风电的特殊负载耦合机理研究总体思路3232目前，项目理论阶段研究已基本完成，取得一系列阶段性成果，实现了计划目标。已发表论文134篇；申请国际发明专利2项，申请国家发明专利34项，获得授权国家发明专利7项；培养研究生24名，进站博士后6名。四、国家四、国家““973973””项目的研究进展项目的研究进展（一）国家（一）国家973973计划计划————““大规模非并网风电系统的基础研究大规模非并网风电系统的基础研究””3333N/N0,CP/CPmax--V/V000.20.40.60.811.200.511.522.53V/V0N/N0,CP/CpmaxN/N0-V/VOCP/CPmax--V/VO新型定桨距风轮变转速调控结果常规定桨距恒转速调控结果（二）创新研发新一代风力机（二）创新研发新一代风力机研发成本下降40-50%，故障概率下降65%的新一代高效率、高可靠性、低成本风力机，使并网风电价格低于煤电。N/N0--V/V0,CP/CPmax--V/V000.20.40.60.811.21.400.511.522.53V/V0N/N0,CP/CPmaxN/NO--V/VOCP/CPmax/CP--V/VO实现定桨距风力机达到或超过变桨距风力机的效果，并通过风洞试验。四、国家四、国家““973973””项目的研究进展项目的研究进展3434风力发电系统风洞试验现场四、国家四、国家““973973””项目的研究进展项目的研究进展35352007年11月7日，在科技部与江苏省政府联合召开的“中国•江苏首届国际产学研合作论坛暨跨国技术转移大会”上，与北欧可再生能源中心主任、丹麦风电科技开发咨询公司（XMIREAps.）CEO麦加德先生签订了《构建国际新型兆瓦级非并网风力机研发平台合作协议》。（二）创新研发新一代风力机（二）创新研发新一代风力机四、国家四、国家““973973””项目的研究进展项目的研究进展3636nPL1L2L3高耗能产业DC/DCDC/ACiLP大型风电场控制系统工业区、城市vnQ*P*Q（三）大规模风电应用高载能负载的三种方式（三）大规模风电应用高载能负载的三种方式1、为风电场就近配置相应规模的高载能产业，通过调节高载能负载功率，使其与风电功率实现动态平衡，达到高载能负载为并网风电的调峰。高载能产业为并网风电调峰的示意图四、国家四、国家““973973””项目的研究进展项目的研究进展3737（三）大规模风电应用高载能负载的三种方式（