浅析风电--抽水蓄能联合运行

浅析风电--抽水蓄能联合运行众所周知,可再生能源有水能、风能、太阳能、生物质能、潮汐能、地热能六大形式。其中,风能源于太阳辐射使地球表面受热不均、导致大气层中压力分布不均而使空气沿水平方向运动所获得的动能。据估计,地球上可开发利用的风能是水能的10倍,只要利用1%的风能即可满足全球能源的需求。在石油、天然气等不可再生能源日益短缺及大量化石能源燃烧导致大气污染、“酸雨”和“温室效应”加剧的现实面前,风力发电作为当今世界清洁可再生能源开发利用中技术最成熟、发展最迅速、商业化前景最广阔的发电方式之一已受到广泛重视。但是风能发电在实际运行过程中存在一些问题，如何更有效地利用风能，如何以更环保更经济的方式发电是值得深思的。一、风力发电原理我们把风的动能转变成机械能，再把机械能转化为电能，这就是风力发电。风力发电所需要的装置，称作风力发电机组。风力发电的原理，是利用风力带动风车叶片旋转，再透过增速机将旋转的速度提升，来促使发电机发电。一般说来，3级风就有利用的价值。但从经济合理的角度出发，风速大于每秒4米才适宜于发电。据测定，一台55千瓦的风力发电机组，当风速每秒为9.5米时，机组的输出功率为55千瓦；当风速每秒8米时，功率为38千瓦；风速每秒为6米时，只有16千瓦；而风速为每秒5米时，仅为9.5千瓦。可见风力愈大，经济效益也愈大。风力发电正在世界上形成一股热潮，因为风力发电没有燃料问题，也不会产生辐射或空气污染。风力发电机因风量不稳定，故其输出的是13～25V变化的交流电，须经充电器整流，再对蓄电瓶充电，使风力发电机产生的电能变成化学能。然后用有保护电路的逆变电源，把电瓶里的化学能转变成交流220V市电，才能保证稳定使用。二、我国风力发电现状我国风能资源丰富，风能理论储量在40亿kW以上，陆上技术可开发量约为6亿―10亿kW；考虑10％―20％的海面可以利用开发风能，则近海风电装机容量约为1亿―2亿kW。全国风能总技术可开发量约为7亿―12亿kW。其中，风能功率密度150W/2m及以上的陆地面积约为20万平方公里，特别是东北、西北、西南高原和沿海岛屿，平均风速更大；有的地方，一年三分之一以上的时间都是大风天。在这些地区，发展风力发电是很有前途的。中国新能源战略开始把大力发展风力发电设为重点。按照国家规划，未来15年，全国风力发电装机容量将达到2000万至3000万千瓦。以每千瓦装机容量设备投资7000元计算，未来风电设备市场将高达1400亿元至2100亿元。甘肃酒泉千万千瓦级风电基地于2008年8月全面启动，标志着中国正式步入了打造风电三峡工程阶段。据气象部门最新风能评估结果表明，酒泉风能资源总储量为1.5亿千瓦，可开发量4000万千瓦以上，可利用面积近1万平方公里。近几年，我国风电场开发建设如雨后春笋般迅猛发展，且方兴未艾，但不合国情纷纷上马的风力发电厂大多是形象工程。工信部副部长苗圩近日语出惊人，他认为中国风沙伴存，风电设备受风沙磨损大，上马太多风电项目不合我国国情。国外有风地方没有沙，比如说是海洋风。苗圩说：中国是有风的地方就有沙，风沙对风力发电设备磨损非常厉害。现在风能发电风机应该是20年的寿命，但是如果有风沙的侵蚀寿命还到不了20年。再过5年，寿命肯定要出问题，特别是甘肃那个千万千瓦级的风力发电站典型的形象工程。就此话题，苗圩表示，能源布局的重点，应该是供给端和使用端要做到平衡。而现状是高级能源拉着低级能源运转。苗圩举例说，湖北本来水电是优势，三峡的电应该更多留在湖北用，这是最好的清洁能源。但是现在却把湖北的电运到东部区，湖北再从周边买煤运到湖北，引发一连串的效应，河南就不够用了，就再到山西、山东甚至到新疆去运煤。进行全国大旅行，全国铁路货运一半用来运送煤炭。这是多大的物流成本，多大的浪费。另外，我国风力事业还面临着另一难题——风电电力消纳。目前在甘肃、内蒙等风电投产速度较快的地区，普遍存在风电并网后电量难以全部消纳送出的问题。国网能源研究院副总经济师兼能源战略与规划所所长白建华认为，为保证大规模风电开发最终能顺利并网消纳，需要在送电端电网或受电端电网建设大量抽水蓄能电站等调峰电源来实现配套输送，到2020年预计需要建成5000-6000万千瓦以上的抽水蓄能装机容量。三、抽水蓄能电站原理抽水蓄能发电站，是在发电站的上下端各建一个蓄水池。用电高峰期时，用上水池的水发电，水会储存在下水池。用电低峰期时，再将下水池的水抽到上水池，以备下次再用。这样可以做到水的循环利用，又能使得用电均衡。四、风力发电与抽水蓄能结合的可行性（一）风力发电的特点1、自然风有随机性、间歇性以及季节性的显著特点。通常一天之中风的强弱在某种程度上可以看作是周期性的。如地面上夜间风弱，白天风强;高空中正相反是夜里风强，白天风弱。我国大部分地区风的季节性变化情况是:春季最强，冬季次之，夏季最弱。而并网风电机组的输出功率则主要取决于风速(即厂家提供的功率风速曲线)，因此风电比重的上升会使电网的调峰、调频压力也随之增大。2、风能的地区差异比较大，时空分布不均匀由于地形的影响，风力的地区差异非常明显。一个邻近的区域，有利地形下的风力，往往是不利地形下的几倍甚至儿十倍。3、目前大型风力发电机几乎都是异步发电机，在其并网运行时需要吸收大量的无功功率，虽然其机端常配备一定容量的补偿电容器组，但大比重的风电仍会加重电网的无功负担，使电网调相容量需求随之增大。4、根据异步发电机的运行特点，在风速及风机输出功率变化时，会引起风电场母线及附近电网的电压波动，风电机组并网和脱网等操作时也可能对附近电网电压造成冲击陈幻，影响电网的供电质量。最后，大比重的风电会使得电网长距离送电的技术要求和运行成本急剧增大。因此，当直接输入电网的风电比重达到10%时，必须对电网系统进行合理有效的调节，以提高供电质量和降低运行成本。针对上述问题，限制电网中风电比重或加大风机功率调节(即降低风机设计功率，放弃部分风能)显然是不可取的，最好的方法是利用蓄能系统将风电间接输人电网或存蓄起来。（二）抽水蓄能特点抽水蓄能电站运行具有几大特性：1、它既是发电厂，又是用户，它的填谷作用是其它任何类型发电厂所没有的。2、它启动迅速，运行灵活、可靠，除调峰填谷外，还适合承担调频、调相、事故备用等任务。3、能量储存和转换的容量大、效率高;建设技术成熟、相对成本较低。4、强迫停运率低，运行安全可靠，稳定性好，供电质量高。目前，中国已建的抽水蓄能电站在各自的电网中都发挥了重要作用，使电网总体燃料得以节省，降低了电网成本，提高了电网的可靠性。（三）风力发电与抽水蓄能结合基于风能发电的特点，可以考虑采用抽水蓄能的方式辅助其运行。当可利用风能数值比较大时，将一部分风能通过水泵(或水泵水轮机)以水能的形式储存于水库中，然后在可利用风能数值比较小或者上网电价比较高时再经过水电发电机组将存储的能量输送到电网中去，以此实现风电场功率的优化输出。这样一方面可以在一定程度上平滑风电场的功率输出波动，另一方面也充分利用了风能，增加了风电场的效益。利用风电一抽水蓄能联合运行系统能够将过大比重的风电转换成高质量的电能间接输人电网，或将电网负荷低谷时的多余风电转换成水能存蓄起来，减少风机弃荷。从而大大地提高了风能利用率和电网供电质量。五、风能调水根据风能调水原理，估计风电一抽水蓄能联合运行系统还可进行风能调水，从而缓解风电--抽水蓄能站附近地区的缺水情况。如果这一假设成立，那么风电一抽水蓄能联合运行系统将来更大的效益。（一）风能调水的原理风能调水是利用自然界风能作为动力源的一种运水方法，通过风力机转换成电能，电能可以驱动电动牵引机车或电动汽车、载水行走，将富水区的水调往贫水区。电能的使用方式有两种:一种是将风力发电场发出的电能通过风电输出电缆与铁路线上空的电动牵引机车电源线连接提供给电动牵引机车来拖动长长的水罐车将富水区的水运往贫水区。另一种方式是利用风力发电机发出的电给安装在电动汽车上的大功率蓄电池充电，从而驱动电动汽车载水行驶了，由于蓄电池容量有限，这种运水方式的运水距离不宜太长。（二）风能调水优点由于采用风能作为运水动力源，就不耗费化石能源了，也不会产生环境污染；铁路、公路等运水设施机动性强，因为除运水外，还可以运其它物资；运水线终点由于可以不用建造蓄水池，这样便有利于用水区域的变迁。综上，如果风能调水应用在风电--抽水蓄能系统中，在用电少而来水多的时候可利用抽水蓄能将余水抽到上水库储存，当风能多用电少时也能将多余的风电利用抽水到上水库储存起来，以便在用电量大，来水少或风能少时利用这部分蓄水发电。另外，当来水过多或风能过多，上水库蓄水无法满足多余的能量时，可利用风能调水技术将多余和水运到不远的缺水地区，或运送其它物质，这样就可以更好更环保地利用能源。风电在我国整个电网中的比重还很低，过分担优风电直接输人电网的风险似为时尚早。不过，从欧洲国家的若干工程经验看，重视风电一抽水蓄能联合运行系统的探索研究以及方案比选，对于某些风能资源丰富的区域电网、分布式供电系统的小型电网，将具有重要的技术经济价值；对于整个电网系统也具有重要的战略意义，可推动风电场、抽水蓄能电站建设的联动发展。风电一抽水蓄能联合运行系统不仅是实现风能资源最大化开发利用的有效途径，而且是实现可再生能源突破性增长的最好方法之一。但是这一发展要结合实际情况，要真正做到经济环保相结合，杜绝形象工程。《水电站》课程论文浅析风电--抽水蓄能联合运行学院：水利与建筑学院班级：水电07-1姓名：蔡倩雯学号：A13070054