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分布式风力发电

作者:币游 发布时间:2020-10-17 21:44 点击数:

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  分布式风力发电特指采用风力发电机作为分布式电源,将风能转换为电能的分布式发电系统,发电功率在几千瓦至数百兆瓦(也有的建议限制在30~50兆瓦以下)的小型模块化、分散式、布置在用户附近的高效、可靠的发电模式。它是一种新型的、具有广阔发展前景的发电和能源综合利用方式。

  风力发电技术是将风能转化为电能的发电技术,可分为独立与并网运行两类,前者为微型或小型风力发电机组,容量为100W~10kW,后者的容量通常超过150kW。风力发电技术进步很快,单机容量在2MW以下的技术已很成熟。 随着全球能源紧张进一步加剧,可再生能源越来越受到人们的广泛关注。作为重要的可再生能源,风电资源得到了进一步的开发利用。风力发电技术发展到今天已经相对成熟,其应用前景在全球能源枯竭的背景下也越来越光明。风电资源清洁无污染、安全可控,是一种优质的可再生新能源,分布式发电技术在我国已经得到广泛的应用。

  分布式风力发电系统主要运用领域:可在农村、牧区、山区,发展中的大、中、小城市或商业区附近建造,解决当地用户用电需求。

  分布式风力发电的原理,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。系统主要由风力发电机、蓄电池控制器并网逆变器组成,依据现有风车技术,大约是每秒三米的微风速度(微风的程度),便可以开始发电。风力发电正在世界上形成一股热潮,因为风力发电不需要使用燃料,也不会产生辐射或空气污染。

  1、环境适应性强,无论是高原、山地,还是海岛、边远地区,只要风能达到一定的条件,都可以正常运行,为用户终端供电。

  2、分布式风力发电系统中各电站相互独立,用户由于可以自行控制,不会发生大规模停电事故,所以安全可靠性比较高。

  3、分布式风力发电可以弥补大电网安全稳定性的不足,在意外灾害发生时继续供电,已成为集中供电方式不可缺少的重要补充。

  4、可对区域电力的质量和性能进行实时监控,非常适合向农村、牧区、山区,发展中的中、小城市或商业区的居民供电,可大大减小环保压力。

  5、输配电损耗很低,甚至没有,无需建配电站,可降低或避免附加的输配电成本,同时土建和安装成本低。

  6、可以满足特殊场合的需求,如用于重要集会或庆典的(处于热备用状态的)移动分散式发电车。

  7、调峰性能好,操作简单,由于参与运行的系统少,启停快速,便于实现全自动。

  当风力发电机与电网并联运行时,要求风力发电机的频率与电网频率保持一致,即恒频。恒速恒频指在风力发电过程中,保持发电机的转速不变,从而得到恒定的频率。采用的恒速恒频发电机存在风能利用率低、需要无功补偿装置、输出功率不可控、叶片特性要求高等不足,成为制约并网风电场容量和规模的严重障碍。

  变速恒频是指在风力发电过程中发电机的转速可随风速变化,通过其他控制方式来得到恒定的频率。

  变速恒频发电是2O世纪70年代中后期逐渐发展起来的一种新型风力发电技术,通过调节发电机转子电流的大小、频率和相位,或变桨距控制,实现转速的调节,可在很宽的风速范围内保持近乎恒定的最佳叶尖速比,进而实现追求风能最大转换效率;同时又可以采用一定的控制策略灵活调节系统的有功、无功功率,抑制谐波、减少损耗、提高系统效率,因此可以大大提高风电场并网的稳定性。尽管变速系统与恒速系统相比,风电转换装置中的电力电子部分比较复杂和昂贵,但成本在大型风力发电机组中所占比例并不大,因而发展变速恒频技术将是今后风力发电的必然趋势。

  变速恒频技术因其利用风能充分、控制系统先进、灵活而成为风电技术的主流。在实际利用中,分布式风力发电一般与其他发电形式相互组合,例如风力发电同太阳能发电相组合形成的风光互补发电系统;风力发电同柴油机组发电组合形成的“风油”发电系统;还有三者共同组合成的“风光油”发电系统。

  不同地区根据各自不同的特点选择适合自身条件的组合形式,充分利用环境优势发展新型能源。尤其值得关注的是“风光”组合发电系统,使用纯天然、无污染的风能和光能发电,代表着分布式发电技术的未来发展方向。从严格意义上来说,风能也是来自于太阳能,是太阳对地球大气造成影响产生的气流,无论是在时间还是在空间上,二者都有着很强的互补性,太阳能光伏发电技术和风力发电技术在环境适应性上不相上下,都适合建立分布式发电机组,二者组合拥有良好的匹配性,在未来很长一段时间里会成为引领可再生能源开发的趋势潮流。

  从风能资源的地域分布上看,越是位置偏远、人烟稀少的地方风能资源就越丰富,而这些地方无论是交通成本还是常规电网供电成本都相当的高,由于人口稀少,用电负荷普遍不高,在这些地区周边发展风力发电,能够充分利用好丰富的风能资源,除供应周边居民用电外,还可以接入大电网支持周边城市的电网供应。

  考虑到分布式发电系统的安全性、可靠性、经济性与适用广泛性的要求,需要风力发电机有较宽的工作风速范围 (3—25m/s),在不稳定的自然风况中,能可靠运行并有良好的电能品质,能捕获最大风能以提高发电效率、降低单位功率发电成本。

  以上技术在大型风力发电机中得到了较好的解决,例如,为捕获最大风能,大型风力发电机主要通过两个阶段来实现。在额定风速 (14m/s)以下时,通过调节发电机反力距使转速跟随风速变化,在高于额定风速时,通过变桨距系统使系统输出功率稳定。所谓变桨距指安装在轮载上的叶片通过控制改变其 风源WP-5000A风力发电机桨距角的大小,定桨距是指桨叶与轮载的连接是固定的,桨距角固定不变,即当风速变化时,桨叶的迎风角度不能随之变化。

  在中小型风力发电机方面,面向分布式发电的高效、可靠、低成本、大功率 (5—50kW) 的并网型变桨距中小型风力发电机,输出功率不会因风速大于额定风速而下降。从分布式电源本身入手提高电能质量。如风源WP-5000A风力发电机,额定功率:5000瓦,最大功率:6500瓦,启动风速:0.2米/秒~0.4米/秒,额定风速:12米/秒,工作风速:1.8米/秒~25米/秒,当风速大于额定风速12米/秒时,其输出功率仍然向上平缓上升,所获风能并没减少,发电效率高,非常符合分布式风能发电的要求。

  分布式发电的引入使得配电网的结构发生根本性变化,主要表现在分布式发电的引入使传统的配电网络规划、运行(如无功补偿 、电压控制等)发生彻底改变,配电网自动化和需求侧管理的内容也需要重新加以考虑,分布式电源之间的控制和调度必须加以协调。

  配电网规划是动态规划问题,其动态属性同其维数密切相关,配电网本身节点数非常多 ,系统增加大量分布式发电机节点使得在所有可能网络结构中寻找最优网络布置方案更加困难。因此,系统运行规划者必须准确评估这些影响,寻求精确的负荷预测和合适的优化方法,并给出 DG最优位置和容量以保证含 DG的配电系统运行安全性和经济性。

  中国地区电网的电源接入的网架有限,大量分布式电源接入配电网将给电网的电源平衡带来难度。一般地区电网的负荷主要为民用负荷,因此负荷的峰谷差较大,风力发电的随机性、反调峰性给电网的调峰以及常规火电机组的开机方式安排增加了难度,必须做到尽可能多地接纳风电电力,同时保证火电机组运行的经济性。

  大多数配电系统其结构呈放射状,采用这种结构的主要目的是为了运行的简易性和线路过电流保护的经济性,当配电网中接人了分布式电源之后,放射状网络将变成遍布电源和用户的互联网络,潮流在变电站母线与负荷点间不定向流动,这对配电网原有的继电保护将产生较大影响。

  1、 分布式风力发电是解决我国环境污染和保障我国电力安全的重要途径之一。

  我国是人口大国,也是能源消耗大国,随着经济的发展对电能的需求愈加迫切,传统的火力发电已经很难满足社会的电能需求,而且日益突出的环境问题也不适合再大力发展 以燃煤为主的火力发电。放眼全球,能源紧张已经成为困扰世界各国的一大难题,能源安全成为新的国际问题。在这种背景下,大力发展可再生能源成为解决这一难题的有效途径。分布式风力发电技术投资小,见效快,无二次污染,系统运行安全可靠,是解决我国环境污染和保障我国电力安全的重要途径之一。

  分布式风力发电除直接向终端电能用户提供电能外,还可以将分布式发电供能系统以微网的形式接入电网,与大电网并网运行,相互支撑,在电能利用结构上,有效调节用电峰谷,减轻用电高峰期电网负荷压力,促进电能资源的优化配置,是发挥分布式风力发电供能系统效能的最有效方式。

  在众多的可再生能源中,风电资源是目前应用最为广泛、技术条件最完备、投资成本与产出比例最高的一种,随着分布式发电与供能技术的发展,风能与太阳能等可再生能源作为分布式电源并网发电是必然趋势。我国风能资源分布广泛,很多地区都具备利用风能建设分布式风力发电厂的优良条件,当前应当大力发展可再生能源,加大对相关科学研究项目的投入力度,提高风力发电装备制造水平,对分布式发电系统与接入电网并网运行相关控制技术加快研究步伐,尽快优化电网运行结构,提高电力资源的利用率。

  行会对传统电网的运行稳定性和整个电力系统的系统控制和继电保护带来一定的影响,所以相关的微网运行控制技术和关键的电子设备研发技术一定要研究成熟。分布式风力发电机按照机组容量可以分为大型风力发电机组与中小型风力发电机组。我国幅员辽阔,边远地区架设输送 电网路十分艰难,采用分布式发电机组实行离网发电可以有效解决边远地区的用电难题。

  风能作为一种清洁的可再生能源,越来越受到世界各国的重视。其蕴藏量巨大,全球风能资源总量约为2.74×109兆瓦,其中可利用的风能为2×107兆瓦。

  在我国,随着经济建设的飞速发展,我国集中式供电网的规模迅速膨胀。这种发展所带来的安全性问题不容忽视。由于各地经济发展很不平衡,对于广大经济欠发达的农村地区来说,特别是农牧地区和偏远山区,要形成一定规模的、强大的集中式供配电网需要巨额的投资和很长的时间周期,能源供应严重制约这些地区的经济发展。而分布式发电技术则刚好可以弥补集中式发电的这些局限性。

  我国是世界上风力资源占有率最高的国家之一,同时也是世界上最早利用风能的国家之一。据资料统计,我国10 m 高度层风能资源总量为3226GW,其中陆上可开采风能总量为253GW,加上海上风力资源,我国可利用风力资源约为1000GW。如果风力资源开发率可达到60%,仅风电一项就可支撑我国现有全部电力需求。我国利用风电起步较晚,和世界上风电发达国家如德国、美国、西班牙等相比还有很大差距。风电是20 世纪80 年代开始迅速发展起来的,初期研制的风机主要是1kW、10kW、55kW、220kW 等小型风电机组,后期开始研发可充电型风电机组,并在海岛和风场广泛应用。至今,我国已经在河北张家口、内蒙古、山东荣城、辽宁营口、黑龙江富锦、新疆达坂城、广东南澳和海南等地建成了多个大型风电场,并且计划在江苏南通、灌云及盐城等地兴建GW 级风电场。

  截止2007 年底,我国风机装机总量已达6.05 GW,年发电量占全国发电量的0.8%左右,比2000 年风电发电量增加近10 倍。2012 年一年新增风电装机容量625 万千瓦,比过去20年累计的总量还多,新增装机增长率约为89%。累计风电装机容量约1215 万千瓦,占全国装机总量的1.5%,累计装机增长率为106%。风电装机主要分布在24 个省,比2007 年增加了重庆、云南和江西三个省。2006 至2012 年风电增长状况。

  中国政府为了推动并网风电的商业化发展,国家发改委明确提出我国风电发展的规划目标:2005 年全国风电装机总量达到100 万千瓦,2012 年全国风电装机总量达到400 万千瓦,2015 年全国风电装机总量达到1000 万千瓦,2020 年全国风电装机总量达到2000 万千瓦,占全国总装机容量的2%左右。可以预计,中国即将成为世界风电发展令人瞩目的国家之一。

  随着世界经济的发展,风能市场也迅速发展起来。2009年全球风力发电新增31%,共增加37500兆瓦新装机容量,全球总装机容量达到157900兆瓦的新高峰。风能的持续增长,主要来源于世界主要市场积极的国家能源政策,以及许多国家政府将可再生能源作为其经济复苏计划有限考虑的一部分。

  中国风力等新能源发电行业的发展前景十分广阔,预计未来很长一段时间都将保持高速发展,同时盈利能力也将随着技术的逐渐成熟稳步提升。随着中国风电装机的国产化和发电的规模化,风电成本可望再降。因此风电开始成为越来越多投资者的逐金之地。风电场建设、并网发电、风电设备制造等领域成为投资热点,市场前景看好。

  我国分布式发电起步较晚。进人21世纪,我国社会经济发展迅速,工业化、城镇化进程不断加快,随之而来的是能源消费总量增长速度加快,应对气候变化的压力加大。发展分布式发电,对于能源结构调整、转变能源发展方式,构建稳定、经济、清洁、安全的能源供给体系,满足多样化能源需求 ,促进经济平稳较快发展具有重要意义。

  一、2011年年初,国家能源局起草了《分布式发电管理办法》(《办法》)初稿,并组织国家部委、政府机构、科研院所、企事业单位等就管理办法召开了3次专题研讨会,征求各方意见,对《办法》进行讨论修改。7月中旬,国家能源局又下发了《关于分散式接入风电开发的通知》。

  1、从国家能源战略层面大力推进分布式风力发电发展。我国已相继出台了鼓励可再生能源发展的政策法规,但就分布式发电的认识还不到位,尚未形成详细、完善的政策法规体系。因此,各级政府应理清思路,从创新的、更高的、长远的角度推动分布式发电的持续、快速发展。

  2、制定支持分布式发电的总体战略。分布式发电在中国属于新兴产业,必须在战略上提前谋划避免出现科技与产业脱节、生产与应用脱节等问题。我国政府应确定具体的分布式发电装机目标,这有利于明确市场预期,增强市场信心,提高未来行业发展的可预见性及规划部署的准确性。

  3、制定高效的、持续的、长期稳定的、可操作性强的法律、法规及条例。美国的分布式发电政策法规,既有约束性法规,又有财政、税收及融资优惠政策;既有宏观的,又有具体翔实的;既有联邦层面的全局性指导政策法规,又有各州针对当地实际情况推行的地方特色政策。我国在制定分布式风力发电政策时应尽量避免出现“重号召而缺操作性”的问题,制定长期有效的、具备可操作性的政策法规,尤其要明确项目电网接人、运行管理及电价补贴等关键措施,促进行业平稳快速的发展。

  4、政府对风电开发商给予适当的激励。我国可借鉴美国的经验,政府组织开展风机质量检测与认证,并结合实际风资源情况对已投运分布式风电场的运营表现予以评价,对性能优良的风机厂商及运营状况良好的运营商给予适当奖励。如此能够激励风机制造商不断提高和完善设备质量,同时鼓励运营商提高项目整体运营维护水平。

  5、加强分布式风电的技术研发、市场应用、教育培训与人才培养等方面工作。我国在分布式风力发电领域与美国的差距较大,各级政府应在技术研发、市场应用、教育培训与人才培养方面加大资金投入。此外,绝大多数分布式发电项目并非由专业公司开发,通过开展专业教育与培训,能够在更大范围里传播专业技术,解读明晰项目开发流程、审批手续及相关政策,提高分布式风力发电项目的开发与建设效率。

  二、2013年7月18日国家发改委发布了最新的《分布式发电管理暂行办法》发改能源[2013]1381号的通知,进一步对于分布式发电项目做了政策性细则规定,正文如下:

  第一条为推进分布式发电发展,加快可再生能源开发利用,提高能源效率,保护生态环境,根据《中华人民共和国可再生能源法》、《中华人民共和国节约能源法》等规定,制定本办法。

  第二条本办法所指分布式发电,是指在用户所在场地或附近建设安装、运行方式以用户端自发自用为主、多余电量上网,且在配电网系统平衡调节为特征的发电设施或有电力输出的能量综合梯级利用多联供设施。

  (二)以各个电压等级接入配电网的风能、太阳能、生物质能、海洋能、地热能等新能源发电;

  (三)除煤炭直接燃烧以外的各种废弃物发电,多种能源互补发电,余热余压余气发电、煤矿瓦斯发电等资源综合利用发电;

  第四条分布式发电应遵循因地制宜、清洁高效、分散布局、就近利用的原则,充分利用当地可再生能源和综合利用资源,替代和减少化石能源消费。

  第五条分布式发电在投资、设计、建设、运营等各个环节均依法实行开放、公平的市场竞争机制。分布式发电项目应符合有关管理要求,保证工程质量和生产安全。

  第六条国务院能源主管部门会同有关部门制定全国分布式发电产业政策,发布技术标准和工程规范,指导和监督各地区分布式发电的发展规划、建设和运行的管理工作。

  (六)以农林剩余物、畜禽养殖废弃物、有机废水和生活垃圾等为原料的气化、直燃和沼气发电及多联供技术;

  第九条省级能源主管部门会同有关部门,对可用于分布式发电的资源进行调查评价,为分布式发电规划编制和项目建设提供科学依据。

  第十条省级能源主管部门会同有关部门,根据各种可用于分布式发电的资源情况和当地用能需求,编制本省、自治区、直辖市分布式发电综合规划,明确分布式发电各重点领域的发展目标、建设规模和总体布局等,报国务院能源主管部门备案。

  第十一条分布式发电综合规划应与经济社会发展总体规划、城市规划、天然气管网规划、配电网建设规划和无电地区电力建设规划等相衔接。

  第十二条鼓励企业、专业化能源服务公司和包括个人在内的各类电力用户投资建设并经营分布式发电项目,豁免分布式发电项目发电业务许可。

  第十三条各省级投资主管部门和能源主管部门组织实施本地区分布式发电建设。依据简化程序、提高效率的原则,实行分级管理。

  第十四条国务院能源主管部门组织分布式发电示范项目建设,推动分布式发电发展和管理方式创新,促进技术进步和产业化。

  第十五条国务院能源主管部门会同有关方面制定分布式发电接入配电网的技术标准、工程规范和相关管理办法。

  第十六条电网企业负责分布式发电外部接网设施以及由接入引起公共电网改造部分的投资建设,并为分布式发电提供便捷、及时、高效的接入电网服务,与投资经营分布式发电设施的项目单位(或个体经营者、家庭用户)签订并网协议和购售电合同。

  第十七条电网企业应制定分布式发电并网工作流程,以城市或县为单位设立并公布接受分布式发电投资人申报的地点及联系方式,提高服务效率,保证无障碍接入。

  对于以35千伏及以下电压等级接入配电网的分布式发电,电网企业应按专门设置的简化流程办理并网申请,并提供咨询、调试和并网验收等服务。

  对于小水电站和以35千伏以上电压等级接入配电网的分布式发电,电网企业应根据其接入方式、电量使用范围,本着简便和及时高效的原则做好并网管理,提供相关服务。

  第十八条鼓励结合分布式发电应用建设智能电网和微电网,提高分布式能源的利用效率和安全稳定运行水平。

  第十九条国务院能源主管部门派出机构负责建立分布式发电监管和并网争议解决机制,切实保障各方权益。

  第二十条分布式发电有关并网协议、购售电合同的执行及多余上网电量的收购、调剂等事项,由国务院能源主管部门派出机构会同省级能源主管部门协调,或委托下级部门协调。

  分布式发电如涉及供电营业范围调整,由国务院能源主管部门派出机构会同省级能源主管部门根据相关法律法规予以明确。

  第二十一条分布式发电以自发自用为主,多余电量上网,电网调剂余缺。采用双向计量电量结算或净电量结算的方式,并可考虑峰谷电价因素。结算周期在合同中商定,原则上按月结算。电网企业应保证分布式发电多余电量的优先上网和全额收购。

  第二十二条国务院能源主管部门派出机构会同省级能源主管部门组织建立分布式发电的监测、统计、信息交换和信息公开等体系,可委托电网企业承担有关信息统计工作,分布式发电项目单位(或个体经营者、家庭用户)应配合提供有关信息。

  第二十三条分布式发电投资方要建立健全运行管理规章制度。包括个人和家庭用户在内的所有投资方,均有义务在电网企业的指导下配合或参与运行维护,保障项目安全可靠运行。

  第二十四条分布式发电设施并网接入点应安装电能计量装置,满足上网电量的结算需要。电网企业负责对电能计量进行管理。分布式发电在运行过程中应保存完整的能量输出和燃料消耗计量数据。

  第二十五条拥有分布式发电设施的项目单位、个人及家庭用户应接受能源主管部门及相关部门的监督检查,如实提供包括原始数据在内的运行记录。

  第二十六条分布式发电应满足有关发电、供电质量要求,运行管理应满足有关技术、管理规定和规程规范要求。

  电网及电力运行管理机构应优先保障分布式发电正常运行。具备条件的分布式发电在紧急情况下应接受并服从电力运行管理机构的应急调度。

  第二十七条根据有关法律法规及政策规定,对符合条件的分布式发电给予建设资金补贴或单位发电量补贴。建设资金补贴方式仅限于电力普遍服务范围。享受建设资金补贴的,不再给予单位发电量补贴。

  享受补贴的分布式发电包括:风力发电、太阳能发电、生物质发电、地热发电、海洋能发电等新能源发电。其他分布式发电的补贴政策按相关规定执行。

  第二十八条对农村、牧区、偏远地区和海岛的分布式发电,以及分布式发电的科学技术研究、标准制定和示范工程,国家给予资金支持。

  第二十九条加强科学技术普及和舆论宣传工作,营造有利于加快发展分布式发电的社会氛围。

  第三十条各省级能源主管部门会同国务院能源主管部门派出机构及价格、财政等主管部门,根据本办法制定分布式发电管理实施细则。


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