一、分散式風(fēng)力發(fā)電技術(shù)
1.分散式風(fēng)力發(fā)電的定義
分散式接入風(fēng)電項(xiàng)目是指位于用電負(fù)荷中心附近，不以大規(guī)模遠(yuǎn)距離輸送電力為目的，所產(chǎn)生的電力就近接入電網(wǎng)，并在當(dāng)?shù)叵{的風(fēng)電項(xiàng)目。分散式接入風(fēng)電項(xiàng)目應(yīng)具備以下幾個條件：
a.應(yīng)充分利用電網(wǎng)現(xiàn)有的變電站和線路，原則上不新建高壓送出線路和110kV、66kV變電站，并盡可能不新建其他電壓等級的輸變電設(shè)施;
b.接入當(dāng)?shù)仉娏ο到y(tǒng)110kV或66kV降壓變壓器及以下電壓等級的配電變壓器;
c.在一個電網(wǎng)接入點(diǎn)接入的風(fēng)電裝機(jī)容量上限以不影響電網(wǎng)安全運(yùn)行為前提合理確定，統(tǒng)籌考慮各電壓等級的接入總?cè)萘?，并鼓勵多點(diǎn)接入;
d.除示范項(xiàng)目外，單個項(xiàng)目總裝機(jī)容量不超過50MW。
2.分散式風(fēng)力發(fā)電的優(yōu)點(diǎn)
分散式風(fēng)力發(fā)電最明顯的優(yōu)點(diǎn)就是不用像大規(guī)模風(fēng)電場一樣新建高電壓、遠(yuǎn)距離輸電線路，由于其容量小，本地消納的壓力要小得多，還有如下幾方面的優(yōu)點(diǎn)。
a.對電力用戶：①提高了電力供應(yīng)的可靠性;②在電力用戶附近，恰當(dāng)?shù)牡攸c(diǎn)安裝合適的風(fēng)電機(jī)組，更加充分地利用了風(fēng)能資源，不用新建長距離輸電線路，進(jìn)而大幅度減小了線路的損耗，提高了能量轉(zhuǎn)換的效率;③依靠先進(jìn)的電力電子設(shè)備進(jìn)行有效地控制，滿足了電力用戶對電能質(zhì)量的要求;④為我國輸電線路、配電設(shè)施延伸不到的偏遠(yuǎn)地區(qū)，提供電力供應(yīng);⑤為電力用戶使用電力提供多種選擇的途徑。
b.對風(fēng)電開發(fā)商：①因?yàn)榉稚⑹斤L(fēng)力發(fā)電選址靈活、體積小、投資小、建設(shè)周期短，風(fēng)電開發(fā)商能夠?qū)ν顿Y形式進(jìn)行有效評估，從而可以減小投資的風(fēng)險;②以相對低的資金成本進(jìn)入競爭的電力市場;③由于分散式風(fēng)力發(fā)電屬于可再生能源，可以享受可再生能源的一些優(yōu)惠政策;④建在電力用戶附近，一定程度地節(jié)約了輸電線路和設(shè)備的資金花費(fèi);⑤緊密配合負(fù)荷增長，擴(kuò)建周期短，避免了無謂的資金花費(fèi)。
c.對電網(wǎng)公司：①風(fēng)電機(jī)組就地安裝，靠近電力用戶，節(jié)省了遠(yuǎn)距離傳輸?shù)妮旊娋€路和配電系統(tǒng)的投資;②在沒有輸配電網(wǎng)絡(luò)的偏遠(yuǎn)地區(qū)，電網(wǎng)公司架設(shè)輸電線路和配電設(shè)施的成本極高，所以分散式風(fēng)力發(fā)電為電網(wǎng)公司緩解了壓力;③分散式風(fēng)力發(fā)電亦可以作為今后應(yīng)對電網(wǎng)大面積停電的一種重要措施。通過設(shè)置和調(diào)節(jié)應(yīng)用于分散式風(fēng)力發(fā)電的風(fēng)機(jī)可以具有容易自啟動、恢復(fù)速度快等特點(diǎn)，當(dāng)電力系統(tǒng)發(fā)生大面積停電事故后，這些發(fā)電機(jī)可作為電網(wǎng)“黑啟動”的電源，減少停電造成的損失，因此，分散式風(fēng)電是大電網(wǎng)的有益補(bǔ)充。
d.對社會大眾的好處：①緩解了日益緊張的化石能源的壓力，削減了溫室氣體的排放，既滿足了人們持續(xù)增長的電力需求，又響應(yīng)了環(huán)境保護(hù)的號召;②需要專業(yè)人才，可以一定程度地緩解就業(yè)壓力;③亦可以是分布式發(fā)電或微網(wǎng)的一部分，在發(fā)展過程中可以與其他能源發(fā)電項(xiàng)目有效結(jié)合，進(jìn)一步提高供電的可靠性;④對電能供應(yīng)的可靠性和電能質(zhì)量有更高要求，所以促進(jìn)了我國風(fēng)機(jī)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展和技術(shù)升級，進(jìn)一步提高了整個國家的勞動生產(chǎn)率。
二、國外分散式風(fēng)電得以發(fā)展的主要因素
根據(jù)中國可再生能源學(xué)會風(fēng)能專業(yè)委員會統(tǒng)計數(shù)據(jù)，2016年，全國新增裝機(jī)容量2337萬kW，同比下降24%;截止2016年末，全國累計裝機(jī)容量達(dá)到169億kW。已經(jīng)超越了美國，居世界首位，成為全球風(fēng)電規(guī)模最大、發(fā)展最快的電網(wǎng)。
可見，我國風(fēng)電在規(guī)模化發(fā)展取得了突出的成績，但在分散式風(fēng)力發(fā)電方面相比美國、德國、西班牙、丹麥等分散式風(fēng)力發(fā)電激勵政策相對完善的國家，我國還處于起步階段，所以我們應(yīng)該對以上國家的激勵政策進(jìn)行深入研讀，以促進(jìn)我國的分散式風(fēng)力發(fā)電快速發(fā)展。
分散式風(fēng)力發(fā)電項(xiàng)目在美國、德國、西班牙和丹麥這些國家得以快速發(fā)展，有其各自的特點(diǎn)，亦有其共性，對其共性進(jìn)行總結(jié)主要包括以下幾方面。
a.在這些國家分散式風(fēng)力發(fā)電項(xiàng)目都得到社會各界的大力支持，特別是地方政府降低門檻，允許個人投資建設(shè)分散式風(fēng)力發(fā)電項(xiàng)目，全民辦風(fēng)電的隊(duì)伍進(jìn)一步擴(kuò)大，這將是分散式風(fēng)電項(xiàng)目的主力軍。
b.分散式風(fēng)力發(fā)電項(xiàng)目的開發(fā)流程簡單，從風(fēng)電項(xiàng)目的評估到商業(yè)運(yùn)行的周期較短。
c.分散式風(fēng)力發(fā)電項(xiàng)目的規(guī)模多樣，從50kW的小型家用風(fēng)機(jī)到兆瓦級的大型并網(wǎng)型風(fēng)機(jī)，以固定電價來滿足政府、商業(yè)、工業(yè)、居民等不同種類用戶的電力需求。
d.分散式風(fēng)力發(fā)電項(xiàng)目入網(wǎng)門檻低，可直接通過當(dāng)?shù)嘏渚W(wǎng)實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)接入。
e.國家制訂了鼓勵開發(fā)分散式風(fēng)力發(fā)電項(xiàng)目的一系列政策和措施。
f.風(fēng)機(jī)制造商致力于新型風(fēng)機(jī)的研發(fā)，應(yīng)用于分散式風(fēng)力發(fā)電的風(fēng)電機(jī)組技術(shù)相對成熟。
g.金融機(jī)構(gòu)、能源供給企業(yè)以及政府都能為分散式風(fēng)電項(xiàng)目的建設(shè)提供資金支持。
三、我國分散式風(fēng)電發(fā)展存在的技術(shù)問題
a.風(fēng)能資源評估與選址技術(shù)
對于分散式風(fēng)電項(xiàng)目的開發(fā)，風(fēng)資源評估具有舉足輕重的意義，因此怎樣高效判斷特定區(qū)域的風(fēng)資源狀況是非常重要的工作，其中最為關(guān)鍵的環(huán)節(jié)就是計算資源概率密度分布，并且將計算結(jié)果作為關(guān)鍵的指標(biāo)，以此作為依據(jù)來分析并衡量此區(qū)域的風(fēng)資源特點(diǎn)及現(xiàn)狀。
美國以及西班牙等國家已經(jīng)廣泛開展了風(fēng)資源評估工作，所涉及到的衡量指標(biāo)也眾多，主要有季風(fēng)圖以及額定誤差值等，得到的相關(guān)數(shù)據(jù)結(jié)果極其細(xì)致且精確。此外，風(fēng)資源評估運(yùn)用的手段及技術(shù)也相對比較完善，充分考慮了基地條件以及電力系統(tǒng)條件等，為相關(guān)項(xiàng)目開發(fā)提供了全面系統(tǒng)的數(shù)據(jù)。但是我國在風(fēng)資源評估方面卻仍然有待加強(qiáng)。
風(fēng)機(jī)容量和配置都會直接影響電網(wǎng)的穩(wěn)定性，并且還會對電力系統(tǒng)短路電流以及電壓分布造成一定程度的影響。通過選擇適宜的安裝位置能夠有效降低電力系統(tǒng)的損害，同時提升整個系統(tǒng)的負(fù)荷率。假若安裝位置不科學(xué)，也必然會帶來不利的影響，使得配電網(wǎng)的可靠性大大降低。
在選址手段方面，我國和國外還存在明顯差距，風(fēng)資源評估的精準(zhǔn)度很大程度上影響了分散式風(fēng)電基地的科學(xué)性。需要注意的是，由于風(fēng)資源評估是存在區(qū)別的，當(dāng)前國內(nèi)并未形成全面系統(tǒng)的評估體系，自然也無法很真實(shí)地判斷分散式風(fēng)電基地的狀況，造成評估結(jié)果存在一定的誤差。一般是通過氣象臺的相關(guān)統(tǒng)計數(shù)據(jù)來衡量風(fēng)資源，然而數(shù)據(jù)無法準(zhǔn)確反映出本地區(qū)的風(fēng)資源現(xiàn)狀，僅僅是發(fā)揮參考的作用。因此，現(xiàn)階段國內(nèi)在分散式風(fēng)電場的選址方面仍然有待加強(qiáng)，應(yīng)采取有效措施，有效提升風(fēng)資源評估能力。
b.風(fēng)功率預(yù)測技術(shù)與電力調(diào)度
目前，國外開發(fā)的風(fēng)功率預(yù)測系統(tǒng)很多，如丹麥Ris國家實(shí)驗(yàn)室的Prediktor預(yù)測系統(tǒng)、德國的AWPT預(yù)測系統(tǒng)以及西班牙的LocalPred預(yù)測系統(tǒng)等。這些預(yù)測系統(tǒng)均是根據(jù)氣象部門提供風(fēng)向和風(fēng)速等數(shù)據(jù)進(jìn)行風(fēng)功率預(yù)測的。丹麥Ris國家實(shí)驗(yàn)室的Precliktor預(yù)測系統(tǒng)，就是利用HIRLAM提供風(fēng)電場所屬位置的風(fēng)速情況，綜合考慮風(fēng)電場附近障礙物、粗糙度變化等因素后用WASP進(jìn)行精度更高的風(fēng)速預(yù)測，然后由發(fā)電量計算模塊RisPark根據(jù)預(yù)測的風(fēng)速計算出該風(fēng)電場的風(fēng)電預(yù)測功率。西班牙的LocalPred預(yù)測系統(tǒng)采用了高分辨率中尺度氣象模式MM5(或NWP模式)的氣象數(shù)據(jù)，通過統(tǒng)計模塊(MOS)對預(yù)測風(fēng)速進(jìn)行訂正，最后利用歷史氣象數(shù)據(jù)建立起來的功率輸出模型進(jìn)行風(fēng)功率預(yù)測。
目前，我國的風(fēng)電功率預(yù)測主要是利用氣象數(shù)據(jù)的風(fēng)速預(yù)測和統(tǒng)計方法，預(yù)測技術(shù)比較局限，預(yù)測精度也不甚理想。文獻(xiàn)介紹了一種利用時間序列法的短期風(fēng)速預(yù)測技術(shù)，但并沒有給出風(fēng)電場輸出功率的預(yù)測。而文獻(xiàn)則主要是利用了時間序列法和神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)法進(jìn)行風(fēng)功率預(yù)測，能夠?qū)崿F(xiàn)提前一個觀測時間段的風(fēng)速以及風(fēng)功率預(yù)測。文獻(xiàn)基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法和時間序列法兩種方法對風(fēng)速預(yù)測進(jìn)行了深入的研究，文章中的時序神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型其實(shí)質(zhì)還是以時間序列為基礎(chǔ)，此方法不適用于較長時間的預(yù)測。所以我國的風(fēng)功率預(yù)測的技術(shù)水平遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于美國、歐洲。
只有保證電力系統(tǒng)運(yùn)行發(fā)用電的實(shí)時平衡，才能實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的安全與穩(wěn)定。風(fēng)電場并網(wǎng)后，由于目前的預(yù)測技術(shù)無法完全預(yù)測風(fēng)電出力的波動，存在一定的誤差。所以為了調(diào)峰，調(diào)度機(jī)構(gòu)就必須為波動的風(fēng)電留出相當(dāng)?shù)膫溆萌萘浚@樣就給電力調(diào)度機(jī)構(gòu)帶來了麻煩。隨著電力系統(tǒng)中風(fēng)電的比重日益增大，提高風(fēng)功率預(yù)測能力，將是減少系統(tǒng)備用容量，減輕電力調(diào)度的最有效的途徑。也是分散式風(fēng)電大規(guī)模發(fā)展的必要條件之一。
c.分散式風(fēng)電的無功優(yōu)化技術(shù)
近些年，我國在風(fēng)電場無功優(yōu)化算法的研究方面也取得了一定的成果，無功優(yōu)化算法主要是人工智能方法和數(shù)學(xué)規(guī)劃方法。因?yàn)闊o功優(yōu)化技術(shù)的非線性和復(fù)雜性，想要實(shí)現(xiàn)實(shí)時控制是非常不容易的，所以目前還沒有比較理想的解決措施。負(fù)荷是影響傳統(tǒng)配電網(wǎng)中無功優(yōu)化效果最主要的不確定因素，配網(wǎng)中風(fēng)電出力的波動性亦是一個影響較大的不確定因素。所以，無功優(yōu)化方案和模型中要綜合考慮風(fēng)電出力波動性和負(fù)荷的變化等這些不確定因素的影響。為了考慮負(fù)荷變化的影響，傳統(tǒng)的無功優(yōu)化算法一般是假定一定時間內(nèi)的負(fù)荷是固定不變的，然后把負(fù)荷預(yù)測的曲線分解成多個時段，用動態(tài)優(yōu)化方法進(jìn)行求解。而風(fēng)電出力的波動比負(fù)荷的變化更加頻繁，而目前的風(fēng)功率預(yù)測技術(shù)和精度還不甚理想，所以采用動態(tài)無功補(bǔ)償?shù)姆椒▉砥揭诛L(fēng)速的波動比較困難。
d.發(fā)展模式及電網(wǎng)接納能力
與西班牙、丹麥、德國等歐洲國家相比，我國風(fēng)電的發(fā)展模式具有大規(guī)模集中開發(fā)、高電壓等級遠(yuǎn)距離輸送等特點(diǎn)。千萬kW風(fēng)電基地以高電壓等級的輸電線路集中送出。規(guī)模稍小(10萬kW以內(nèi))的風(fēng)電場則以110kV(或220kV)電壓等級接入本地區(qū)電網(wǎng)，幾乎沒有直接接入35kV及以下配電網(wǎng)的，這與歐洲國家風(fēng)電場多接入配電網(wǎng)的模式有很大差別，所以分散式風(fēng)電在我國現(xiàn)在的并網(wǎng)方式下要發(fā)展還需要相當(dāng)長的時間。
歐洲有些國家風(fēng)電的發(fā)展模式由陸地小規(guī)模開發(fā)轉(zhuǎn)向海上規(guī)模化發(fā)展。因?yàn)檫@些國家內(nèi)陸的分散式風(fēng)電已經(jīng)將近飽和，不得不向遠(yuǎn)離負(fù)荷中心的近海地區(qū)轉(zhuǎn)移。根據(jù)德國風(fēng)能協(xié)會(BWE)預(yù)計，2020年德國在波羅的海和北海等海上區(qū)域規(guī)劃的風(fēng)電裝機(jī)容量將達(dá)到1000萬kW，這些風(fēng)電將利用直流輸電線路送至南部地區(qū)的負(fù)荷中心。西班牙北部和南部沿海地區(qū)的風(fēng)資源是未來幾年的主要開發(fā)方向，風(fēng)電場以規(guī)?；_發(fā)為主，但東部的巴塞羅那和中部的馬德里是主要的負(fù)荷中心，絕大部分風(fēng)電需要跨區(qū)輸送。所以我國的由大規(guī)模向分散式的發(fā)展模式和思路，剛好與歐洲一些國家相反。發(fā)展的經(jīng)驗(yàn)亦可以相互借鑒。
近些年我國風(fēng)電的規(guī)模化開發(fā)，就地消納存在困難時，輸送容量不足的問題已逐步顯現(xiàn)，需要逐步建設(shè)區(qū)域間輸送網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)風(fēng)電跨區(qū)消納。而且不僅是我國，世界各國均是如此，如德國北海岸地區(qū)風(fēng)能資源豐富，而南部地區(qū)是負(fù)荷中心，所以存在風(fēng)電無法就地消納的問題。目前，由于德國南北電網(wǎng)聯(lián)絡(luò)線的限制，北電無法南送，導(dǎo)致北部地區(qū)的風(fēng)電場在部分時段會按照調(diào)度命令關(guān)停掉部分風(fēng)電機(jī)組。德國2015年的風(fēng)電發(fā)展規(guī)劃目標(biāo)是裝機(jī)容量達(dá)36000MW，新建850km、改造更新400km的380kV線路，增加輸電線路長度約5%。南北走向的輸電走廊可以充分利用南部負(fù)荷中心來消納北部富余的風(fēng)電。所以我國要發(fā)展大規(guī)模分散式風(fēng)電需要加強(qiáng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，增加輸電線路，以滿足部分地區(qū)消納能力不足的問題。
e.風(fēng)電上網(wǎng)電價與相關(guān)政策
目前，風(fēng)電發(fā)展較早的國家針對風(fēng)電的電價政策主要包括固定電價政策、電價補(bǔ)貼政策以及綠色能源許可證政策。德國實(shí)行固定電價政策;丹麥則是電價補(bǔ)貼政策;而西班牙采用固定電價和電價補(bǔ)貼兩種選擇，風(fēng)電企業(yè)可以任意選擇，但其設(shè)定的電價使得固定電價的收益期望小于電價補(bǔ)貼，所以可以用此來引導(dǎo)風(fēng)電企業(yè)，因此目前絕大部分的風(fēng)電企業(yè)選擇了電價補(bǔ)貼。
針對風(fēng)電，目前我國實(shí)行的是標(biāo)桿上網(wǎng)電價的政策。國家發(fā)展改革委2009年發(fā)布的《關(guān)于完善風(fēng)力發(fā)電上網(wǎng)電價政策的通知》中將我國的風(fēng)能資源區(qū)分為4類，對應(yīng)的風(fēng)電標(biāo)桿電價分別為每kWh 0.51元、0.54元、0.58元和0.61元。繼續(xù)實(shí)行風(fēng)電費(fèi)用分?jǐn)傊贫龋ㄟ^全國征收的可再生能源電價附加費(fèi)來分?jǐn)傦L(fēng)電上網(wǎng)電價高出當(dāng)?shù)厝济簷C(jī)組標(biāo)桿上網(wǎng)電價的部分。所以目前我國風(fēng)電的電價政策與歐洲國家固定電價的政策是一致的，無需面對遠(yuǎn)期市場價格波動的風(fēng)險，全額保障性收購風(fēng)電;風(fēng)電出力的波動所帶來的平衡和調(diào)峰問題均由電網(wǎng)公司負(fù)責(zé)，而其成本最終由用戶分?jǐn)偂?br />
固定的風(fēng)電標(biāo)桿上網(wǎng)電價，可以保障風(fēng)電場的利益，但風(fēng)電場無法針對市場價格信號做出反應(yīng)，沒有主觀靈活性，使得反調(diào)峰作用明顯。所以這種電價政策無法正確引導(dǎo)風(fēng)電的市場行為。
因?yàn)轱L(fēng)電的反調(diào)峰作用明顯，所以可以針對風(fēng)電實(shí)行峰谷標(biāo)桿上網(wǎng)電價，用市場價格信號來引導(dǎo)風(fēng)電參與系統(tǒng)調(diào)峰。例如凌晨風(fēng)資源較好，正是負(fù)荷較低時刻。若此時電力市場的電價較低，風(fēng)電場完全可以合理“棄風(fēng)”，從而引導(dǎo)風(fēng)電參與調(diào)峰。
四、結(jié)論
本文介紹了分散式風(fēng)力發(fā)電技術(shù)和優(yōu)點(diǎn)，對美國、德國、西班牙、丹麥等國分散式風(fēng)電得以迅速發(fā)展進(jìn)行了深入的分析，在此基礎(chǔ)上，對我國分散式風(fēng)電發(fā)展存在的技術(shù)問題進(jìn)行了總結(jié)，我國分散式風(fēng)電發(fā)展還需要解決以下幾個問題。
a.提高風(fēng)能資源評估能力，進(jìn)而提高分散式風(fēng)電場選址的合理性和準(zhǔn)確性。
b.提高風(fēng)電功率預(yù)測技術(shù)，進(jìn)而減輕電力調(diào)度的壓力。
c.提高分散式風(fēng)電場無功優(yōu)化能力，以減少對電網(wǎng)的負(fù)面影響。
d.加快轉(zhuǎn)變我國由“集中開發(fā)”向“分散接入”的發(fā)展思路，進(jìn)一步促進(jìn)我國分散式風(fēng)電的快速發(fā)展。
e.針對分散式風(fēng)電制定更加合理的價格政策，如實(shí)行針對風(fēng)電的峰谷標(biāo)桿上網(wǎng)電價，以市場價格信號引導(dǎo)風(fēng)電場參與調(diào)峰。
原標(biāo)題：國外分散式風(fēng)電關(guān)鍵技術(shù)研究
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