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風(fēng)力發(fā)電科普知識系列三
2009-06-30 15:23:45 來源:什么是電網(wǎng)?
電網(wǎng)指的是由變電站、電纜和架空天線組成的輸配電網(wǎng)絡(luò) , 其目的是為了從發(fā)電廠傳輸和配送電力到所服務(wù)地區(qū)的電力用戶。
風(fēng)機并網(wǎng)需要考慮哪些方面?
1. 電力質(zhì)量- 無功功率,開關(guān)操作時的電壓波動(切入開機、切出停機),運行時的電壓波動(例如,風(fēng)速變化 ) 。
2.低電壓過渡-電網(wǎng)可能會有瞬間電壓下降的現(xiàn)象。在某些國家,低電壓過渡要求指定了在某些電壓下降值的情況下,風(fēng)力發(fā)電機不可以脫離電網(wǎng)。
3. 電網(wǎng)故障時,風(fēng)力發(fā)電機送出的故障電流。
并網(wǎng)運行模式的規(guī)模劃分
風(fēng)能是一種波動不穩(wěn)定的能源 , 如果沒有儲能裝置或與其他發(fā)電裝置互補 ,風(fēng)力發(fā)電裝置本身難以提供連續(xù)穩(wěn)定的電能輸出。而大型風(fēng)機與電力網(wǎng)并網(wǎng)運行則可解決此問題。 對應(yīng)于風(fēng)力發(fā)電機組的規(guī)模,通常有三種運行方式:
A. 大、中 型 風(fēng)力發(fā)電機組 (100千瓦 以上 ) 與電力網(wǎng)并網(wǎng)運行 ;
B. 小型風(fēng) 力 發(fā)電機 (10 千瓦到100千瓦 ) 與柴油發(fā)電機或其他發(fā)電裝置并聯(lián)互補運行;
C. 微型風(fēng)力發(fā)電機(10千瓦以下)主要采用直流發(fā)電系統(tǒng)并配合蓄電池儲能裝置獨立運行。所以,與就近的電力網(wǎng)并網(wǎng),是風(fēng)電場*常見的運行方式選擇。
風(fēng)力發(fā)電機的并網(wǎng)有什么好處?
風(fēng)力發(fā)電其固有的趨勢規(guī)律很適合并入電網(wǎng)系統(tǒng),為電力網(wǎng)負(fù)載能力曲線起到填谷補償作用:
1. 適合每日電力消耗的規(guī)律:典型的天氣模式是晚上風(fēng)小,白天風(fēng)比較大;
2. 適合季節(jié)性電力消耗的規(guī)律: 夏天的風(fēng)通常比冬天的風(fēng)弱;而電力消耗正好也是一般冬天比夏天來得大。(在寒冷的冬季,電力加熱和風(fēng)能結(jié)合是一種理想的方式,因為房屋寒冷降溫的狀況,是隨風(fēng)的速度變大而嚴(yán)重,而風(fēng)機電能的產(chǎn)生正好也隨風(fēng)速變大而增加。)
什么是“防孤島功能”
風(fēng)場發(fā)電系統(tǒng)并網(wǎng)時都應(yīng)該備有防孤島功能,當(dāng)附近一帶電網(wǎng)失去主要電力供應(yīng)時,自動把可再生能源發(fā)電系統(tǒng)和電網(wǎng)脫離。在直接并網(wǎng)的情況下,防孤島功能的作用,主要是避免風(fēng)場發(fā)電系統(tǒng)繼續(xù)向已經(jīng)失去主要電力供應(yīng)的電網(wǎng)部分提供電力,形成一個脫離主電網(wǎng)的「島嶼」。在間接并網(wǎng)的情況下,防孤島功能的作用,主要是避免風(fēng)場發(fā)電系統(tǒng)繼續(xù)向已經(jīng)失去主要電力供應(yīng)的場地配電系統(tǒng)提供電力。亦防止風(fēng)場發(fā)電系統(tǒng)向電網(wǎng)逆向施加電壓。防孤島功能的動作時間要求比較短,為了避免影響到電網(wǎng)里斷路器自動開關(guān)或者自動重合的動作。
風(fēng)力發(fā)電機并網(wǎng)運行的模式及其特點(根據(jù)發(fā)電機劃分)
恒速恒頻的同步發(fā)電機并網(wǎng)運行模式
并網(wǎng)條件 :需滿足風(fēng)力發(fā)電機的端電壓等于電網(wǎng)的電壓;風(fēng)力發(fā)電機的頻率等于電網(wǎng)的頻率;風(fēng)力發(fā)電機的相序與電網(wǎng)的相序相同才可并網(wǎng)。運行特點:
1. 并網(wǎng)過程通?梢允褂糜嬎銠C自動檢測,操作。對風(fēng)力發(fā)電機的調(diào)速裝置要求較高,成本較貴。
2. 并網(wǎng)時能使瞬態(tài)電流減至*小,從而讓風(fēng)力發(fā)電機組和電網(wǎng)受到的電流沖擊也*小。
3. 當(dāng)風(fēng)力發(fā)電機組功率保持不變時,通過調(diào)節(jié)勵磁電流 , 不僅能向電網(wǎng)發(fā)出有功功率,而且能向電網(wǎng)發(fā)出無功功率,有助于提高電網(wǎng)的供電能力。
4. 對并網(wǎng)時刻控制要求精確,若控制不當(dāng),則有可能產(chǎn)生較大的沖擊電流,以致并網(wǎng)失敗。
恒速恒頻的感應(yīng)發(fā)電機并網(wǎng)運行
并網(wǎng)條件:感應(yīng)發(fā)電機的相序必須和電網(wǎng)相序相同,并網(wǎng)時發(fā)電機轉(zhuǎn)速應(yīng)盡可能接近電網(wǎng)同步轉(zhuǎn)速。(這樣沖擊電流才能快速衰減)
運行特點:
1. 并網(wǎng)過程比較簡單,感應(yīng)發(fā)電機并網(wǎng)時自身不產(chǎn)生電 壓,但是合閘瞬間會流過額定電流值5~6倍的沖擊電流,一般零點幾秒后才轉(zhuǎn)入穩(wěn)態(tài)。
2. 目前在較大型的風(fēng)力發(fā)電機組中,常采用的是雙向晶閘管軟并網(wǎng)。
3. 通常需要采用電容器進行適當(dāng)?shù)臒o功補償。
變速恒頻的同步發(fā)電機交 -- 直 -- 交 系統(tǒng)并網(wǎng)運行
運行特點:
1. 可以使風(fēng)力發(fā)電機組在很大風(fēng)速范圍內(nèi)按*佳效率運行, 可實現(xiàn)*大功率輸出控制。
2. 因為采用頻率變換裝置進行輸出控制,并網(wǎng)時不會對系統(tǒng)造成電流沖擊;
3.同步發(fā)電機的工作頻率與電網(wǎng)頻率是彼此獨立的,葉輪及發(fā)電機的轉(zhuǎn)速可以變化,不會發(fā)生同步發(fā)電機的失步問題 ;
4. 由于頻率變換裝置采用靜態(tài)自勵式逆變器,會產(chǎn)生高次諧波電流流向電網(wǎng);
變速恒頻的磁場調(diào)制發(fā)電機系統(tǒng)并網(wǎng)運行運行特點:可以使風(fēng)力發(fā)電機組在很大風(fēng)速范圍內(nèi)按*佳效率運行,可實現(xiàn)*大功率輸出控制。 輸出電壓的頻率和相位取決于勵磁電流的頻率和相位,而與發(fā)電機軸的轉(zhuǎn)速無關(guān)。
變速恒頻的雙饋發(fā)電機系統(tǒng)的并網(wǎng)運行 運行特點:
1. 可以使風(fēng)力發(fā)電機組在很大風(fēng)速范圍內(nèi)按*佳效率運行 , 可實現(xiàn) * 大功率輸出控制。
2.發(fā)電機定子三相繞組直接與電網(wǎng)相聯(lián),轉(zhuǎn)子繞組經(jīng)交/交循環(huán)變流器聯(lián)入電網(wǎng)。風(fēng)力發(fā)電機接近同步轉(zhuǎn)速時,由循環(huán)變流器對電壓、頻率和相位進行控制,并網(wǎng)時基本上無 電流沖擊。
3.風(fēng)力發(fā)電機的轉(zhuǎn)速可隨風(fēng)速及負(fù)荷的變化及時作出相應(yīng)的調(diào)整,使風(fēng)力發(fā)電機組以*佳葉尖速比運行,產(chǎn)生*大的電能輸出。
4.通過對勵磁電流的頻率、幅值和相位的調(diào)整?杀WC風(fēng)力發(fā)電機在變速運行的情況下發(fā)出恒定頻率的電力,調(diào)節(jié)勵磁時不僅調(diào)節(jié)無功功率,也可以調(diào)節(jié)有功功率。
影響風(fēng)電項目投資收益的幾個因素
測風(fēng):
在項目開發(fā)實踐中,測風(fēng)時間短,測風(fēng)點不具有代表性,都可能造成業(yè)主錯誤地估計項目點的發(fā)電量,造成經(jīng)濟匯報不能達到預(yù)期。 測風(fēng)時間短: 由于風(fēng)速通常以年為周期變化,因此按照規(guī)定,每個項目點的測風(fēng)時間至少需要測一年。但在實踐中,在我們國家很多地區(qū),同一項目點的同一測風(fēng)塔實際年與年之間的測得的風(fēng)速還是有變化的,很多地方年與年之間的風(fēng)速變化甚至超過了1 米/ 秒 。 而1 米/秒的風(fēng)速差異造成的一臺600千瓦的風(fēng)電機組一年發(fā)電量差異達到 20 萬千瓦小時。消除這種差異的方式是必須利用其他氣象測站的長期數(shù)據(jù)做相關(guān)性分析,得到常年平均風(fēng)速。但在實踐中,由于風(fēng)電場區(qū)域往往由于地處偏僻,周圍沒有氣象站。 因此很難得到常年平均風(fēng)速。而且一些項目往往在沒有測滿一年的情況下,倉卒決定上馬。這樣后期的經(jīng)濟效益更加難以保證。測風(fēng)點不具有代表性:一般要求,風(fēng)電場的測風(fēng)應(yīng)該在位于風(fēng)電場中央地勢開闊,比較具有代表性的地方設(shè)立測風(fēng)塔。但是由于一些地形比較復(fù)雜的地方,比如山地,為了能讓測風(fēng)減少周圍地形和障礙物的干擾,往往會把測風(fēng)塔設(shè)立在山頂上。而實際在排布風(fēng)電機組時卻不可能把風(fēng)機都排布在山頂上,這個點測得的風(fēng)速相對于全場其他位置的風(fēng)速偏大, 因此直接 用這個風(fēng)速代表整個風(fēng)電場風(fēng)速來估算發(fā)電量,顯然偏離了實際。
設(shè)備選型因素:
通常我們在設(shè)備選型中需要考慮很多因素,如設(shè)備的價格,技術(shù)先進性等等。在實踐中,往往由于對風(fēng)電設(shè)備不熟悉,選擇了一些不合適的設(shè)備,給業(yè)主造成了很大的損失。在我國的風(fēng)電項目中,不但出現(xiàn)了對國外設(shè)備廠家不了解,采購回來的風(fēng)機設(shè)備不能用的情況 ,也出現(xiàn)了合同執(zhí)行過程中由于設(shè)備廠家破產(chǎn)致使合同無法執(zhí)行的問題。給投資方造成了巨大損失。因此在設(shè)備選擇過程中,應(yīng)對設(shè)備供應(yīng)商進行充分考察,選擇優(yōu)秀講信譽的供應(yīng)商,同時選擇成熟可靠的設(shè)備,這樣才能在根本上解決投資商的穩(wěn)定回報。
運行維護:
風(fēng)電項目的投資回收期比價長,往往都在7年以上,很多項目回收期都超過10年,因此在此期間保證設(shè)備穩(wěn)定運行至關(guān)重要,除了選擇好的設(shè)備,運行維護水平也很重要。風(fēng)電機組長期在惡劣環(huán)境中運行,必須進行很好的保養(yǎng),才能保證設(shè)備長期穩(wěn)定。風(fēng)電設(shè)備涉及的零部件眾多,受風(fēng)機制造商產(chǎn)品更新?lián)Q代的影響,大多數(shù)整機在若干年后都已經(jīng)停產(chǎn),其中的很多零部件都很難繼續(xù)采購,需要設(shè)備運行方去改進更替,以保證設(shè)備長期正常運行 。 如果 沒有好的運行隊伍 , 必然造成設(shè)備長期的運行可靠性,從而影響業(yè)主的投資收益。因此風(fēng)電廠在建設(shè)的同時,建立非常*的運行維護隊伍也至關(guān)重要。目前在歐洲非常流行的請*公司代維不失為一種抗風(fēng)險的好形式,相信這種方式也將在我國得以推廣,目前國內(nèi)已經(jīng)有一些比較早期進入風(fēng)電行業(yè)的公司開始提供這種服務(wù),取得很好的效果。
風(fēng)電項目的投資構(gòu)成是什么?
風(fēng)電項目的投資主要是由以下部分構(gòu)成: 風(fēng)力發(fā)電機組
土建工程; 電氣工程; 安裝工程; 財務(wù)成本;
其他(含征地、設(shè)計勘測等)
以上各項內(nèi)容所占比例如下圖:
從上圖可以看出,風(fēng)力發(fā)電機組對總投資的影響非常大,開發(fā)商應(yīng)予以充分重視。
風(fēng)力發(fā)電項目的度電成本
風(fēng)力發(fā)電項目的發(fā)電成本主要包括折舊費用 、 財務(wù)費用 、 運行維護費用等 。上述各項費用所占比例如下圖。
從上圖中可以看出:設(shè)備折舊費在發(fā)電成本中占的比例*大,而折舊費主要來源于總投資中的設(shè)備購置和安裝。因此對于風(fēng)力發(fā)電這種一次性投資較大的項目,應(yīng)特別注意控制投資總額。
功率曲線與發(fā)電量
功率曲線反映了風(fēng)力發(fā)電機組的功率特性,是衡量機組風(fēng)能轉(zhuǎn)換能力的指標(biāo)之一 ,設(shè)備驗收時功率曲線往往是被重點考核的對象。其實,評價一種機型功率曲線的好壞不應(yīng)單純地只關(guān)注那些圖表中所給定的“風(fēng)速-功率”對應(yīng)值,還應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場情況進行具體分析:風(fēng)力機組的功率特性關(guān)鍵取決于葉片的氣動特性和機組的控制策略。眾所周知,葉片的氣動 設(shè)計實際上是一個優(yōu)化的結(jié)果,受其他條件限制,無法達到所有風(fēng)速工況下效率均*好的目標(biāo)。而機組實際運行的外部條件可能與設(shè)計存在較大差異 ,因此需要采取技術(shù)措施以實現(xiàn)發(fā)電量*大。一般來講,失速型機組應(yīng)根據(jù)風(fēng)頻分布調(diào)整合適的安裝角,使風(fēng)頻*高的風(fēng)速段出力*好。而變槳距機組則應(yīng)根據(jù)湍流等風(fēng)速特性優(yōu)化控制策略。因此為了追求發(fā)電量優(yōu)化的目標(biāo),實際的功率曲線與理論值會存在一個合理的偏差。
風(fēng)資源狀況的評價指標(biāo)
定義:年平均風(fēng)速:以測量記錄的風(fēng)速計算出的某一高度的年度平均風(fēng)速。風(fēng)功率密度:氣流垂直通過單位面積的風(fēng)的能量,單位:W/m2年有效風(fēng)速小時:在一年之中風(fēng)速在3m/s-20m/s之間出現(xiàn)的累積時間。年有效風(fēng)能功率密度:根據(jù)年有效風(fēng)速范圍內(nèi)采集到的數(shù)據(jù)計算出單位垂直面積的風(fēng)的能量。
備注:
。1)表中數(shù)據(jù),不同高度的年平均風(fēng)速參考值按風(fēng)切變指數(shù)為 1/7 推算 。
(2)與風(fēng)功率密度上限值對應(yīng)的年平均風(fēng)速參考值,按標(biāo)準(zhǔn)大氣壓, 按瑞利風(fēng)頻分布進行推算。
上述表1用于小區(qū)域內(nèi)風(fēng)能資源的評價,主要是指針對實際測風(fēng)數(shù)據(jù)進行評估的指標(biāo)。
表2用于大區(qū)域內(nèi)風(fēng)能資源的評價,針對還未安裝測風(fēng)塔利用氣象站數(shù)據(jù)對一個地區(qū)風(fēng)能資源進行評價時使用。
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