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風力發(fā)電科普知識系列三
2011-03-29 15:25:17 來源:尹金葉風力發(fā)電科普知識系列三
風力發(fā)電科普知識系列三
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,風力發(fā)電機不可以脫離電網(wǎng)。
3. 電網(wǎng)故障時,風力發(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。而大型風機與電力網(wǎng)并網(wǎng)運行則可解決此問題。對應(yīng)于風力發(fā)電機組的規(guī)模,通常有三種運行方式:
A. 大、中 型 風力發(fā)電機組 (100千瓦 以上) 與電力網(wǎng)并網(wǎng)運行 ;
B. 小型風 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),是風電場*常見的運行方式選擇。
風力發(fā)電機的并網(wǎng)有什么好處?
風力發(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小,白天風比較大;
2. 適合季節(jié)性電力消耗的規(guī)律:夏天的風通常比冬天的風弱;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,是隨風的速度變大而嚴重,而風機電能的產(chǎn)生正好也隨風速變大而增加。)
什么是“防孤島功能”
風場發(fā)電系統(tǒng)并網(wǎng)時都應(yīng)該備有防孤島功能,當附近一帶電網(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 :需滿足風力發(fā)電機的端電壓等于電網(wǎng)的電壓;風力發(fā)電機的頻率等于電網(wǎng)的頻率;風力發(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,從而讓風力發(fā)電機組和電網(wǎng)受到的電流沖擊也*小。
3.當風力發(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,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?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.可以使風力發(fā)電機組在很大風速范圍內(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:可以使風力發(fā)電機組在很大風速范圍內(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.可以使風力發(fā)電機組在很大風速范圍內(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.風力發(fā)電機的轉(zhuǎn)速可隨風速及負荷的變化及時作出相應(yīng)的調(diào)整,使風力發(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。可保證風力發(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。
影響風電項目投資收益的幾個因素
測風:
在項目開發(fā)實踐中,測風時間短,測風點不具有代表性,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。 測風時間短:由于風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塔實際年與年之間的測得的風速還是有變化的,很多地方年與年之間的風速變化甚至超過了1米/ 秒 。 而1 米/秒的風速差異造成的一臺600千瓦的風電機組一年發(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,得到常年平均風速。但在實踐中,由于風電場區(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。測風點不具有代表性:一般要求,風電場的測風應(yīng)該在位于風電場中央地勢開闊,比較具有代表性的地方設(shè)立測風塔。但是由于一些地形比較復(fù)雜的地方,比如山地,為了能讓測風減少周圍地形和障礙物的干擾,往往會把測風塔設(shè)立在山頂上。而實際在排布風電機組時卻不可能把風機都排布在山頂上,這個點測得的風速相對于全場其他位置的風速偏大,因此直接 用這個風速代表整個風電場風速來估算發(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。風電設(shè)備涉及的零部件眾多,受風機制造商產(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電行業(yè)的公司開始提供這種服務(wù),取得很好的效果。
風電項目的投資構(gòu)成是什么?
風電項目的投資主要是由以下部分構(gòu)成: 風力發(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。
風力發(fā)電項目的度電成本
風力發(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
功率曲線反映了風力發(fā)電機組的功率特性,是衡量機組風能轉(zhuǎn)換能力的指標之一,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,無法達到所有風速工況下效率均*好的目標。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)風頻分布調(diào)整合適的安裝角,使風頻*高的風速段出力*好。而變槳距機組則應(yīng)根據(jù)湍流等風速特性優(yōu)化控制策略。因此為了追求發(fā)電量優(yōu)化的目標,實際的功率曲線與理論值會存在一個合理的偏差。
風資源狀況的評價指標
定義:年平均風速:以測量記錄的風速計算出的某一高度的年度平均風速。風功率密度:氣流垂直通過單位面積的風的能量,單位:W/m2年有效風速小時:在一年之中風速在3m/s-20m/s之間出現(xiàn)的累積時間。年有效風能功率密度:根據(jù)年有效風速范圍內(nèi)采集到的數(shù)據(jù)計算出單位垂直面積的風的能量。
備注:
(1)表中數(shù)據(jù),不同高度的年平均風速參考值按風切變指數(shù)為 1/7 推算 。
�。�2)與風功率密度上限值對應(yīng)的年平均風速參考值,按標準大氣壓, 按瑞利風頻分布進行推算。
上述表1用于小區(qū)域內(nèi)風能資源的評價,主要是指針對實際測風數(shù)據(jù)進行評估的指標。
表2用于大區(qū)域內(nèi)風能資源的評價,針對還未安裝測風塔利用氣象站數(shù)據(jù)對一個地區(qū)風能資源進行評價時使用。
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