风力发电的现状和未来发展

2023-06-28 理论教育版权反馈

【摘要】：与常规电源发电方式相比，风力发电输出功率具有明显的间歇性和波动性，大规模风电并网运行势必会给电网的潮流、电能质量、安全稳定运行和实时调度等带来影响，因此有必要对大规模风电场接入电网后的电网运行特性进行深入研究。其中，风电场建模[3，4]是必须解决的首要问题。因此，建立风电场模型，较为真实地模拟风电场运行状态是风电场并网研究的重要课题。

受化石能源价格上涨和全球气候变化的影响，可再生能源因其可持续性、清洁、环保，日益受到国际社会的重视，是未来能源的发展方向。在当今世界可再生能源开发中，风力发电是除水能外，技术最成熟、最具有大规模开发和商业开发条件的可再生能源发电形式。世界许多国家都制定了包括发展风力发电等可再生能源的发展规划和战略目标，使得风力发电技术水平不断提高，产业规模逐渐扩大，风力发电已成为促进能源多样性和实现可持续发展的重要能源。

我国风能资源丰富，风力发电正快速发展^[1]。自1986年起，山东荣成进口了3台Ves-tas的容量为55kW的风电机组，建立了我国第一个风电场，到2013年底，我国累计装机容量为91412.85MW，新增装机容量为16088.7MW。2001～2013年，我国新增及累计风电装机容量如图1-1所示^[2]。目前，我国新增装机容量和累计装机容量均居世界第一。

图1-1 2001～2013年我国新增及累计风电装机容量

我国风能资源丰富且分布相对集中，主要分布在西北、东北和华北的部分地区，以及东部和东南沿海地区^[1]，这一特点决定了我国风电呈大规模、基地式集中开发的模式。2007～2013年，我国各区域累计风电装机容量如图1-2所示^[2]。由图可见，我国90%以上的风电集中在“三北”地区，截止2013年底，内蒙古、河北、甘肃和辽宁的风电并网容量占各省总装机比例已超过了20%，分别为20270.31MW、8499.9MW、7095.95MW、6758.01MW。

图1-2 2007～2013年我国各区域累计风电装机容量

伴随着风电机组单机容量的不断增加，风电场装机容量也大幅度增长，我国规划的若干千万千瓦级的风电基地，已形成了集中分布的、大规模的风电场群。

与常规电源发电方式相比，风力发电输出功率具有明显的间歇性和波动性，大规模风电并网运行势必会给电网的潮流、电能质量、安全稳定运行和实时调度等带来影响，因此有必要对大规模风电场接入电网后的电网运行特性进行深入研究。其中，风电场建模^[3，4]是必须解决的首要问题。

因为风电场内尾流效应的影响造成风力机的输入风速不同，相应风电机组工况也不同^[5，6]，所以风电场接入电网运行仿真时，若对风电场内每台风电机组、机组变压器及其场内集电线路进行建模，则将增加模型结构复杂度以及计算量和仿真时间，但若把运行状态差异较大的风电机组等效成一台风电机组，则又无法表征风电机组实际运行状态^[4，7，8]。因此，建立风电场模型，较为真实地模拟风电场运行状态是风电场并网研究的重要课题。

风力发电的现状和未来发展

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