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“非并网风电”应与大规模蓄电相结合 |
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| http://cn.newmaker.com
11/9/2006 9:57:00 AM
佳工机电网
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我国的风力发电技术和设备生产能力进步很快，风能发电将有较大的发展，电站的规模也将不断大型化。目前微型（百瓦级）风机与（也只能与）铅酸蓄电池配套组成独立运行的供电系统，是典型的分布式供电。由中大型（百千瓦～兆瓦级）风力发电机组成的风电场所发的电目前只有上网一条路。一是由于现在铅酸蓄电池的循环寿命短，而其他迅速发展的大规模蓄电技术尚少为人知；二是顺着西欧的思路，人们的注意力过分集中在“风电并网”上。
风能发的电如何有效、合理运用，是一个新问题，值得研讨，需要集思广益。
顾为东的“非并网风电”倡议
江苏顾为东提出：“非并网风电”是中国风电发展的一种选择。所谓“非并网风电”，就是大规模风电的终端负荷不再是电网，也与铅酸蓄电池配套的小型独立运行供电系统不同，而是将风电直接输送到某些特殊的企业。其优点表现在：（1）可以简化风电并网运行所需的大量辅助设备，大幅度降低风电场的设施规模和成本；（2）风电经过简单处理就可以直接应用于某些特定产业，企业能享受到较低的风电价格，节约成本；（3）减轻风电并网时对电网系统的冲击。该作者认为，可通过直接应用“非并网风电”的方式来形成风电—高耗能工业产业链，并结合江苏的情况设想了两大方向：（1）形成独特的风电—氯碱—PVC及其他氯产品的产业链，同时开展氢燃料的制取、存储，推动专用燃料电池的产业化；（2）利用当地港口优势，整合全球资源，将风力发电与电解铝、电解铜等金属冶炼及金属和非金属产业的精深加工相结合。
顾氏为“非并网风电”直接应用于氯碱产业设计了两套模拟方案：第一套方案是完全独立利用风电；第二套方案是以风电为主、市电为辅，二者分别整流后并联的双路供电。试验结果表明，这两个方案均是可行的。
的确，“非并网风电”直接应用于高耗能工业的概念具有创新性和实用性。
风能发电的蓄电
“非并网风电”与我们提出的可再生能源和用电大户利用大规模蓄电的设想有异曲同工之妙。而且有一共同点，即这两种设备均可成为用电大户的自备电源。
在《大规模蓄电的化学电源》（见全国第26届物理与化学电源学术讨论会论文集）一文中，我们对大规模蓄电装置归结了四大用途：1.电网的调峰，从而提高电网的供电能力；2.太阳能发电和风能发电等可再生能源的蓄电；3.用电大户的蓄电，包括电解（含有机电化）、电镀、电冶金等企业，电车、轻轨、地铁等交通部门；4.军用蓄电，如潜艇和指挥工事的电源。其中，特别强调了风能等可再生能源发电应与大规模蓄电装置联合运行；上述电解、电镀及电冶金等行业，电车、轻轨和地铁等交通部门，都是直流电的用电大户，在电网负荷中占有一定比例，电网事故或拉闸限电对它们而言不堪设想。因此，上述用电大户可利用电网负荷“谷”期的电对蓄电装置充电，而在用电高峰期将蓄电装置输出的直流电直接应用于本企业的生产,可以不像调峰那样要经“变流/升压”等步骤返回电网而损失能量，故而电能的总转换效率高,在用电成本上更为合算，利在企业，功在国家。
在中国工程院主办的“中国风能发展战略论坛”（2006年9月，北京）上，笔者作了题为《中国风能发电的蓄电技术》的报告，进一步论述了风能发电蓄电的必要性、技术现状和解决途径。
“非并网风电”与大规模蓄电相结合
将“非并网风电”与大规模蓄电结合起来以进一步发挥两者的优势，不仅突破了大规模风电仅有并网运行一种方式，而且使“非并网风电”的质量提高、范围扩展、效益增大。
“非并网风电”与大规模蓄电两者的结合方式可有三种：
一是风电与蓄电完全匹配，即风力发电总量与该企业的总用电量平衡，风力发电的所有波动完全由大规模蓄电装置平抑。这是一种理想的方案，该企业的用电自给自足，不依赖市电，不受电网的任何影响，电费在生产成本中比例应该最小。此方式适用于风力季节性波动不大而主要用大规模蓄电抑制昼夜波动的地区。此方式与顾氏第一套方案在完全独立利用风电这一点上相同，但电流的稳定度要高得多。
二是蓄电容量按风电的“旺季”与风电匹配，蓄电在平抑风电昼夜波动之后电能有余，过剩的风电通过蓄电池将部分容量用于电网调峰，在白天用电高峰期以较高的价格售给电网。季节性波动过大的地区，要达到此目的必须有很大的蓄电容量。所幸的是，在近来迅速发展的液流蓄电池中，容量与功率可分别安排，如采用这种蓄电技术，只要加大电解液储罐的体积即可增大蓄电量。
三是蓄电容量按风电的“淡季”与风电匹配。在风电的“淡季”里，企业的生产用电仍以风电为主、蓄电为辅，蓄电池的电能由夜间的电网提供，而不是直接将白天高价的市电用于生产，从而既节省了电费，又助电网消化“谷”电一臂之力。此方式与顾氏第二套方案在利用市电弥补风电的间歇性与不规则性缺陷这一点上相同，但不是直接将市电整流与风电整流并联用于生产。
至于选择何种方式，应根据风场风力的波动规律，风电成本、下网电价、上网电价、风电并网运行所需辅助设备的造价、蓄电设备的造价和循环寿命及运行费用等具体情况，综合对比核算而定。但有一点是肯定的：风场风力的波动越大、风电成本越低，越值得蓄电。
“非并网风电”与大规模蓄电两者结合，还有如下优点：
1.均衡供电，提高风电对本企业的供电质量和能力
风能的间歇性、不稳定性是无法人为改变的，而用电的生产设备则力求连续、均衡、按最佳条件运行，以求得生产的高效率和高质量。大规模蓄电正可起此作用，风大电多时进行大规模蓄电，风小电少时由蓄电池随时补充。液流电池的充一放电切换时间仅20毫秒，尤为可取。
2.减轻电网“谷”期的压力，增加“峰”期的供电能力
我国有的大风场多在半夜12时以后风力增大，而这时本来就是电网负荷的“谷”期，风电并网实际上是增加了电网调峰的负担。特别是实行分时计价中，谷电的电价很低，此时上网的风电越多，电网公司的经济损失就越大，燃煤电厂因电网调峰需要而减发的任务也加重。风电经蓄电后上网，可大大减轻对电网“谷”期的压力，并增加“峰”期的供电能力。
3.提高风电的使用价值
“非并网风电”与大规模蓄电两者结合后，售给电网的电能只是过剩的部分，其规模远小于风电直接并网，所需的辅助设备大幅度降低，从而可降低风电成本；而在“峰”期售给电网的电能一定会受电网的欢迎，上网电价将不再是国家政策照顾的“平均价”，而可提高至接近“峰”期的市价，至少较易达成协议。
4.充分发挥风电分布式供电的优势，扩展风电的作用
我国广阔的西部地区及大量海岛难通大电网，独家使用的微小型风机数量不断增加。随着生活水平的提高和风机价格的下降，有可能逐步发展以大中型风力发电机为核心的小型局域电网，为分散的村镇提供生活和生产用的电能。与电网不联结的这一类分布式风电站必须有相应规模的蓄电装置与之配套运行，才能发挥好风电的作用，保证供电的连续性和稳定性。
所以，与大规模蓄电相结合，是单纯“非并网风电”的发展和拓宽，既适用于大型风电场，也适合中小型风电场，可提高分布式供电的质量和经济性，探索出有中国特色的、有自主知识产权的风能利用的新途径。
包括风电在内的各种间歇式可再生能源应与大规模蓄电技术同步发展，建议政府有关部门加强对大规模蓄电技术（特别是液流蓄电）发展的指导和投入，风电界和电网公司也要一起来关注和参与。
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