风电是绿色能源的典型代表,但在中国却从“绿色能源”迅速演变为近乎于“垃圾能源”,从技术角度看风电大规模并网技术不能满足实际需要是关键原因。然而,随着世界各国科学家和技术人员在这一领域的努力探索,大规模风电并网在技术上已经日臻成熟,只要投资收益成本等经济问题得以解决,风电告别“垃圾能源”的时代就不远了。
垃圾能源由来
在中国,可利用风能密度超过200瓦/平方米的“高能”区域只集中在内蒙古北部、新疆北部、黑龙江东部、西藏中北部和沿海的个别地区。这直接导致了百万千瓦级风电场的出现,而这样规模的风电场在欧洲等地是相当罕见的。
大规模的风电场给电力系统造成的负面影响日益明显,由于风能的间歇性等原因,导致风电场给电网带来谐波污染、电压波动及闪变问题。另外,风电的随机性也给发电和运行计划的制定带来很多困难。除了风力随机变化的自然属性之外,风机本身和电网的调节功能也滞后于实际应用的需求。
实际应用中的典型例子是:风大而电网负荷小时,风能输送不出去会导致电网频率超过50赫兹,如果电网调度能力不足,就只能把风电切出去,风机就要紧急刹车,由于惯性,齿轮箱、传动、制动系统、叶片等将受到巨大的冲击载荷。而风小电网负荷大时,风电发电量不足,电网频率会低于50赫兹,网压变得很低,如电网调度能力弱就会大面积停电。
从技术角度,可以将目前风电并网的缺点大致分成三个方面,这也是目前科研技术人员重点突破的领域:储能技术、风力预测技术和电力电子应用,从风机本身、风场系统以及风场气象预测等层次解决风电并网的问题。
以不变应万变
解决风电并网问题,最容易想到的莫过于“储能-无功调节”,利用储能技术把风电的间歇能量变成容易调节的能源。据了解,目前储能技术已经发展到足以适应大规模风电并网所需的程度。其中,钠硫电池、锂电池相对成熟,可用于电量和功率应用的场合,但需要降低成本。另外,在地理条件合适的地方,还可以开展压缩空气储能试验,估计可以达到100MW以上的应用。
钠硫电池是以Na-beta-氧化铝为电解质和隔膜,并分别以金属钠和多硫化钠为负极和正极的二次电池。钠硫电池用于储能具有独到的优势,主要体现在原材料和制备成本低、能量和功率密度大、效率高、不受场地限制、维护方便等方面。
钠硫电池的理论比能量为760Wh/Kg,实际已大于100Wh/Kg,是铅酸电池的3-4倍;另一个特点是可大电流、高功率放电。其放电电流密度一般可达200-300mA/cm2,并瞬时放出其3倍的固有能量;再一个是充放电效率高。由于采用固体电解质,所以没有通常采用液体电解质二次电池的那种自放电及副反应,充放电电流效率几乎100%。