张松刚表示,海上风力发电悄然兴起,并将成为重要的能源形式。在上海世博会期间,上海东海大桥海上风电场已经顺利并网投入使用。
“风力发电场正从内陆及大陆沿海逐步往海上发展,目前海上风电场已成为全球发展风电的热点。”许浩平指出,“这主要是因为海上风力资源丰富,更大单机容量机组的安装比陆上更容易实现。”
智能动态控制风电系统
尽管世界各地都如火如荼地展开风力发电场的建设,但是风力发电是低密度能源,具有不稳定性和随机性的特点,使风力发电设计面临诸多挑战。
“风能的利用最终取决于与电网并网的实现,而实现并网最主要的要求就是输出频率、电压和相位要保持与电网一致,”许浩平解释,这一要求在恒定的风速和风力下是比较容易实现的,但现实是风速和风力都在不断变化,因此如何将多变的风力电能转换成稳定的电能是风力发电系统的关键环节。“风电早期均采用变桨距和变速箱等技术来实现,但现今主流技术主要以智能控制技术为主。”
陆磊:风力发电主要挑战来自风电系统动态控制。
ADI Processor-DS亚洲业务区域经理陆磊认为,风力发电的主要挑战来自风电系统动态控制。由于风无时无刻不在变化,为了最大限度的利用风能,提高风力发电的效率,必须要对风力发电系统进行实时的控制。
陆磊说:“对于发电系统,大多数系统设计的任务是执行实时控制算法,因此大多数的控制系统采用了高性能的处理器或DSP,其中所用的DSP要能够满足一系列需求。”
他表示,ADI的浮点处理器特别适合用于应对风电控制算法的复杂性。其中SHARC浮点处理器作为核心算法处理器为业界提供了一种可行的解决方案,来满足设计风力发电系统的所有关键需求。除了能解决上述的挑战,SHARC处理器还使开发人员可以用一种非常灵活的方式将内部存储器分为数据和程序存储器,使应用程序能适应未来需求的变化而无需改动硬件。
此外,他还提到,对必须在100微秒或更少时间内执行的实时处理运算而言,速度也是一个关键因素。另外,风电系统的必要条件是充足的处理器内存,以避免造成处理延迟的等待状态。“此外,内部存储器可减少外部器件的数量,能最大限度地减少电路板设计中的EMI问题。”陆磊强调。
此外,张松刚还提到成本和价格因素也是阻碍风力发电增长的主要原因之一。“风电开发最大的瓶颈之一就是一次性投入巨大,单位成本较火电、水电高。” 此外,长期维护也是一个不小的负担。张松刚指出,风力发电在实际开发过程里还受其它一些因素的制约,如风电场建设须综合考虑交通、地质、环境保护、与电网的连接条件等因素等。
智能电网有望打破风电瓶颈
风力发电对改善能源结构、提高多种复合能源的利用率起到了关键作用,但风力发电,特别是大规模的风力发电一旦实现并网运行将会给传统电网带来很大影响。
风电本身是一个间歇性不可控的能源,并入传统电网之后,整个能源系统都要进行相应的调整。随着风电单机容量的提升,发电峰谷差也逐渐加大,给发电调度和电网安全造成更大的冲击。
张松刚分析,首先由于风力发电的原动力不可控,发电输出的电能具有波动性和间歇性,当风力发电并网规模达到一定程度是将会改变电网的潮流分布,传统电网的潮流控制将发生重大改变,会直接影响电网的稳定性。其次,由于风力发电的不确定性,所带来的风能功率的波动性而使得电网电能质量的下降。
“风力发电与太阳能发电一样也会有孤岛效应,采用传统的电网保护及测控设备都无法满足要求,需要更新型的电网保护及控制设备;风力发电也需要更多的储能设备加入电网。”张松刚强调,传统电网很难满足大规模风力发电的并网接入,发展智能电网将是非常迫切的。
风力发电并网难的困境,导致大部分的风力发电设施在夜间风力发电高峰期停运,传统电网缺少消化和输送能力白白浪费了大量能源。风力发电场占用土地资源广,因此目前中国大部分风电场建造在偏远地区。许浩平指出,风电场所处地区配电网较落后,给风电并网造成一定困难。
而智能电网可以有效地优化电网调度、合理配置电源输送、增强电网抗故障能力,因此智能电网被视为打破风电瓶颈的突破口。