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风能资源开发的收获与困扰

2019-09-13 20:19:58来源:励志吧0次阅读

风能资源开发的“收获”与“困扰”

SMM讯:在有着彩云之南之称的云南的蓝天下,给人印象最为深刻的就是这里的风。四周安静的时候,甚至能听到空气流动的声音。它从你的耳畔掠过,从你的指尖流过,胸中浊气涤荡一空,在一呼一吸之间,身心也轻盈起来。在这个空气清新、负氧离子浓密的地方,你可以自由自在地、毫无负担地呼吸。这清新除了缘于高原的气候特点之外,也与云南省清洁能源的大力发展,减少大气污染有关。

不过,虽然以风能为代表的清洁能源在近年来快速发展,但风功率预报、风电预报等难题还制约着风能资源发挥更大作用,而弃用风电和并等问题也困扰着相关行业。

在清洁能源中,风能发展势头正盛。风能,取之不尽、用之不竭,可再生、无污染。随着全球气候变暖和能源危机的出现,亟需新能源在生产、生活中发挥作用,而风能正在凸显其独特优势。

从发电引起的温室气体排放量来看,燃煤最多,风电最少。因此风力发电从生态的角度来看有着得天独厚的优势。

随着经济社会不断发展,我国工业生产能力和人民生活水平都在不断提高,这就意味着能源消耗量会越来越大。地处祖国西南边陲的云南,煤炭储量并不丰富,石油和天然气的储量更是很少,但凭借着良好的风能资源条件,成为全国新能源产业发展的黑马。

云南是山的世界,高山峡谷纵横交错,疏星似的散落着许多小镇和村寨。行进在山路上,就是行进在山的臂弯之中。在大山那有力的臂膀之上,遍布着一座座高大洁白的风力发电机。傍晚,洁白的风力发电机成了橘红色光圈中的剪影,与天空和云层形成一幅和谐动人的画卷。

据云南省发改委资料显示,云南风电能源总储量为1.2亿千瓦,经济开发量为3000万千瓦左右。截至今年4月1日,全省风电项目共有38个,总装机规模175.05万千瓦的风电项目已经建成投产。

这只是云南风能快速发展的一个缩影。在十二五期间,国家能源局第一批风电项目核准计划下达给云南的风电项目是64万千瓦,而第二批就达到了136万千瓦。仅增补的装机容量一项,几乎就等于到2011年底时云南省全部的风电项目装机容量。在十二五期间,云南省有望成为长江以南最大的风电基地。

气象把脉风能家底

云南地处低纬高原,具有明显的季风气候和立体气候,冬季盛行干暖的南支西风气流,夏季盛行湿润的海洋季风。在云南山区,风速的地形效应非常显着,风速随相对高度增大而增大,平均风能密度和有效利用时间随海拔的增高而增大。由于风能资源丰富,质量优良,全国各大发电企业纷纷在云南投资开发建设风电场。

而在茫茫群山之中,如何选择建立风电场的地方呢?一个风电场的建立,需要环保、能源、林业等部门进行多项审批和认证,而判断风电场选址处是否能产生风能效益则需要气象部门根据国家标准,进行风能资源评估,开展气候可行性论证。2005年以来,云南省气象局积极参与到风电场规划选址工作中。

根据国家标准要求,在风电场选址后,要通过两个测风塔进行一年观测,从而开展风能资源评估。云南的绝大部分风电场都在山脊上,小部分是在山峰之间的台地上。在这细长的山脊上,测风塔放置在那里、设定多高,才能使所测的数据对于整个风电场具有代表性呢?

气象科技人员踏遍云南的每个风电场区域,根据长期积累的观测数据以及成熟的技术分析手段,结合现场的地形和自然条件,决定在什么地方进行观测、在什么高度观测、观测那些项目等,现已指导安装了百余座测风塔。

云南风能资源分布较为分散,气象科技人员实地踏勘了迪庆、大理、丽江、怒江和玉溪等市(州),完成了云南省风电场的规划任务,撰写了风电场工程规划报告,为开发云南风电资源提供了充分、可信、科学的工程开发指导意见。

以气象部门长期工作成果为基础,云南省发改委和云南省气象局在2007年联合下发《关于加强云南省风能资源观测与风能资源评价管理的通知》。该通知明确规定在云南省行政范围的风能资源观测,必须到云南省气象局备案;在云南省行政范围内建设的风电场,其风能资源评价工作由云南省气象局负责完成。另外,风电场的气象观测数据也必须报送云南省气象局审核、存档。由此,云南风能资源开发管理得到有效规范,确保了风能资源开发的科学有序。

并难题困扰风电利用

风电场在开发过程中取得了良好的效益,建成的风电场每年可为电系统提供可观的电量,加快了地区能源电力结构调整,对于改善生态、保护环境,促进可持续发展起到推动作用。风电已超过核电成为继煤电和水电之后的第三大主力电源。据统计,在十一五期间,我国风电装机年均增长86%,十二五以来年均增长仍高达30%,但电接纳风电能力却远远滞后。据国家能源局数据显示,2012年,全国弃风电约200亿度,是2011年的两倍,无形损失100亿元以上。这番数字一经公布,引发了不少业内人士的微博吐槽:一边是遍及大江南北、挥之不去的雾霾,一边是超过200亿度的弃风限电,等于去年有6700辆满载煤炭的火车开进茫茫大海。

在低碳发展、绿色发展的需求和环境保护呼声日益高涨的关头,作为清洁能源的风电为何还被大规模弃用?

中国气象局风能太阳能资源中心副主任杨振斌说:风电具有随机性、间歇性、波动性特点,而电的安全稳定运行要求电源稳定、可控。一旦天气在较短的时间内由大风转为小风、甚至静风,而其他的电源又无法在相应的时间内补充上来,就给电稳定运行带来困难,影响电力系统的安全性。

有风电行业人士将风电比作任性的孩子,需要它发电时,可能一下没风了。不需要那么多时,刮得起劲。如果风机无法承受系统电压的波动,或是电发生了故障,就容易导致脱。脱则会威胁整个电的安全,甚至可能造成电瘫痪。所以,目前并和消纳难的问题成为风电发展的主要制约因素。

据杨振斌介绍,在一些风能资源发达的偏远地区,如内蒙古、新疆的草原戈壁上,地广人稀,用电量并不大。如果电没有完备,风电场发了电送不出来,所发的电也就用不完。风力发电有波动性,需要强大的电支撑。他说。

而在云南,由于水电发达,电企业已经在全省绝大部分地区普遍布设电,风电上并不困难。

云南省一直是以水力发电为主,但大部分电站为径流式电站,枯水期发电量少。而枯水期刚好是云南的大风季节,将风能资源利用起来,通过风电补充枯水期电能,使风电和水电构成有机的供电互补体系,对经济发展、保护环境具有重要的作用。

云南省气候中心应用开发科科长范立新说:云南在干季降水稀少,风能充足,雨季降水多,水电发电量巨大,风电和水电之间就可以形成互补。从技术的角度来看,需要把水电和风电互补的时间和发电量计算出来,以供电公司进行整体调度。电公司统筹安排,在有条件的地区,在干季时以风力为主,在雨季时让风电场限电,保证水电。

专家的共同观点是,风力发电在中国还在起步阶段,在全国发电总量中占的比重还很小,不过由于社会发展,电力需求越来越大,根本不存在发电量过剩的问题。

发展可再生的清洁能源,是国家十二五规划的重要内容。因此,为了更加合理地发展风电这种清洁能源,合理调度风电并是重要问题。

解析风功率预报之难

为了保障电的安全稳定运行,开展针对风电场、风电场群和电的风电功率预测,进而对风电功率变化趋势进行预测,通过风电的可预测性,提高风电的电能品质。在这样的需求下,风功率预报应运而生。

早在2011年国家能源局便下发通知,明确要求各风场开展功率预测,根据预测情况进行风电的有效调控及并消纳。这给大规模的风电并提供了技术支撑,是风电发展的助推剂。

风功率密度是指在单位面积、单位时间上通过的能量是多少,蕴含着风速分布和空气密度的影响,是风场风能资源的综合指标。

风电功率预测系统对精细化程度和准确率要求很高。杨振斌说,风电场每5分钟需更新一次未来4小时的风电功率预报,每天更新一次或两次未来24小时的风电功率预报。目前风功率预报仍是一个难题。

杨振斌说,目前,我国缺少统筹的、一体化的风电功率观测络。数值预报是风电预报的基础,数值预报水平会在一定程度上影响风电预报效果。

风的预报,在气象预报中就是有一定挑战性的,不可能做到100%准确。他说。

风是一种大自然赐予的神奇力量,向那个方向吹,何时吹、何时停,都无法人为控制。但是在同一地区,风的规律是有迹可循的。据范立新介绍,通过总结规律,使用气象技术手段可以预测预报出风能,以便使风电在并过程中,调度更加合理、入送电更稳定。

一般一个测风塔观测时间为一年,而一个风电场可以工作二十年。要用一年的观测资料推演出二十年的平均水平,需要做大量的技术工作来进行长期订正。范立新说:这个时候,风电场周边的气象站几十年的观测资料就派上了用场,只有气象部门具备这种长时间序列订正的能力。

在苍山下洱海畔,着名的下关风带动着清洁能源的利用。大理风能资源丰富,是云南风能资源开发利用的代表性地区。由于积极探索勇于实践,大理风电管控水平明显提高,仅2012年大理电风力发电量就达13.88亿千瓦时,绿色能源开发利用成效凸显。

据大理白族自治州气象局局长王永平介绍,为提高本地化运用效果,气象部门收集分析了几年来者磨山风电场风力发电功率的时间、空间变化特征,找出其中的变化规律,做好数值预报的解释运用。通过分析原始观测记录,寻找出风能月际、日际变化等规律,为风速预报、检验提供依据。大理白族自治州气象局根据实际运行效果分析,找出了预测系统误差指标,目前正对数值预报模型及统计模型进行订正完善。

破解风电预报瓶颈

风电预报作为一个新生事物,仍存在一些问题,需要在发展的过程中逐步得到解决。

杨振斌认为,国家能源局鼓励和支持风电预报,目的是通过预测,提高电对风电的接纳能力,促进风电和电的协调可持续发展。但是,目前对于风电预报的作用和意义的理解还存在着一些误解,风电预报得准,就可以并;预报得不准,就可能会拉闸限发,这是不应该出现的事情。预测的目的不是限制,而是更好地接受。根据《可再生能源法》,风电等可再生能源电力是需要优先开发、优先并的。在实际中,风电还没有完全纳入发电计划。这其中有技术、体制的问题,也有利益的问题。在全国范围内,风电预报技术体系应该如何建立,如何布局,气象部门、电、发电企业各自该做些什么,所有这些问题,还需要进一步调查研究。

国家能源局对风电预报的准确率有统一的要求,但是各地情况不一样。从科学角度讲,有些地方由于地形、气候的复杂性,会导致预报难度加大,准确率可能会比较低,很难达到国家能源局设置的门槛,这就极易挫伤当地风电企业进行预报的积极性。所以应该根据每个地方的不同特征设置不同的标准,而不是用一个统一的标准去衡量。

目前国内企业开展风电预报有几种情况:自行直接运用数值天气预报模式进行预报,或对可获得的基础数值天气预报数据再加工,或直接购买国外专业公司的服务进行预报服务。

风电功率预测的关键环节之一是数值天气预报,但我国在这个领域的发展时间较短,尚未建立严格、科学的考核体系,或者尚未严格执行,这也在一定程度上导致风电预报市场缺乏理性竞争。杨振斌表示。

多年来,者磨山风电场都通过公开招投标的方式选择为其提供风电预报的单位,大理白族自治州气象局已经连续几年中标。者磨山风电场场长朱发荣告诉:我们也曾经找过其他企业做预报,但是效果都不如气象部门做得好。他们的服务对我们帮助是很明显的。

很多企业获得数值预报的数据来源不稳定。与之相比,气象部门长期以来建立的预报业务体系能够严格保障风能预报业务和服务的稳定性,不会出现预报中断等情况。

杨振斌认为,除了开展风能数值天气预报,提高风能预报准确率外,气象部门还可以通过与电力企业的合作,将灾害性天气监测预警等信息及时提供给风电场、电等企业,提高风电场、电等电力设施对灾害性天气防御能力,有效降低潜在的安全风险。近期,在国家能源局的组织下,气象部门正在积极推动风能数值天气预报技术体系和风能数值天气预报平台建设,进一步提升风能预报服务能力。

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