风能资源评估及风电发展前景展望

来源:用户上传      作者:

　　 [提要] 本文通过进行K-S检验认为风速符合韦布尔分布。然后，利用平均风速、平均风功率密度、有效小时数对风能资源进行评估。分析风电能源开发存在的问题，并对我国风电市场未来发展做出展望。
　　 关键词：平均风速;风能密度;有效风时数;风电发展
　　 中图分类号：F062.1 文献标识码：A
　　 收录日期：2019年3月7日
　　 引言
　　 目前，不可再生能源日渐枯竭以及传统能源开发利用所带来的环境污染、气候变化已经成为全球面临的共同难题，新能源的大规模开发利用迫在眉睫。尤其是在经济社会持续发展的中国，对用电的需求继续增长。因此，中国要解决当前能源发展所面临的问题，就必须要重视开发利用新能源、节能减排这两大战略举措。
　　 风能是一种重要可再生的能源，它不但蕴藏丰富、分布广泛，而且是最重要的替代能源之一。作为二氧化碳减排的有效技术——风力发电无温室气体排放，它几乎适用于世界各地，并且全球需求量极大。但是由于风能源具有强随机波动性和难以准确预测性，这增大了系统调度控制的难度，并限制了新能源电力的发展。因此，要发展风能发电技术，就必须要精确地评估风能资源，因而风能资源的评估对风电场选址和风机匹配都有重要意义。本文首先对内蒙古某风电场实测数据进行风能资源的评估;然后分析我国风电发展存在的一些问题，并针对这些问题提出一些整改建议;最后展望了我国风电发展的前景。
　　 利用matlab画出发电厂实测数据的直方图可知风速是一种正偏态分布，根据经验可以拟合成威布尔分布。评估风能资源的大小最重要的参数有平均风速、平均风功率密度、有效小时数等。
　　 一、风电场风能资源评估
　　 （一）风速的韦布尔分布。拟合风速的模型有很多，其中风速符合双参数的韦布尔（Weibull）分布，这一论述在大部分的风电教材中出现。Weibull分布的概率密度函数为：
　　
　　 利用内蒙古某风电场的实测数据对分布参数k、c进行参数估计。采用K-S检验对风速的分布进行检验发现取显著性水平时？琢=0.05，概率p值接近0，认为风速符合韦布尔分布。
　　 （二）风能资源评估标准。我们国家评估风能资源时，根据指标的取值范围不同，通常分为贫乏区、可利用区、较丰富区和丰富区四类。具体标准见表1。（表1）
　　 （三）风能资源的评估。确定了风速的分布函数及其参数，就可以求出平均风速、平均风功率密度、有效小时数等指标，再根据风能资源评估标准就能对具体风电场的风能资源进行评估。
　　 1、平均风速。平均风速为：
　　 根据实测数据计算可得其平均风速为6.21m/s。参照表1，此风电场属于风能资源较丰富区。
　　 2、年有效风能密度。平均风功率密度为：
　　
　　 求出此风电场的全年平均风功率密度是323.7w/m2。参照表1，从年有效风能密度的角度来看，此风电场风能资源属于丰富区。
　　 3、有效风小时数。发电厂的风机有一些固有参数，如切入风速（cut-in speed）vci，切出风速（cut-out speed）vco等。风速高于切入风速时，风机才会运行输出功率;风速高于切出风速时，风机会保护性停机停止输出功率。有效风时数是指风速vci≤v≤vco的小时数。有效小时数为：
　　
　　 求出此风电场全年有效风时数为7，367.1小时，参照表1，从年有效小时数的角度来看，此风电场风能资源属于丰富区。
　　 通过对平均风速、年有效风能密度及有效小时数的计算可知，风电场风能蕴含丰富。从全国角度来看，我国处于亚洲大陆东南，濒临太平洋西岸，地形复杂，海拔高度落差大，风能储备量很大，具有大力发展风电的基础条件。我国已经研发出100多种不同装机容量、不同类型的发电机组，风电产业已初步形成，国家也对风电产业予以极大的政策支持。但是，相对于发达国家，我国风力发电从技术到普及程度都比较低。在高速发展的过程中，暴露出很多的问题，极大地阻碍了风电行业的发展。
　　 二、制约风电场发展的因素
　　 在2011年前的一段时期我国的风电市场发展迅速，但同时暴露了许多问题严重阻碍了风电产业的发展。
　　 （一）风电技术薄弱阻碍我国风能发电的健康有序发展。（1）风电属于新兴产业，前期研发投入、风电人才培养不足，导致技术不成熟，大型发电机组靠进口，技术短期内消化不了，增加了风电成本;（2）风力发电由于风能间歇性、随机性的影响，是不稳定的，因此需要大规模的电力储存技术。目前，这项技术不完善导致风电的电力出电具有波动，电力系统不稳定;（3）国家意识到大力发展风电的必要性，但是没有及时形成适合我国国情的统一的行业技术标准，导致风电企业管理不规范、技术不成熟，造成很多不必要的浪费。
　　 （二）以我国目前的发展水平，难以同时实现风电的快速发展与并网消纳。国内蕴含丰富风能的地区分布在经济发展程度较低的西部地区，如新疆、冀北、甘肃、内蒙等，由于经济发展水平和人口分布密度的制约，使得风电场当地产生了供大于求的现象。又因为风电输送距离和成本等问题，让风力发电厂处于极大的尴尬局面。
　　 （三）现在垄断的电力市场制约风电的发展。我国的电力市场以计划为主，电价有国家规定，几乎不受市场经济的制约，导致市场经济环境封闭。在政策有倾向时，盲目抢占市场上项目，但是技术水平跟不上市场发展速度，造成安全隐患，出现了不必要的事故，导致利润下降，发展受阻。
　　 三、我国风电发展展望
　　 在2011年后，我国的风电市场进入调整期。针对上面谈到的问题，进行了以下几方面的调整：（1）对风力发电进行优化，利用储能技术和风电的并网消纳技术鼓励发展风电行业;（2）国家应对风电行业制定技术标准，对风电企业进行标准约束，逐步使风电企业的技术不断优化升级，对其进行精细化管理，极大利于接轨国际风电市场;（3）逐渐将电力市场有计划控制转变为以市场控制为主计划控制为辅的形式，使电价能够反映市场的供求关系，保障风电产品的销路。
　　 同时，由于上述原因风电成本在发展初期会比较高，国家在风电定价上要给出相应的扶持政策。可以借鉴国外采取固定电价与强制入网价格双重政策的定价方式补贴。在丹麦国家鼓励环保可持续发展的风电，并给予一定的经济补助，而对于火力发电及CO排放征收相应的税费。鼓励风力发电的用户从自给自足式逐步发展到并入国家电网以售为主。在德国对于风电的重视程度很高，采取灵活运用最低保护电价的政策鼓励使用风电，随着风电产业的规模扩大、收益增加逐年降低最低保护电价。同时，灵活运用鼓励电价，对不同风电场的风力资源进行评估，以控制鼓励电价使用时长的形式，对使用风电的用户进行一定程度的经济补贴，达到降低风电收益差距的目的。西班牙对于风电的鼓励形式又大不相同，将风电价格和全国基准电价相关联并每年递增的。自20世纪末开始，我国国内的风电上网价格居高不下，均高于火力发电价格，在这种形式下，极大阻碍了风电发展的脚步。因此，我们在提高风电技术管理规范的同时，在风电定价方面国家应学习国外的定价策略，采取一些灵活的政策，鼓励风电的可持续稳步发展。
　　 四、总结
　　 我国有着丰富的风能资源储备，也有对可再生清洁能源的需求。经过2011年的疲软期后，国家出台了18项重要技术标准，国家对风电行业的政策支持力度逐渐加大，国内风电企业管理和技术水平的逐步提高。另外，国际风电行业正在快速良好的发展，相信在这个机遇下，我国的风电行业必定会上升到更高的台阶，技术不断成熟、市场规模不断扩大，迎来它快速发展的辉煌明天。
　　主要参考文献：
　　[1]王积建.风电场运行状况分析及优化[J].数学建模及其应用，2016.5（4）.
　　[2]李自应，王明，陈二永，顾本文.云南风能可开发地区风速的韦布尔分布参数及风能特征值研究[J].太阳能学报，2019（3）.
　　[3]刘梅娟.中国风能利用现状、制约因素及未来发展[J].资源与环境，2029（8）.
　　[4]张朝國.温州市风能利用发展思路研究[J].科技创新，2017.7.
　　[5]张国伟，龚光彩，吴治.风能利用的现状及展望[J].节能技术，25（141）.
　　[6]林秀华，林彦.我国风能利用的现状与展望[J].厦门科技，2010.1.
转载注明来源:https://www.xzbu.com/2/view-14784810.htm