海上風電場將成主流趨勢 并網瓶頸呼求智能電網
http://www.0374v.cn在可再生能源發電領域，風力發電一直是行業的領跑者。目前中國風電裝機容量已達2268萬千瓦，累計發電量達516億千瓦時。中國已經計劃進一步發展風力發電，預計風力發電在2020年將至少達到1.5億千瓦的裝機容量，爭取在2030年和2050年實現3億和5億千瓦，屆時風力發電將在發電總量中占10%和20%以上。
歐洲是全球風力發電的主場。即使在金融危機的重災區歐洲在2009年也增加了577兆瓦風力發電能力，較2008年373兆瓦增加了54%。據歐洲風能協會預計，2010年歐洲將建成10個海上風電場，增加10億瓦，相當于比2009年的裝機容量增加75%。
借助自然界的風力推動渦輪機產生電能的發電方式不污染空氣，可以稱得上是一種清潔能源。和其它清潔能源相比，風電是目前應用廣的再生能源，在歐洲各國已經廣泛投入了使用。
海上風電場將是主流趨勢
張松剛：大規模風力發電的并網瓶頸要求發展智能電網。
從風電上網的價格來看，也比其它新能源低廉。一般火電上網的價格約在0.3元/千瓦時左右，而風電上網價在0.51元/千瓦時~0.61元/千瓦時，比太陽能發電更接近傳統電價。平易近人的價格也是風電獲得各國政府大力推動的原因。目前，一個風電場的投資成本折算到每千瓦造價約為8000元/千瓦左右，在風電場投資總成本中占據70%~75%的風電機組每千瓦價格成本從2007年以來一路下滑(2007年初：6700元/千瓦；2008年：6300元左右平均；2009年底：5000元/千瓦)，平均每個月就有100元/千瓦左右的降幅。
ADI技術業務經理張松剛表示，未來隨著風力發電技術的改進，風力發電機組將越來越便宜和效。隨著風力發電機組的單機容量增加，同樣的裝機容量需要更少數目的機組，這樣就減少了基礎設施的投入費用，進而節約了風力發電的成本。
在各種新能源中，風力發電的技術相對成熟，產業化程度較。嘉興斯達半導體有限公司副總裁許浩平說，風力發電塔架的度將不斷增加。增加風電塔的度可以捕獲更多風力資源從而提發電量，而增加風電塔度的費用要比大容量風力發電機的花費便宜。伴隨塔架增的是風力渦輪機槳葉的長度也不斷增長。“更強捕捉風能的能力對于槳葉材料的要求也越來越。”許浩平補充說道。
許浩平：風力發電場正從內陸逐步往海上發展。
圍繞風力發電的大爭議在于風力發電場占地面積對于土地金貴的城市來說是不可接受的，因此出現了大部分風力發電場建造在人煙稀少的西北地區。但人口密集的沿海城市才是消耗能源的大戶，風電場遠離電力負荷中心，給風電的傳輸、接入電網構成一定的障礙。而海上風電開發不僅靠近沿海城市，風力資源優于內陸，而且不占用土地資源。
張松剛表示，海上風力發電悄然興起，并將成為重要的能源形式。在上海世博會期間，上海東海大橋海上風電場已經順利并網投入使用。
“風力發電場正從內陸及大陸沿海逐步往海上發展，目前海上風電場已成為全球發展風電的熱點。”許浩平指出，“這主要是因為海上風力資源豐富，更大單機容量機組的安裝比陸上更容易實現。”
智能動態控制風電系統
盡管各地都如火如荼地展開風力發電場的建設，但是風力發電是低密度能源，具有不穩定性和隨機性的特點，使風力發電設計面臨諸多挑戰。
“風能的利用終取決于與電網并網的實現，而實現并網主要的要求就是輸出頻率、電壓和相位要保持與電網一致，”許浩平解釋，這一要求在恒定的風速和風力下是比較容易實現的，但現實是風速和風力都在不斷變化，因此如何將多變的風力電能轉換成穩定的電能是風力發電系統的關鍵環節。“風電早期均采用變槳距和變速箱等技術來實現，但現今主流技術主要以智能控制技術為主。”
陸磊：風力發電主要挑戰來自風電系統動態控制。
ADI Processor-DS亞洲業務區域經理陸磊認為，風力發電的主要挑戰來自風電系統動態控制。由于風無時無刻不在變化，為了大限度的利用風能，提風力發電的效率，必須要對風力發電系統進行實時的控制。
陸磊說：“對于發電系統，大多數系統設計的任務是執行實時控制算法，因此大多數的控制系統采用了性能的處理器或DSP，其中所用的DSP要能夠滿足一系列需求。”
他表示，ADI的浮點處理器特別適合用于應對風電控制算法的復雜性。其中SHARC浮點處理器作為核心算法處理器為業界提供了一種可行的解決方案，來滿足設計風力發電系統的所有關鍵需求。除了能解決上述的挑戰，SHARC處理器還使開發人員可以用一種非常靈活的方式將內部存儲器分為數據和程序存儲器，使應用程序能適應未來需求的變化而無需改動硬件。
此外，他還提到，對必須在100微秒或更少時間內執行的實時處理運算而言，速度也是一個關鍵因素。另外，風電系統的必要條件是充足的處理器內存，以避免造成處理延遲的等待狀態。“此外，內部存儲器可減少外部器件的數量，能大限度地減少電路板設計中的EMI問題。”陸磊強調。
此外，張松剛還提到成本和價格因素也是阻礙風力發電增長的主要原因之一。“風電開發大的瓶頸之一就是一次性投入巨大，單位成本較火電、水電。” 此外，長期維護也是一個不小的負擔。張松剛指出，風力發電在實際開發過程里還受其它一些因素的制約，如風電場建設須綜合考慮交通、地質、環境保護、與電網的連接條件等因素等。
智能電網有望打破風電瓶頸
風力發電對改善能源結構、提多種復合能源的利用率起到了關鍵作用，但風力發電，特別是大規模的風力發電一旦實現并網運行將會給傳統電網帶來很大影響。
風電本身是一個間歇性不可控的能源，并入傳統電網之后，整個能源系統都要進行相應的調整。隨著風電單機容量的提升，發電峰谷差也逐漸加大，給發電調度和電網安全造成更大的沖擊。
張松剛分析，首先由于風力發電的原動力不可控，發電輸出的電能具有波動性和間歇性，當風力發電并網規模達到一定程度是將會改變電網的潮流分布，傳統電網的潮流控制將發生重大改變，會直接影響電網的穩定性。其次，由于風力發電的不確定性，所帶來的風能功率的波動性而使得電網電能質量的下降。
“風力發電與太陽能發電一樣也會有孤島效應，采用傳統的電網保護及測控設備都無法滿足要求，需要更新型的電網保護及控制設備；風力發電也需要更多的儲能設備加入電網。”張松剛強調，傳統電網很難滿足大規模風力發電的并網接入，發展智能電網將是非常迫切的。
風力發電并網難的困境，導致大部分的風力發電設施在夜間風力發電峰期停運，傳統電網缺少消化和輸送能力白白浪費了大量能源。風力發電場占用土地資源廣，因此目前中國大部分風電場建造在偏遠地區。許浩平指出，風電場所處地區配電網較落后，給風電并網造成一定困難。
而智能電網可以有效地優化電網調度、合理配置電源輸送、增強電網抗故障能力，因此智能電網被視為打破風電瓶頸的突破口。
顯然，智能電網比傳統電網具有更強大的兼容性，為風電的發送、調配鋪平了道路。張松剛指出，智能電網會增加更多的儲能環節、更合理的分配能源消耗與調節電能流向、更多的引入電力電子裝置區改善電能質量、根據不同的用戶需求更好的調節供需雙方的電能平衡、智能及網絡化的保護與控制設備的逐步推廣使用等諸多方面緩解風力發電并網所帶來的問題，并提綠色能源在整個電網的利用率。
許浩平認為，在未來的幾年中智能電網在標準化、自動化和互動化方面還需加強，使其真正成為一個電力行業中的互聯網。
風電場防雷解決方案
雷一般可分為直擊雷和感應雷，直擊雷能量太大，一般只有大地才能夠承接，因此一般只能用引雷針來保護暴露在野外的電子設備。對風電場來說，盡管風塔采用金屬外殼，但為安全起見，好還是要用引雷針或避雷針。
目前業內能提供引雷針的供應商主要有愛麗達、杜爾梅森和深圳雷晟，雷晟除了擁有自己品牌的引雷針以外，還代理前面兩家的引雷針產品。
風電場的機房防雷方案與基站大致相同，主要防雷目標是可能會受到從電源線過來的感應雷影響的電子設備，如逆變器。這一般采用由MOV(壓敏電阻)和GDT(氣體放電管)構成的組合防雷方案。目前業內主要的MOV供應商有Littelfuse、TDK-EPC、泰科電子、合肥宇潛電氣科技，GDT供應商主要有泰科電子、TDK-EPC、DEHN、OBO、深圳檳城電子，深圳天順和雷晟都是DEHN防雷器的代理商。
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