我國的風力發電技術和設備生產能力進步很快，風能發電將有較大的發展，電站的規模也將不斷大型化。目前微型(百瓦級)風機與(也只能與)鉛酸蓄電池配套組成獨立運行的供電系統，是典型的分布式供電。由中大型(百千瓦～兆瓦級)風力發電機組成的風電場所發的電目前只有上網一條路。一是由于現在鉛酸蓄電池的循環壽命短，而其他迅速發展的大規模蓄電技術尚少為人知；二是順著西歐的思路，人們的注意力過分集中在“風電并網”上。
風能發的電如何有效、合理運用，是一個新問題，值得研討，需要集思廣益。
顧為東的“非并網風電”倡議
江蘇顧為東提出：“非并網風電”是中國風電發展的一種選擇。所謂“非并網風電”，就是大規模風電的終端負荷不再是電網，也與鉛酸蓄電池配套的小型獨立運行供電系統不同，而是將風電直接輸送到某些特殊的企業。其優點表現在：(1)可以簡化風電并網運行所需的大量輔助設備，大幅度降低風電場的設施規模和成本；(2)風電經過簡單處理就可以直接應用于某些特定產業，企業能享受到較低的風電價格，節約成本；(3)減輕風電并網時對電網系統的沖擊。該作者認為，可通過直接應用“非并網風電”的方式來形成風電—高耗能工業產業鏈，并結合江蘇的情況設想了兩大方向：(1)形成獨特的風電—氯堿—PVC及其他氯產品的產業鏈，同時開展氫燃料的制取、存儲，推動專用燃料電池的產業化；(2)利用當地港口優勢，整合全球資源，將風力發電與電解鋁、電解銅等金屬冶煉及金屬和非金屬產業的精深加工相結合。
顧氏為“非并網風電”直接應用于氯堿產業設計了兩套模擬方案：第一套方案是完全獨立利用風電；第二套方案是以風電為主、市電為輔，二者分別整流后并聯的雙路供電。試驗結果表明，這兩個方案均是可行的。
的確，“非并網風電”直接應用于高耗能工業的概念具有創新性和實用性。
風能發電的蓄電
“非并網風電”與我們提出的可再生能源和用電大戶利用大規模蓄電的設想有異曲同工之妙。而且有一共同點，即這兩種設備均可成為用電大戶的自備電源。
在《大規模蓄電的化學電源》(見全國第26屆物理與化學電源學術討論會論文集)一文中，我們對大規模蓄電裝置歸結了四大用途：1.電網的調峰，從而提高電網的供電能力；2.太陽能發電和風能發電等可再生能源的蓄電；3.用電大戶的蓄電，包括電解(含有機電化)、電鍍、電冶金等企業，電車、輕軌、地鐵等交通部門；4.軍用蓄電，如潛艇和指揮工事的電源。其中，特別強調了風能等可再生能源發電應與大規模蓄電裝置聯合運行；上述電解、電鍍及電冶金等行業，電車、輕軌和地鐵等交通部門，都是直流電的用電大戶，在電網負荷中占有一定比例，電網事故或拉閘限電對它們而言不堪設想。因此，上述用電大戶可利用電網負荷“谷”期的電對蓄電裝置充電，而在用電高峰期將蓄電裝置輸出的直流電直接應用于本企業的生產,可以不像調峰那樣要經“變流/升壓”等步驟返回電網而損失能量，故而電能的總轉換效率高,在用電成本上更為合算，利在企業，功在國家。
在中國工程院主辦的“中國風能發展戰略論壇”(2006年9月，北京)上，筆者作了題為《中國風能發電的蓄電技術》的報告，進一步論述了風能發電蓄電的必要性、技術現狀和解決途徑。
“非并網風電”與大規模蓄電相結合
將“非并網風電”與大規模蓄電結合起來以進一步發揮兩者的優勢，不僅突破了大規模風電僅有并網運行一種方式，而且使“非并網風電”的質量提高、范圍擴展、效益增大。
“非并網風電”與大規模蓄電兩者的結合方式可有三種：
一是風電與蓄電完全匹配，即風力發電總量與該企業的總用電量平衡，風力發電的所有波動完全由大規模蓄電裝置平抑。這是一種理想的方案，該企業的用電自給自足，不依賴市電，不受電網的任何影響，電費在生產成本中比例應該最小。此方式適用于風力季節性波動不大而主要用大規模蓄電抑制晝夜波動的地區。此方式與顧氏第一套方案在完全獨立利用風電這一點上相同，但電流的穩定度要高得多。
二是蓄電容量按風電的“旺季”與風電匹配，蓄電在平抑風電晝夜波動之后電能有余，過剩的風電通過蓄電池將部分容量用于電網調峰，在白天用電高峰期以較高的價格售給電網。季節性波動過大的地區，要達到此目的必須有很大的蓄電容量。所幸的是，在近來迅速發展的液流蓄電池中，容量與功率可分別安排，如采用這種蓄電技術，只要加大電解液儲罐的體積即可增大蓄電量。
三是蓄電容量按風電的“淡季”與風電匹配。在風電的“淡季”里，企業的生產用電仍以風電為主、蓄電為輔，蓄電池的電能由夜間的電網提供，而不是直接將白天高價的市電用于生產，從而既節省了電費，又助電網消化“谷”電一臂之力。此方式與顧氏第二套方案在利用市電彌補風電的間歇性與不規則性缺陷這一點上相同，但不是直接將市電整流與風電整流并聯用于生產。
至于選擇何種方式，應根據風場風力的波動規律，風電成本、下網電價、上網電價、風電并網運行所需輔助設備的造價、蓄電設備的造價和循環壽命及運行費用等具體情況，綜合對比核算而定。但有一點是肯定的：風場風力的波動越大、風電成本越低，越值得蓄電。
“非并網風電”與大規模蓄電兩者結合，還有如下優點：
1.均衡供電，提高風電對本企業的供電質量和能力
風能的間歇性、不穩定性是無法人為改變的，而用電的生產設備則力求連續、均衡、按最佳條件運行，以求得生產的高效率和高質量。大規模蓄電正可起此作用，風大電多時進行大規模蓄電，風小電少時由蓄電池隨時補充。液流電池的充一放電切換時間僅20毫秒，尤為可取。
2.減輕電網“谷”期的壓力，增加“峰”期的供電能力
我國有的大風場多在半夜12時以后風力增大，而這時本來就是電網負荷的“谷”期，風電并網實際上是增加了電網調峰的負擔。特別是實行分時計價中，谷電的電價很低，此時上網的風電越多，電網公司的經濟損失就越大，燃煤電廠因電網調峰需要而減發的任務也加重。風電經蓄電后上網，可大大減輕對電網“谷”期的壓力，并增加“峰”期的供電能力。
3.提高風電的使用價值
“非并網風電”與大規模蓄電兩者結合后，售給電網的電能只是過剩的部分，其規模遠小于風電直接并網，所需的輔助設備大幅度降低，從而可降低風電成本；而在“峰”期售給電網的電能一定會受電網的歡迎，上網電價將不再是國家政策照顧的“平均價”，而可提高至接近“峰”期的市價，至少較易達成協議。
4.充分發揮風電分布式供電的優勢，擴展風電的作用
我國廣闊的西部地區及大量海島難通大電網，獨家使用的微小型風機數量不斷增加。隨著生活水平的提高和風機價格的下降，有可能逐步發展以大中型風力發電機為核心的小型局域電網，為分散的村鎮提供生活和生產用的電能。與電網不聯結的這一類分布式風電站必須有相應規模的蓄電裝置與之配套運行，才能發揮好風電的作用，保證供電的連續性和穩定性。
所以，與大規模蓄電相結合，是單純“非并網風電”的發展和拓寬，既適用于大型風電場，也適合中小型風電場，可提高分布式供電的質量和經濟性，探索出有中國特色的、有自主知識產權的風能利用的新途徑。
包括風電在內的各種間歇式可再生能源應與大規模蓄電技術同步發展，建議政府有關部門加強對大規模蓄電技術(特別是液流蓄電)發展的指導和投入，風電界和電網公司也要一起來關注和參與。
風能發的電如何有效、合理運用，是一個新問題，值得研討，需要集思廣益。
顧為東的“非并網風電”倡議
江蘇顧為東提出：“非并網風電”是中國風電發展的一種選擇。所謂“非并網風電”，就是大規模風電的終端負荷不再是電網，也與鉛酸蓄電池配套的小型獨立運行供電系統不同，而是將風電直接輸送到某些特殊的企業。其優點表現在：(1)可以簡化風電并網運行所需的大量輔助設備，大幅度降低風電場的設施規模和成本；(2)風電經過簡單處理就可以直接應用于某些特定產業，企業能享受到較低的風電價格，節約成本；(3)減輕風電并網時對電網系統的沖擊。該作者認為，可通過直接應用“非并網風電”的方式來形成風電—高耗能工業產業鏈，并結合江蘇的情況設想了兩大方向：(1)形成獨特的風電—氯堿—PVC及其他氯產品的產業鏈，同時開展氫燃料的制取、存儲，推動專用燃料電池的產業化；(2)利用當地港口優勢，整合全球資源，將風力發電與電解鋁、電解銅等金屬冶煉及金屬和非金屬產業的精深加工相結合。
顧氏為“非并網風電”直接應用于氯堿產業設計了兩套模擬方案：第一套方案是完全獨立利用風電；第二套方案是以風電為主、市電為輔，二者分別整流后并聯的雙路供電。試驗結果表明，這兩個方案均是可行的。
的確，“非并網風電”直接應用于高耗能工業的概念具有創新性和實用性。
風能發電的蓄電
“非并網風電”與我們提出的可再生能源和用電大戶利用大規模蓄電的設想有異曲同工之妙。而且有一共同點，即這兩種設備均可成為用電大戶的自備電源。
在《大規模蓄電的化學電源》(見全國第26屆物理與化學電源學術討論會論文集)一文中，我們對大規模蓄電裝置歸結了四大用途：1.電網的調峰，從而提高電網的供電能力；2.太陽能發電和風能發電等可再生能源的蓄電；3.用電大戶的蓄電，包括電解(含有機電化)、電鍍、電冶金等企業，電車、輕軌、地鐵等交通部門；4.軍用蓄電，如潛艇和指揮工事的電源。其中，特別強調了風能等可再生能源發電應與大規模蓄電裝置聯合運行；上述電解、電鍍及電冶金等行業，電車、輕軌和地鐵等交通部門，都是直流電的用電大戶，在電網負荷中占有一定比例，電網事故或拉閘限電對它們而言不堪設想。因此，上述用電大戶可利用電網負荷“谷”期的電對蓄電裝置充電，而在用電高峰期將蓄電裝置輸出的直流電直接應用于本企業的生產,可以不像調峰那樣要經“變流/升壓”等步驟返回電網而損失能量，故而電能的總轉換效率高,在用電成本上更為合算，利在企業，功在國家。
在中國工程院主辦的“中國風能發展戰略論壇”(2006年9月，北京)上，筆者作了題為《中國風能發電的蓄電技術》的報告，進一步論述了風能發電蓄電的必要性、技術現狀和解決途徑。
“非并網風電”與大規模蓄電相結合
將“非并網風電”與大規模蓄電結合起來以進一步發揮兩者的優勢，不僅突破了大規模風電僅有并網運行一種方式，而且使“非并網風電”的質量提高、范圍擴展、效益增大。
“非并網風電”與大規模蓄電兩者的結合方式可有三種：
一是風電與蓄電完全匹配，即風力發電總量與該企業的總用電量平衡，風力發電的所有波動完全由大規模蓄電裝置平抑。這是一種理想的方案，該企業的用電自給自足，不依賴市電，不受電網的任何影響，電費在生產成本中比例應該最小。此方式適用于風力季節性波動不大而主要用大規模蓄電抑制晝夜波動的地區。此方式與顧氏第一套方案在完全獨立利用風電這一點上相同，但電流的穩定度要高得多。
二是蓄電容量按風電的“旺季”與風電匹配，蓄電在平抑風電晝夜波動之后電能有余，過剩的風電通過蓄電池將部分容量用于電網調峰，在白天用電高峰期以較高的價格售給電網。季節性波動過大的地區，要達到此目的必須有很大的蓄電容量。所幸的是，在近來迅速發展的液流蓄電池中，容量與功率可分別安排，如采用這種蓄電技術，只要加大電解液儲罐的體積即可增大蓄電量。
三是蓄電容量按風電的“淡季”與風電匹配。在風電的“淡季”里，企業的生產用電仍以風電為主、蓄電為輔，蓄電池的電能由夜間的電網提供，而不是直接將白天高價的市電用于生產，從而既節省了電費，又助電網消化“谷”電一臂之力。此方式與顧氏第二套方案在利用市電彌補風電的間歇性與不規則性缺陷這一點上相同，但不是直接將市電整流與風電整流并聯用于生產。
至于選擇何種方式，應根據風場風力的波動規律，風電成本、下網電價、上網電價、風電并網運行所需輔助設備的造價、蓄電設備的造價和循環壽命及運行費用等具體情況，綜合對比核算而定。但有一點是肯定的：風場風力的波動越大、風電成本越低，越值得蓄電。
“非并網風電”與大規模蓄電兩者結合，還有如下優點：
1.均衡供電，提高風電對本企業的供電質量和能力
風能的間歇性、不穩定性是無法人為改變的，而用電的生產設備則力求連續、均衡、按最佳條件運行，以求得生產的高效率和高質量。大規模蓄電正可起此作用，風大電多時進行大規模蓄電，風小電少時由蓄電池隨時補充。液流電池的充一放電切換時間僅20毫秒，尤為可取。
2.減輕電網“谷”期的壓力，增加“峰”期的供電能力
我國有的大風場多在半夜12時以后風力增大，而這時本來就是電網負荷的“谷”期，風電并網實際上是增加了電網調峰的負擔。特別是實行分時計價中，谷電的電價很低，此時上網的風電越多，電網公司的經濟損失就越大，燃煤電廠因電網調峰需要而減發的任務也加重。風電經蓄電后上網，可大大減輕對電網“谷”期的壓力，并增加“峰”期的供電能力。
3.提高風電的使用價值
“非并網風電”與大規模蓄電兩者結合后，售給電網的電能只是過剩的部分，其規模遠小于風電直接并網，所需的輔助設備大幅度降低，從而可降低風電成本；而在“峰”期售給電網的電能一定會受電網的歡迎，上網電價將不再是國家政策照顧的“平均價”，而可提高至接近“峰”期的市價，至少較易達成協議。
4.充分發揮風電分布式供電的優勢，擴展風電的作用
我國廣闊的西部地區及大量海島難通大電網，獨家使用的微小型風機數量不斷增加。隨著生活水平的提高和風機價格的下降，有可能逐步發展以大中型風力發電機為核心的小型局域電網，為分散的村鎮提供生活和生產用的電能。與電網不聯結的這一類分布式風電站必須有相應規模的蓄電裝置與之配套運行，才能發揮好風電的作用，保證供電的連續性和穩定性。
所以，與大規模蓄電相結合，是單純“非并網風電”的發展和拓寬，既適用于大型風電場，也適合中小型風電場，可提高分布式供電的質量和經濟性，探索出有中國特色的、有自主知識產權的風能利用的新途徑。
包括風電在內的各種間歇式可再生能源應與大規模蓄電技術同步發展，建議政府有關部門加強對大規模蓄電技術(特別是液流蓄電)發展的指導和投入，風電界和電網公司也要一起來關注和參與。
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編輯：Sepnova
來源：科學時報
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文章標簽： 非并網/蓄電
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