風電消納效率研究的國內外文獻綜述目錄TOC\o"1-3"\h\u12284風電消納效率研究的國內外文獻綜述 1103641.1風電技術與裝機容量現狀 172861.2就地消納風電的研究現狀 2208701.3蓄熱式電鍋爐參與風電消納研究現狀 4171681.4固體電蓄熱裝置研究現狀 412600 51.1風電技術與裝機容量現狀歐洲較早發展風力發電技術，一些國家風力發電技術的應用成熟度高，有可能會提前實現可再生能源100%發電。其中，來自2019年國際風電裝機容量的統計數據中記載，截止到2019年丹麥全國的風電風電裝機總容量已經接近達到全國總發電裝機容量的47%，幾乎在整個國家發電能源體系中占比極高處于相當于中國煤炭的地位，也是值得我們各國學習和進步的目標，一方面節約了不可再生能源的開采另一方面保護了生態環境。主要占比是來自風力渦輪機提供的47%的綠色能源,超過2018年的41%,打破了2017年43%的紀錄，成為全球能源效率等級最高的國家之一[2]。丹麥早在1976年就發布了“丹麥能源政策”，政策明確提出了供熱要利用發電廢水，同時大力發展區域能源供暖系統。集中城市熱源，采用蒸汽或熱水為供熱介質，通過供熱管道網向全市范圍或其中某一地區的用戶供應生活和生產所需熱量。丹麥能源發電策略需要先根據資源、電網、負荷條件等多種要素確定風電場所需要的開發規模,并且接入與開發規模相匹配的電壓等級，如果是比較小規模開發則可以直接接入配電網進行就地消納,這種風力發電模式與我國近些年來的的分散式風電有一定相似的地方[3]。德國具有很多調峰電源，像生物質能發電、天然氣發電、燃油發電和抽水蓄能等，新能源的發展倒逼調峰電源建設，這成為德國大力發展風電的原因，棄風也隨之產生。德國的棄風消納策略，是通過制定法律來加強電網建設及其改造，最大限度提高風電輸送能力，運用了先進系統預測風電的輸出功率，還新建設了更多條高壓輸電線路，通過跨國聯網不斷改造電網結構[4]。2014年至2020年，我國的風力發電累計裝機容量持續增長。截至2020年底，我國風電累計裝機容量達到了2.2億千瓦(2.20058億千瓦)，比上一年度增長9.5%，陸上和海上風電新增裝機容量占全球新增風電裝機容量的60%。超過《中國風電發展路線圖2050》規劃展望的2億千瓦[5]。全國風電企業一起聯合發布《風能北京宣言》：目標到2030風電裝機總容量至少要達到8億千瓦，預計到2060風電裝機容量至少達到30億千瓦。雖然中國的裝機容量走在了前列，但是在棄風消納方面還有很大發展的空間[6]。1.2就地消納風電的研究現狀國內方面，董永平等針對甘肅省嚴峻的棄風現狀，提出了通過遠近配合的方式就地消納棄風，削減棄風現象[7]。周瑋，孫輝等提出了一種包含風電區間優化模式的經濟調度方法，用以提高風電進行并網時的調度能力[8]。李宏仲等通過分析現有風電消納模式，提出了一種對風電進行入網調度的新方式，并對各風電消納模式下的經濟性做出評價[9]。從當前風力發電的具體情況分析，我國現階段實現就地消納棄風主要分為以下幾種[10，11]：（1）利用水位蓄能：眾所周知的水位的變化會帶來能量的變化，其具體實現措施是風電大發并網存在困難時將水抽到高處，風電發電少或者電負荷需求大時再將高處的水發下形成沖擊釋放能量，但是我們都知道這中間損失了大量的能量并且這些措施的實行需要很大的占地面積和經濟成本所以目前這個幾乎不再有研究人員繼續開發研究。（2）利用蓄熱式電鍋爐蓄熱供熱：由于風力資源豐富的地區大多位于我國北部，而且北方都有冬季取暖的必要，所以加入蓄熱式電鍋爐在風電大發時蓄熱，一方面提高電能轉化為熱能的比例另一方面增加了你、新能源的利用率和消納能力，也降低了傳統供熱方法帶來的環境污染例如全球回溫氣溫上升海平面上升等等當今時代最引人注意的環境問題。（3）市場經濟的引導和促銷：這主要表現在降低風電場的電價促使風電場與一些大型用電負荷直接進行電能交易通過這種方式提供風能的利用率降低棄風，同時也可以降低用電負荷的成本起到了促進工業的發展和提高市場經濟的良好氛圍，目前這些政策和方案已經在我國部分地區推廣并且實行。（4）電動汽車參與風電消納：電動汽車是當下最熱門的話題，它以電能為驅動能源降低了傳統驅動能源石油的使用保護了不可再生能源的使用與此同時又降低了傳統汽車尾氣的排放，極大程度是起到了保護資源和改善生態環境的作用，在這種背景下有學者研究將新能源電源作為電動汽車的充電資源，因為電動汽車的廣泛應用導致電負荷用戶的增加而且它不規律的充電時間也會給電網調節能力帶來一系列不穩定性，使用新能源電源代替電網電源則可以很好的解決這個問題還可以提高新能源的利用率提高風電消納的效率。（5）多種新能源互補：這種思想的是把風力和其他新能源協調互補例如光伏這些聯合起來應用到生活中，綜合考慮它們的優勢和不足再用一些配合使用的算法和控制軟件結合起來，起到提高多種新能源的消納。文獻[12]這篇文章在分析了我國風力發電現階段狀況后，針對風電消納的方面從倆個維度即時間與空間入手，并且研究和發行了一些與之匹配的設備結構和相關有助于風電消納的實行政策與做法，從一定程度上激發了相關研究人員的想法促進了關于風電消納的研究。文獻[13]主要針對我國目前東北華北西北這些地區棄風消納所具備的難點和問題，并且針對目前的這些現象提出了針對當地的生態環境和當地的能源需求將風力發電所溢出的棄風能源就地消納取之于此用之于此的的理想模型，這樣即能提高棄風的利用率也能提高當地的經濟和能源的利用。文獻[14]提出一種包含風力發電的發電區域優化改革和節約經濟成本的方案這樣可以進一步提高風力發電并網的調節性加強加大對風力資源的利用。文獻[15]主要提出了一種風力發電并入電網的調節方法，該方法最大的特點是以提高經濟性為主要目的提出的針對目前風力發電的消納和利用情況給出的方法，可以一定程度上解決消納風電所產生的經濟成本并且有可能實現收獲部分盈利的經濟分析報告。國外方面，目前電力市場已經具備相對完善的功能和結構，各國之間電網可以相互連通，且北歐擁有成熟的電力市場，各國可以高效完成電能的進出口，以此保證國內電力系統的實時平衡[16]。除此以外，分布式熱電聯產機組因其可為區域熱用戶供熱的特點，被提倡用以輔助電力系統進行調峰，這種方式在未來大規模風電消納領域將會得到愈發廣泛地使用[17]。有丹麥研究表明，如果采用電鍋爐、熱泵等電加熱設備和儲熱技術解耦熱電廠的根據供熱負荷大小確定發電量的運行方式，國內風電的并網比例可以提升20%；若在此基礎上，配合電動汽車等技術，提升整個能源系統的靈活性以彌補風電的不確定性，則有望大幅提升丹麥電力系統中可再生能源的所占比例[18]。1.3蓄熱式電鍋爐參與風電消納研究現狀蓄熱式電鍋爐自身攜帶比較大的蓄熱系統，這意味著它可以在晚上或者其他用電低谷時期用電低谷的電價運行系統同時把一部分能量以熱能的方式儲存，利用儲存的熱能在白天或者用電高峰時間給熱負荷用戶提供熱能，這個作用可以從一定程度上解決了供暖時間和風電低谷時間不匹配還有大量新能源浪費的問題。在這種情況下許多國內外研究人員從蓄熱式電鍋爐展開了對風電消納的一系列研究，主要包括一些理論依據和具體的實際操作。文獻[19]這篇文章具體從風力發電和熱電廠的聯合運行模式在這種運行模式下加入了電蓄熱裝置通過對他們的原理分析建立蓄熱裝置參與風電消納的調節模型通過數據的對比仿真，進一步證實了蓄熱裝置參與風電消納的可行性和科學性。文獻[20]這篇文章主要介紹了在國外一些風力發電制度背景完善的國家應用蓄熱式電鍋爐參與風電消納的可用性以及通過實踐得出的可行性，并且以一些實際數據和案例分析和證實了它的經濟性。文獻[21]這篇文章主要講如何利用儲熱裝置參與實施消納風電的具體設計和相關的應用方式，并且通過建立包含儲熱裝置的風電消納調度優化模型在對比機組是否加裝儲熱裝置情況下的實驗數據，進一步證明了蓄熱裝置參與風電消納的有效性和經濟性。文獻[22]這篇文章提出四種風電消納的優化方案并依依對其進行算例仿真，得出儲能裝置參與風電消納可以有效的減少棄風量和提高經濟效益。文獻[23]這篇期刊提出電極式水蓄熱式電鍋爐參與風電消納并建立最大風力資源利用率和最小運行成本為目標函數的多目標優化模型通過改進的多目標POS算法進行算例分析說明了方案的可行性。1.4固體電蓄熱裝置研究現狀固體電蓄熱裝置參與風電消納的技術實現較容易并且它的控制系統也相對簡單，針對這方面的研究國外研究人員開展較早，經過多年的研究和理論實踐的發展，許多的國外學者多方面針對這一領域的研究并且取得了卓越的成果，這些成績和技術也慢慢的投入生產變成了實踐經驗被越來越多的工廠采用取得了廣泛的應用同時也從實踐領域證實了它的科學性。Khare等是通過選擇材料來提高對高溫顯熱固體蓄熱裝置的最佳蓄熱材料進行了熱物性參數和經濟性的比較分析，得到高鋁混凝土磚和氧化鎂磚在高溫顯熱蓄熱材料中成本最低，這種蓄熱介質通過加入添加劑進一步優化其熱物性[24]。A.Mawire等針對固體蓄熱系統建立了簡化的一維模型并進行模擬仿真試驗，通過軸向溫度分布、蓄熱總量、瞬態蓄熱效率等參數研究了熔融石英玻璃、氧化鋁和不銹鋼三種不同顯熱蓄熱材料的熱力性能[25，26]。在國內，固體電蓄熱裝置自問世以來，主要是分布在電力系統和電量富裕的地區，裝置的應用范圍較小。王汝武指出固體電蓄熱鍋爐可通過使用低谷電能，在一定程度上能夠達到對電網“削峰填谷”的目的，在對設備初期投資、運行費用綜合對比后，采用固體電蓄熱鍋爐采暖比其他常用采暖方式具有較好的經濟性[27,28]。這樣也注定其蓄熱總量量是同體積水蓄熱式電鍋爐蓄熱量的5倍。孫波，孫佳佳，董浩.基于分時充電電價的電動汽車風電消納的機組調度優化模型[J]．可再生能源，2017，35（1）：110-118.丹麥電網公司．風電：應對氣候變化的衛士[R]．哥本哈根：丹麥電網公司，2009．LundH,MathiesenBV.Energysystemanalysisof100%renewableenergysystems-ThecaseofDenmarkinyears2030and2050[J].Energy,2009,34(5):524-530.國家能源局．2018年可再生能源并網運行情況介紹[EB/OL]．：國家能源局官網，2019-01-28：國家能源局．國家能源局綜合司關于開展風電清潔供暖工作的通知[EB/OL]：國家能源局官網，2020-06-05：楊楠，王波，劉滌塵．考慮柔性負荷調峰的大規模風電隨機優化調度方法[J]．電工技術學報，2013，11（1）：231-238．LiP,VanLewJ,ChanC.Similarityandgeneralizedanalysisofefficienciesofthermalenergystoragesystems[J].RenewableEnergy,2012,39(1):388-402.MathiesenBV,LundH.Comparativeanalysesofseventechnologiestofacilitatetheintegrationoffluctuatingrenewableenergysources[J].IETRenewablePowerGeneration,2009,31(21):190-204.余乾耀，康重慶，江長明．多時空尺度風電消納體系初探[J].電力系統保護與控制，2013，41（1）：28-32．董永平，何世恩，劉峻，等．低碳電力視角下的風電消納問題[J].電力系挽保護與控制，2014，42（5）：12-16．周瑋，胡妹博，孫輝，等．考慮大規模風電井網的電力系統區間非線性經濟調度研究[J]．中國電機工程學報，2017，37（2）：557-564．李宏仲，呂振邦，朱佳明．考慮經濟性的日前風電消納動態評估方法[J]．電網技術，2017，41（4）：1261-1268．AndersenTV.Integrationof50%windpowerinaCHP-basedpowersystem[D].Denmark:DepartmentofElectricalEngineering,2009.莊妍．基于蓄熱式電鍋爐的棄風消納方法及經濟性分析研究[D]．吉林：東北電力大學，2019．NielsenMG,MoralesJM,MZugno,etal.Econ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