海上风电制氢技术经济性对比分析

海上风资源丰富、区域广,成为风电开发利用的重要领域。但海上风电的强随机性和间歇性给海上风电的安全可靠消纳带来诸多难题。风电制氢是提高风电利用率和缓解弃风的有效手段,已成为海上风电发展和研究的热点方向。综合考虑制氢技术方案、设备投资成本、运行维护成本,给出国内海上风电制氢技术的经济性评价方法;分别建立海上风电岸上制氢、海上平台制氢及管道输氢和海上平台制氢及船舶运氢3种海上风力发电制氢技术方案及经济性模型。基于相关调研和文献数据,以某300 MW海上风电场为例,对不同离岸距离的3种海上风力发电制氢技术方案进行经济性比较。结果表明,3种海上风电制氢方案中,海上平台制氢及船舶运氢方案最具经济性,且随着离岸距离加大,该方案等年值费用基本不变;海上风电岸上制氢方案和海上平台制氢及管道输氢方案随离岸距离加大,等年值费用均不同幅度增加。     

中国风电的进展和趋势

简要介绍近年来中国离网型和并网型风电的进展和趋势;指出中国离网型风电已进入稳定的产业化发展时期,大型风电设备正在加快国产化步伐;列举当前主要风电场项目;并预测未来几年的发展趋势。     

分频海上风电系统的技术经济分析

介绍了分频输电系统(FFTS)应用于海上风电的拓扑结构,并通过一个装机容量300 MW、离岸距离250km的算例,比较其与现有高压交流(HVAC)和高压直流(HVDC)并网方式的技术及经济优劣。FFTS通过降低输电频率(如50/3Hz),显著降低交流电缆中的充电电流,提升海底交流输电的效率与性能。结果表明,FFTS能满足算例的并网需求,且风电穿透率大于HVAC。算例中FFTS换流站的投资折算和年维护费用比HVDC少9 126万元,等年值比HVDC低7.28%。在算例的基础上,文中进一步给出了FFTS-HVDC临界经济距离—装机容量曲线,相对而言FFTS更适用于装机容量大、离岸近的风电场,对于300 MW风电场,二者的临界经济距离约为634km,远超已有和规划中的海上风电场的离岸距离。分析结果表明了分频海上风电系统所具有的应用潜力。     

风电并网后电网调峰措施的经济性分析

为接纳大量风电并网运行,电网需采取各种调峰措施并评价措施的经济性。给出了确定用于平衡风电出力波动的电网可调峰容量的方法,阐述了接纳风电所采取的调峰措施,并对各种调峰手段进行经济效益分析。基于系统的安全运行要求、调峰措施、调峰容量、各种发电形式上网电价和化石燃料的消耗量提出了衡量以及评价调峰措施经济性的方法。以区域电网为研究对象,制定了调峰策略,为电网的节能经济调度提供参考依据,并对风电的持续健康发展提出了建议。     

分频输电在海上风电并网应用中的前景和挑战

通过比较3种风电并网方式,指出了分频输电系统(FFTS)在大规模海上风电并网中的应用前景。介绍了分频海上风电系统的结构和变频器的选择,对比表明了模块化多电平矩阵式换流器(M~3C)作为新一代变频器优良性能。分析了低频环境对分频海上风电系统中关键性设备的影响,进一步从设备角度表明分频海上风电系统的可行性和经济技术优势。最后指出分频海上风电系统中仍需解决的经济技术难题,为进一步研究指明了方向。     

远海风电输电和制氢经济可行性分析

远海风资源丰富,可用于发展更大装机容量的风电场,具备发展氢储能应用的潜力.输电工程和制氢工程是远海风电开发利用的2种途径.首先建立了远海风电输电工程的全寿命周期成本模型.其次,推导了质子交换膜(proton exchange membrane,PEM)电解槽能量效率的计算过程,基于PEM电解槽的"功率-效率"特性模型,...     

江苏沿海地区风电发展前景分析

基于江苏经济发展的能源需求,从江苏发展风电的风能及土地资源条件、电力系统状况等方面,阐述了在江苏省发展风电的必要性与可行性,简要分析了江苏沿海发展风电技术的社会经济效益,指出了影响江苏沿海风电开发的技术因素,并提出了建议.     

山东省风电发展与并网方式研究

介绍了山东省风能资源的潜力与优势,通过分析山东省风电建设中存在的问题,提出了"统筹规划"、"分级接入"和"联合送出"的风电发展利用模式。探讨了大规模风电场并网运行对电源结构、电网结构、运行产生的影响,并对风电接入电网及运行提出建议。     

风光互补发电制氢系统仿真研究进展

对风光互补发电制氢系统的仿真研究进展做以归纳和总结,针对离网型和并网型两种风光互补制氢系统,分析了国内外的研究手段和方法。其中,考虑到氢气的去向和储能系统的组成特点,离网型制氢系统又细分为直接制氢系统、燃料电池/电解槽复合制氢系统和燃料电池/电解池/超级电容复合制氢系统等多种类型。总结了风光互补发电制氢系统的优化目标及算法。     

风氢耦合发电技术研究综述

风氢耦合发电已成为一些发达国家解决风电上网"瓶颈"问题的重要手段。文中阐述了风氢耦合发电的概念和结构,并在总结风氢耦合发电相关国际研究动态和成果的基础上,为中国风氢耦合发电技术的发展提供了建议。首先,介绍了风氢耦合发电技术的发展历程,通过对典型风氢耦合发电结构的介绍,引出风氢耦合发电的概念和特点。然后,总结了风氢耦合发电技术在一些发达国家的发展概况和研究进展,并提炼出现阶段风氢耦合发电研究中的关键问题和相关研究现状。最后,结合中国的能源战略和电力发展现状,对风氢耦合发电技术在中国的发展潜力和应用形式进行了探讨。     

东海风电场耦合氢能系统可行性研究

根据风电、氢能技术特点及现状,以提高能源综合利用效率为目的,提出建立风电耦合氢能系统的多能源耦合系统建设方案。将此方案应用于东海风电场,综合分析表明:耦合氢能系统的风电场能更好的优化并网风电的品质,同时将低品质的风电转化为高品质的氢能、提高风电综合效益。     

基于氢能经济的电网大规模风电消纳模式

为提高大规模风电接入未来电网的风电消纳能力,基于电解制氢技术将氢能经济引入电力系统以期促进弃风消纳.参考虚拟电厂的概念设立虚拟制氢中心,组建由虚拟电厂和虚拟制氢中心构成的虚拟弃风-制氢联合体,在对氢气负荷进行简单分类的基础上,考虑新能源弃电过网费减免政策,建立以典型日运行成本最低为目标的虚拟弃风-制氢联合体经济调度模型...     

风力发电及其技术发展综述

风能作为最具商业化前景的可再生能源,正得到大规模的开发和利用,风力发电相关技术也取得了显著的进步。文章综述了目前风力发电及其技术的发展与应用情况,对风力发电系统的类型、风电系统中所采用发电机的性能与特点以及未来风力发电技术的发展趋势进行了较详细深入的介绍,为更好地了解国内外风力发电的现状与发展趋势提供参考。     

基于智能微网的氢氧联合循环与风能耦合发电系统

在基本燃气-蒸汽联合循环的基础上,参考以纯氢作为燃料的氢氧联合循环系统,构建了包括制氢、制氧系统及其他辅助系统的氢氧联合循环发电系统,分析了系统的优越性及可行性,并引入智能微网技术,根据微网中分布式电源的特性,以储氢作为蓄能方式,提出了以氢氧联合循环发电系统与风力发电系统相耦合的互补式发电系统,阐述了系统的运行特点和优...     

风电耦合电解水制氢技术研究

由于氢能具有单位质量热值高、用途广泛和可再生等优点,越来越多科研工作者对氢能产生了兴趣。文章对目前主流制氢路线做了对比,发现电解水制氢与风电耦合具有很大的优势。分析孤网、并网和非并网三种运行模式下的技术可行性。结论表明“孤网运行:风力发电+电解水制氢设备+储能设施”的耦合模式最具有发展潜力,为将来开展大规模风电耦合制氢提供可选的技术思路。     

风能并网发电的可靠性与经济性研究

基于风速计算模型、风电机组模型以及停运模型,分析风能并网发电的内部和外部可靠性与经济性影响因素,提出了新的符合风能并网发电特色的可靠性和经济性评价指标。通过蒙特卡洛模拟进行了算例分析和比较。研究结果表明风能并网发电在可靠性方面需要改善和提高,经济性方面效益显著,评价指标具有正确性和可行性。     

氢能在综合能源系统中的应用前景

氢能的开发利用是应对全球气候变化,保障国家能源安全,实现低碳转型的重要途径之一。对比了氢储能技术与当前主要储能技术的关键性参数,结果显示氢储能技术具有整体性系统优势;探讨了氢能在未来综合能源系统中工业用户、交通运输、建筑热电联供、能源企业潜在的应用途径及未来关键技术节点;给出了对中国氢能发展的启示。为氢能在综合能源系统中的应用提供参考。     

Small Wind Energy Systems

Abstract

The application of small wind turbines for residential and commercial applications depends on how a microgrid can operate in a suitable way. Because there is variable demand and a random nature of wind resources, it is usually necessary the installation of controllable end-use loads, storage devices, and a centralized distribution control. In order to establish a small wind energy system it is important to observe the following: (i) Attending the energy requirements of the actual or future consumers; (ii) Establishing civil liabilities in case of accidents and financial losses due to shortage or low quality of energy; (iii) Negotiating collective conditions to interconnect the microgrid with the public network or with other sources of energy that is independent of wind resources; (iv) Establishing a performance criteria of power quality and reliability to end-users, in order to reduce costs and guaranteeing an acceptable energy supply. This paper discuss how performance is affected by local conditions and random nature of the wind, power demand profiles, turbine related factors, and presents the technical issues for implementing a self-excited induction generator system, or a permanent magnet based wind turbine control, in addition of discussing the use of Magnus effect wind turbines for small scale generation.     

储氢一氢氧联合循环储能系统及应用案例分析

储能技术是解决清洁能源并网发电所带来的间歇性和波动性问题的主要技术之一,引入储氢系统与风电联合运行实现并网发电。系统以氢气作为能量转换中间介质,通过电解水生产氢和氧,将多余或不稳定的电能储存起来。在需要时再将储存的氢和氧通过氢氧联合循环发电的方式转换为电能,实现并网发电。系统易规模化、无污染,可最大限度地发挥清洁能源的发电能力,能量转换效率达到40％。选取江苏省某一风电场进行案例分析,根据风电场的真实日负荷运行曲线设定了氢氧联合循环发电系统的装机容量和相关运行参数,并对联合运行动态系统进行了案例分析,结果显示该储能系统可以将间歇性的风电转化为稳定的电力输出,从而实现大规模风电并网发电．是解决清洁能源并网发电瓶颈的有效途径之一