海上风能岸上制氢的经济可行性分析

我国沿海地区经济发达,能源需求量大,探索海上风电制氢为其他行业供能具有现实意义。比较了海上风电输电上岸后的两种利用模式：1)风电售电模式;2)风电制氢模式。首先通过比较碱性(alkaline, ALK)电解槽和质子交换膜(proton exchange membrane, PEM)电解槽的工作特性,建立了制氢系统产氢量模型。其次,建立两种模式的经济分析模型;最后,结合净现值和平准化制氢成本比较了不同风能利用模式的经济性。结果表明在当前技术情景下,氢价取46.93元/kg、风电上网电价取0.531 8元/(kW·h)时,风电制氢模式比风电售电模式更具有经济性,氢价是影响制氢模式经济性的最大因素,而氢价取决于未来氢市场的供需关系,不确定性较大。     

考虑尾流效应的分布式海上风电制氢集群容量优化配置

离岸海上风电制氢是中远海风力资源利用的重要方式,而分布式风电制氢机组由于无须集中汇流与大规模平台搭建,成为学界业界重点关注的技术路线。然而,受风场尾流效应影响,分布式风电制氢集群不同机组之间的运行状态相互耦合,制氢能力存在差异。文中提出考虑尾流效应的分布式风电制氢容量优化模型,基于机组协同控制对电解池容量空间分布进行优化配置。算例选取中国江苏省海域实际风源数据进行研究。首先,考虑尾流效应的风电制氢机组的协同控制可有效提高约3.05%的年期望制氢量。进一步,相比于电解池容量空间均匀分布方案,文中所得出的边缘大、内部小的最优容量空间配置方案可降低海上风电制氢的平准化制氢成本,验证了所提优化模型的有效性。     

远海岸海上风电输电方式技术经济分析

全球海上风电呈现远海化、规模化、集群化趋势,远海风电输电方式选择至关重要。考虑海上风电场规模、离岸距离等因素,采用等年值法,结合14种远海风电典型场景,从技术性、经济性两个维度,对高压工频交流、柔性直流、低频交流等3种海上风电输电方式进行对比分析。研究表明,工频交流输电技术在中小容量、中远距离海上风电送出应用场景具有技术、经济优势,柔性直流输电技术应用于大容量、远距离海上风电送出场景时经济优势凸显。同时,对35、66 k V交流汇集-柔直送出两种方案进行比较,指出66 k V汇集无海上升压站-柔直方案更具经济性,进一步缩短了交直流输电方式等价距离,并给出典型场景海上风电输电方式选择建议,提出了远海岸海上风电送出方式选择指导意见。     

极端风暴下的海上风电制氢联合运行系统爬坡控制策略

全球气候变暖导致海域极端风暴事件频繁发生,引发海上风电大规模爬坡,影响岸上主网的安全运行。通过电解制氢系统,海上风电制氢联合运行系统将富余风电功率转换为氢能,降低了弃风率和弃风惩罚成本;同时,可以出售氢能获利,提升了经济效益。提出了一种考虑风电不确定性的爬坡控制策略。首先,比较了传统风电场与风电制氢联合运行系统在极端风暴下的爬坡特性,分析了风电制氢联合运行系统的爬坡抑制特性;然后,使用机会约束规划方法构建了考虑源-储-荷运行特性与海上风电不确定性的爬坡控制模型,通过求解爬坡控制模型给出了爬坡控制策略;最后,基于客观权重赋权法(criteria importance though intercrieria correlation, CRITIC)-优劣解距离法((technique for order preference by similarity to ideal solution, TOPSIS)综合评价模型对不同置信度下系统附加运行成本与不确定性资源投入率进行分析,得到最佳置信度。仿真结果表明,同样采取并网功率爬坡控制的情况下,海上风电制氢联合运行系统的综合运行成本(29.87万...     

分频输电应用于深远海风电并网的技术经济性分析

全球海上风电发展呈现大规模化、集群化及深远海化的特点。离岸距离大于100 km的大规模深远海风电的输电与并网方式成为海上风电发展和研究的热点方向。通过分析电缆等电气设备的传输极限和损耗,采用等年值法,综合考虑设备投资成本、维护成本、损耗费用及电缆选型,建立了系统的比较各种并网方式的技术经济评价方法。以某400 MW海上风电场为例,对高压交流输电技术、高压直流输电技术和分频输电系统3种并网方式进行技术经济分析。论证说明分频输电技术通过降低频率,既可提高电缆载流量,又显著降低了交流电缆中的充电电流,因此传输距离显著增加,表明分频输电技术在远距离、大规模深远海风电并网方面具有技术经济优势。     

海上风电并网与输送方案比较

风力发电是新能源发电技术中最成熟和最具规模开发条件的发电方式之一。大容量远距离的海上风电是未来风电发展的趋势。介绍海上风电系统的3种并网技术以及输电方式:高压交流、高压直流输电(high voltage direct current,HVDC)以及分频输电技术。工频交流海上风电系统一般适用于小规模近海风电场,HVDC和分频输电适用于大规模远距离海上风电场。分频海上风电系统是一种具有自主知识产权的本土技术,在目前的技术和经济条件下,分频海上风电系统是一种具有优势和竞争力的海上风电方案。主要对这3种海上风电并网的技术可行性、经济性以及效率等方面进行讨论,最后对海上风力发电技术进行总结和展望。     

多场景海上风电场关键设备技术经济性分析

中国海上风电正在走向深远海.离岸距离和水深的增大对海上风电场关键设备的技术选择和成本造价影响很大,海上风电场单位千瓦投资也相应变化.对海上风电场基础结构、海缆等关键设备费用在不同离岸距离和水深条件下的变化进行分析,探讨登陆送出、场内集电、基础结构等技术发展对投资的影响.远海风电场通过采用柔性直流和高电压场内集电技术,关...     

我国远海风电送出输电技术及典型方案

输电方式的合理选择对实现深远海风电经济高效送出具有重要意义。我国海上风电资源开发逐渐呈现远海化、规模化的发展趋势,海上风电送出的输电成本相应上升。对当前国内外海上风电送出工频交流输电技术、柔性直流输电技术和低频交流输电技术的应用现状及特点进行了全面总结和分析;结合我国海上风电相关规划和海洋资源情况,按照海上风电规模化、集约化开发的指导思想,分析提出未来远海风电送出的输电规模、离岸距离等多个研究场景;综合比较海上平台设计、关键设备制造能力以及技术经济,研究提出各送出场景下可行的海上风电输电技术及其典型技术方案,可为未来国内各区域远海海上风电送出输电方式的优化选择提供参考及借鉴。     

海上风力发电及其控制技术

在陆地风电快速发展的同时,风能利用的新领域--海上风电悄然兴起.本文介绍了海上风力发电的发展现状和技术趋势以及海上风电机组平台基础建设的一个新方法--集中发电平台.分析了海上风力机的主要机型及其控制特点.最后简要分析海上风电的经济性及其发展前景.     

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。     

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,...     

66 kV交流接入海上换流站方案的技术经济性

为探究66 kV接入海上换流站与传统的35 kV升压220 kV接入海上换流站的技术及经济性对比,以中国南海某风电场接入工程为例,分析66 kV交流直接接入海上换流站与传统的35 kV升压220 kV接入海上换流站两种方案在功率损耗、一次电气设备投资等方面的差异,综合对比,得出66 kV交流接入方案具有更好经济性的结论。随着中国海上风电的发展,66 kV交流接入方案在降低海上风电柔性直流系统建造成本和推动技术创新性方面,均表现出了很好的技术优势。     

面向海上平台轻型化的跟网型中频远海风电场直流送出方案

海上风电具有广阔的发展前景,而可靠、高效的大规模远海风电并网系统是开发海上风电的关键技术.针对远海风电直流送出系统的海上平台轻型化问题,提出一种跟网型中频远海风电场直流送出方案.该方案采用跟网型风电机组,直流系统的整流侧和逆变侧都采用模块化多电平换流器(MMC).首先,从拓扑结构和控制系统2个方面对该跟网型中频方案进行了描述;接着,就海上风电场交流系统运行频率对风电场及其直流送出系统的影响进行了分析,包括对变压器、交流电缆和MMC等的影响.基于±320 kV/1000 MW海上风电直流送出系统,分析了100 Hz跟网型中频方案的技术经济性,包括关键电气设备的主回路参数、海上交流电缆造价、海上平台造价、风机造价、交流电缆损耗和整流站阀损耗、交流电缆输电能力.最后,在PSCAD/EMTDC中搭建了跟网型中频方案的电磁暂态仿真模型,验证了该方案的有效性.     

海上风电送出与就地消纳技术差异综述

在“碳达峰”与“碳中和”承诺背景下,海上风电凭借其高利用小时数、资源蕴含总量丰富等特点得到迅猛发展。然而,海上风电输电存在高成本、作业难度大、施工不便等问题。海水淡化技术凭借其灵活运行特性可有效适应风电波动性,采用海上风电就地消纳进行海水淡化能够提高风电利用率并简化输配电环节,可为海上风电应用与发展提供全新思路。文章结合海上风电并网方式与海水淡化系统工艺结构,分别剖析了海上风电输电与淡水输送的工作原理。再综合考虑输送容量、输送距离、输送建设成本等7个方面的性能指标,整理了海上风电输电与输水系统在技术与经济方面的差异。针对海水淡化技术的灵活性与经济性等优势,论述了海上风电驱动海水淡化技术在新能源消纳、工业清洁化与风电多元化发展等方面的应用前景。     

采用中频不控整流直流系统的远海风电送出方案

远海风电场具有更加丰富和稳定的风能资源,是未来风电发展的主要趋势,目前远海风电主要通过柔性直流系统并网。整流侧采用二极管不控整流单元（diode rectifier unit, DRU）具有明显的经济优势和发展前景,是学术界和工业界的研究热点。为了进一步提高远海风电送出系统的经济性,以整流侧采用DRU的高压直流输电系统为基本拓扑,提出采用中频不控整流直流系统的远海风电送出方案,通过把风电场交流电网的运行频率选为100~400 Hz,可以大幅度减小升压变压器和交流滤波器的体积和重量。同时,提出适用于中频不控整流直流系统的风电机组控制策略,其中,机侧换流器采用定直流电压控制,网侧换流器在全局统一参考坐标系下同时实现定功率控制和定交流侧电压控制。最后,通过PSCAD/EMTDC进行算例仿真,对所提方案的可行性进行验证。     

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。     

海上风电场交流并网谐波谐振放大机理分析与治理

由于相同电压等级下电力电缆的电容效应比架空线路大出20倍以上,使得一般在陆上风电场并网中并不严重的谐波谐振放大问题,在海上风电场并网中可能会变得十分严重,为此研究了海上风电场并网引起的谐波谐振放大问题及其治理原理.首先,对海上风电场并网时的谐波谐振放大机理进行了分析,从原理上给出了治理的技术途径;然后,以某海上风电并网实际工程为研究案例,分别建立了海上风电电网和陆上电网的谐波模型,包括电缆、变压器和风电机组的谐波模型以及超高压大电网的等效谐波模型和低压配电网的等效谐波模型,并根据所建立的谐波模型分析了发生谐波谐振放大的原因,提出了解决谐波谐振放大问题的治理方案并进行了验算;最后,对海上风电场并网引起的谐波谐振放大问题的机理和治理原理进行了总结.     

海上风电机组故障容错运行研究现状分析

海上风电场可及性差,运行条件恶劣。风电机组故障率高,故障修复时间长且维护困难,一旦故障停运,经济损失巨大。统计并对比分析海上风电机组和陆上风电机组的历史运行数据,归纳海上风电机组关键部件的故障特点,分析风力发电机组常见的电气类故障及其对系统的影响。分别从软件容错、硬件容错两个方面总结现有海上风电机组容错运行的研究现状,归纳目前海上风电机组的容错方案,分析现有容错方案的应用可行性。进一步指出现阶段海上风电机组故障容错存在的主要问题,并对将来的研究热点进行了展望。