基于棄風(fēng)利用的塔筒電梯供電模式研究

基于棄風(fēng)利用的塔筒電梯供電模式研究隨著社會(huì)和人類的發(fā)展，能源問(wèn)題逐漸成為全球性的問(wèn)題。在世界許多國(guó)家，正努力尋找一種清潔的能源替代傳統(tǒng)的燃油和煤等化石能源，以減小對(duì)環(huán)境的影響。而在我國(guó)，風(fēng)能被認(rèn)為是一種最為廣泛的、零污染的可再生能源之一，也是以后發(fā)展的重點(diǎn)之一。利用棄風(fēng)進(jìn)行電力發(fā)電，是一種有效利用我國(guó)豐富風(fēng)儲(chǔ)資源的方法。但是，在風(fēng)電場(chǎng)運(yùn)營(yíng)過(guò)程中，由于風(fēng)速的變化導(dǎo)致電網(wǎng)電壓波動(dòng)，甚至?xí)?dǎo)致系統(tǒng)癱瘓，這對(duì)風(fēng)電場(chǎng)的發(fā)電產(chǎn)生了很大的影響。為了解決這個(gè)問(wèn)題，塔筒電梯供電模式被提出，它利用棄風(fēng)發(fā)電時(shí)風(fēng)能發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的瞬時(shí)高電壓采集和儲(chǔ)存，同時(shí)把塔筒設(shè)計(jì)成中心供電系統(tǒng)，將儲(chǔ)能電池組放在塔筒底部，以塔筒為基礎(chǔ)進(jìn)行供電，這種方式能夠穩(wěn)定風(fēng)電場(chǎng)的電網(wǎng)輸出。

本文總結(jié)了棄風(fēng)發(fā)電產(chǎn)生的問(wèn)題和風(fēng)電場(chǎng)的電網(wǎng)輸出問(wèn)題，然后介紹了塔筒電梯供電模式的設(shè)計(jì)，結(jié)合塔筒電梯供電模式制定規(guī)劃最終建設(shè)一個(gè)能夠穩(wěn)定風(fēng)電場(chǎng)的電網(wǎng)輸出的方案。

一、棄風(fēng)發(fā)電的問(wèn)題

風(fēng)能是一種不污染環(huán)境、取之不盡用之不竭的可再生能源，是全球最有潛力也最具發(fā)展前景的清潔能源之一。棄風(fēng)發(fā)電是指由于風(fēng)電場(chǎng)運(yùn)營(yíng)過(guò)程中風(fēng)力過(guò)大或過(guò)小，導(dǎo)致風(fēng)機(jī)停轉(zhuǎn)或限功率，不能將全部風(fēng)能轉(zhuǎn)化為電能，這部分沒(méi)能被發(fā)電的風(fēng)能就被稱為棄風(fēng)。為了減少棄風(fēng)，風(fēng)電場(chǎng)需要建立實(shí)時(shí)風(fēng)能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，以便在風(fēng)速變化時(shí)及時(shí)調(diào)整風(fēng)機(jī)的運(yùn)行，最大限度地轉(zhuǎn)化風(fēng)能。

雖然棄風(fēng)發(fā)電是一種有效利用風(fēng)能資源的手段，但卻存在一定的問(wèn)題。首先，風(fēng)速的不可控性導(dǎo)致發(fā)電量不穩(wěn)定，不僅會(huì)對(duì)穩(wěn)定性造成影響，還會(huì)造成發(fā)電的質(zhì)量問(wèn)題。其次，由于風(fēng)能發(fā)電機(jī)的特性，棄風(fēng)時(shí)風(fēng)能發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的瞬時(shí)高電壓可能會(huì)損壞發(fā)電機(jī)和電器設(shè)備，這不僅給風(fēng)電場(chǎng)帶來(lái)了很大的經(jīng)濟(jì)損失，也增加了維修和管理成本。

二、風(fēng)電場(chǎng)電網(wǎng)輸出問(wèn)題

風(fēng)電場(chǎng)的電網(wǎng)輸出問(wèn)題是風(fēng)電場(chǎng)的一個(gè)重要問(wèn)題，也是避免棄風(fēng)的重要手段。風(fēng)電場(chǎng)發(fā)電出來(lái)的電在通過(guò)風(fēng)電場(chǎng)電網(wǎng)輸出后，會(huì)在電網(wǎng)中分配給電力用戶，但是在分配過(guò)程中可能會(huì)導(dǎo)致一些問(wèn)題。一方面，當(dāng)風(fēng)速變化時(shí)，風(fēng)能發(fā)電機(jī)的輸出也會(huì)隨之變化，由此會(huì)對(duì)電網(wǎng)電壓和電流產(chǎn)生影響，甚至?xí)?dǎo)致電網(wǎng)中出現(xiàn)電壓和電流波動(dòng)的問(wèn)題。另一方面，由于風(fēng)電場(chǎng)通常距離用電的負(fù)荷中心較遠(yuǎn)，電網(wǎng)輸電線路將輸出電力從風(fēng)電場(chǎng)輸送到用電站時(shí)，輸電線路和變壓器損耗也較大，運(yùn)行效率較低，給電力系統(tǒng)的運(yùn)行帶來(lái)一定的困難。

三、塔筒電梯系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

為了解決棄風(fēng)發(fā)電和風(fēng)電場(chǎng)電網(wǎng)輸出問(wèn)題，塔筒電梯供電模式應(yīng)運(yùn)而生，塔筒電梯系統(tǒng)的設(shè)計(jì)意在將棄風(fēng)時(shí)風(fēng)能發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的瞬時(shí)高電壓采集和儲(chǔ)存，同時(shí)將發(fā)電機(jī)與塔筒連接，塔筒作為中心供電系統(tǒng)進(jìn)行供電，將儲(chǔ)能電池組放置在塔筒底部，以塔筒為基礎(chǔ)進(jìn)行供電，這種方式能夠?qū)崿F(xiàn)穩(wěn)定風(fēng)電場(chǎng)的電網(wǎng)輸出。

1.塔筒電梯供電模式設(shè)計(jì)原則

（1）平穩(wěn)輸出電網(wǎng)：該設(shè)計(jì)要求風(fēng)電場(chǎng)的電網(wǎng)輸出平穩(wěn)，不受風(fēng)能發(fā)電機(jī)功率變化的影響。

（2）儲(chǔ)能利用系統(tǒng)：將棄風(fēng)時(shí)的電能儲(chǔ)存到電池組中，實(shí)現(xiàn)最大限度的風(fēng)能利用。

（3）塔筒供電模式：利用塔筒系統(tǒng)作為供電模式主干，避免輸電線路中損耗和變壓器損耗，提高輸電效率，減少功耗損耗。

2.塔筒電梯供電模式設(shè)計(jì)方案

（1）電壓采集系統(tǒng)：電壓采集系統(tǒng)采用高性能功率采集器，實(shí)現(xiàn)全場(chǎng)棄風(fēng)時(shí)發(fā)電機(jī)的電壓采集。通過(guò)大量采集數(shù)據(jù)建立風(fēng)電場(chǎng)發(fā)電機(jī)電壓模型，根據(jù)風(fēng)電場(chǎng)實(shí)際情況擬合該模型。利用該模型預(yù)測(cè)下一個(gè)時(shí)間段的發(fā)電機(jī)背壓，采取相應(yīng)的制動(dòng)和調(diào)速措施，以保持整個(gè)風(fēng)電場(chǎng)電網(wǎng)輸出電壓的穩(wěn)定性。

（2）儲(chǔ)能系統(tǒng)：在風(fēng)能發(fā)電機(jī)的輸出不足以滿足風(fēng)電場(chǎng)需要時(shí)，儲(chǔ)能系統(tǒng)將啟動(dòng)，將棄風(fēng)時(shí)多余的電能先儲(chǔ)存在電池組中，再?gòu)碾姵亟M中輸出電能滿足風(fēng)電場(chǎng)的需求。當(dāng)棄風(fēng)結(jié)束時(shí)，將儲(chǔ)存在電池中的電能輸出到電網(wǎng)中，以保持整個(gè)風(fēng)電場(chǎng)電網(wǎng)輸出電壓的穩(wěn)定性。

（3）塔筒供電系統(tǒng)：將塔筒設(shè)計(jì)成中心供電系統(tǒng)，并安裝儲(chǔ)能電池組在塔筒底部。同時(shí)，利用塔筒為基礎(chǔ)進(jìn)行電網(wǎng)輸出，避免輸電線路中損耗和變壓器損耗，提高輸電效率，減少功耗損耗。

四、總結(jié)

棄風(fēng)問(wèn)題是風(fēng)電場(chǎng)發(fā)電過(guò)程中一個(gè)不容忽視的問(wèn)題，不僅會(huì)造成經(jīng)濟(jì)損失，還會(huì)導(dǎo)致電網(wǎng)的不穩(wěn)定。本文介紹了塔筒電梯供電模式的設(shè)計(jì)，利用棄風(fēng)時(shí)風(fēng)能發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的瞬時(shí)高電壓采集和儲(chǔ)存，同時(shí)把塔筒設(shè)計(jì)成中心供電系統(tǒng)，將儲(chǔ)能電池組放在塔筒底部，以塔筒為基礎(chǔ)進(jìn)行供電。該模式不僅能夠最大限度的利用棄風(fēng)時(shí)的電能，保持了風(fēng)電場(chǎng)的穩(wěn)定供電，同時(shí)避免輸電線路中的功耗損耗，提高了輸電效率，是一種優(yōu)化風(fēng)電場(chǎng)發(fā)電和電網(wǎng)輸出的有效手段。本文將分析中國(guó)主要能源供需及消費(fèi)情況，著重探討可再生能源的利用情況和前景，以便更好地了解中國(guó)能源行業(yè)的現(xiàn)狀和未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)。

一、主要能源供需情況

1.能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)

截至2019年底，中國(guó)能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)中煤炭占比達(dá)58%，石油占比19%，天然氣占比8%，水電、風(fēng)電、核電、太陽(yáng)能等可再生能源占比約9%，其他能源占比約6%。

2.能源供應(yīng)結(jié)構(gòu)

中國(guó)能源供應(yīng)結(jié)構(gòu)中，煤炭是主要能源，占比約58%；石油占比約20%；天然氣占比約7%；水、核、風(fēng)、太陽(yáng)等可再生能源占比約6%。

3.能源生產(chǎn)結(jié)構(gòu)

中國(guó)能源生產(chǎn)結(jié)構(gòu)中，主要以煤炭為主，占比約68%，其次是油、天然氣，分別占比約14%和9%。水力、核能、風(fēng)能、太陽(yáng)能等可再生能源占比約8%。

二、可再生能源發(fā)展情況

1.風(fēng)能

中國(guó)目前已經(jīng)成為全球最大的風(fēng)能發(fā)電國(guó)家，截至2019年底，全國(guó)范圍內(nèi)的風(fēng)電裝機(jī)容量為210.1GW，年發(fā)電量達(dá)461.3TWh。中國(guó)的風(fēng)電技術(shù)不斷改進(jìn)，單位安裝容量產(chǎn)量持續(xù)提高，風(fēng)能自然資源豐富，風(fēng)電發(fā)電成本也逐年下降。預(yù)計(jì)未來(lái)幾年內(nèi)，中國(guó)風(fēng)電裝機(jī)容量將進(jìn)一步增長(zhǎng)，風(fēng)能發(fā)電將會(huì)成為一個(gè)重要的清潔能源。

2.太陽(yáng)能

中國(guó)太陽(yáng)能光伏行業(yè)發(fā)展迅速，成為全球最大的光伏產(chǎn)品生產(chǎn)和消費(fèi)市場(chǎng)。截至2019年底，中國(guó)光伏總裝機(jī)容量已經(jīng)超過(guò)200GW，年發(fā)電量約達(dá)240TWh。中國(guó)政府也制定了一系列政策，鼓勵(lì)太陽(yáng)能光伏產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，預(yù)計(jì)未來(lái)太陽(yáng)能光伏行業(yè)的增長(zhǎng)將加速。

3．水電

中國(guó)水電發(fā)電占可再生能源中的一半以上，近年來(lái)，中國(guó)水電產(chǎn)業(yè)發(fā)展的主要方向是放棄大規(guī)模水電站的建設(shè)，轉(zhuǎn)而開發(fā)中小型水電站和生態(tài)旅游型水電站，預(yù)計(jì)未來(lái)水電發(fā)電將保持規(guī)模穩(wěn)定增長(zhǎng)。

4．生物能源

中國(guó)的生物能源行業(yè)目前處于發(fā)展初期，但隨著政策支持力度的擴(kuò)大，它的規(guī)模將逐漸擴(kuò)大。中國(guó)政府已經(jīng)出臺(tái)了多項(xiàng)政策以鼓勵(lì)生物能源行業(yè)的發(fā)展，未來(lái)生物質(zhì)能將成為一個(gè)重要的清潔能源。

三、可再生能源發(fā)展存在的問(wèn)題

1.可再生能源的供需矛盾

由于中國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和居民用能需求的增長(zhǎng)，可再生能源在國(guó)內(nèi)的供需狀況依然存在一定矛盾。另外，一些地區(qū)的可再生能源開發(fā)規(guī)劃和建設(shè)緩慢，導(dǎo)致可再生能源的能力和供電質(zhì)量不足，影響了可再生能源發(fā)展的潛力。

2.網(wǎng)絡(luò)融合技術(shù)進(jìn)步緩慢

中國(guó)可再生能源的開發(fā)還面臨著網(wǎng)絡(luò)融合技術(shù)進(jìn)步緩慢的問(wèn)題。由于可再生能源的有限性和波動(dòng)性，其供電存在不穩(wěn)定性。因此，需要先進(jìn)的技術(shù)來(lái)將其與電網(wǎng)連接起來(lái)以保證電源質(zhì)量。

3.可再生能源的網(wǎng)絡(luò)管理需要改進(jìn)

由于可再生能源的穩(wěn)定性和連續(xù)性受到地理和氣候等因素的影響，網(wǎng)絡(luò)管理變得更加困難。需要在改進(jìn)傳統(tǒng)能源發(fā)電方式的同時(shí)，制定新的網(wǎng)絡(luò)管理政策，以保障可再生能源的穩(wěn)定性和安全性。

四、未來(lái)可再生能源發(fā)展展望

未來(lái)，中國(guó)將繼續(xù)推進(jìn)可再生能源發(fā)展，加強(qiáng)對(duì)可再生能源技術(shù)的研究和應(yīng)用，促進(jìn)可再生能源技術(shù)的進(jìn)步。同時(shí)，也需要完善相應(yīng)的政策法規(guī)，建立健全的能源市場(chǎng)體系，給可再生能源以更大的發(fā)展空間。

總之，隨著中國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和人民生活水平的提高，人們對(duì)能源的需求將越來(lái)越高。因此，可再生能源的開發(fā)和推廣已經(jīng)成為中國(guó)新能源發(fā)展的一項(xiàng)重要戰(zhàn)略，中國(guó)政府將會(huì)加強(qiáng)對(duì)可再生能源的支持，繼續(xù)推動(dòng)可再生能源的發(fā)展和應(yīng)用，力爭(zhēng)可再生能源在能源行業(yè)中占據(jù)更重要的地位。中國(guó)能源發(fā)展現(xiàn)狀及未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)分析——以可再生能源為重點(diǎn)

隨著人們對(duì)環(huán)境保護(hù)及節(jié)能減排意識(shí)的逐漸增強(qiáng)，可再生能源發(fā)展成為全球范圍內(nèi)的重點(diǎn)，中國(guó)也不例外?；诖?，本文將探討中國(guó)目前的能源狀況及未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)，著重分析可再生能源發(fā)展現(xiàn)狀及問(wèn)題，并給出相應(yīng)的改進(jìn)策略。

一、主要能源供需情況

據(jù)國(guó)家統(tǒng)計(jì)局發(fā)布的2019年國(guó)民經(jīng)濟(jì)運(yùn)行情況數(shù)據(jù)顯示，我國(guó)能源消費(fèi)總量為46.75億噸標(biāo)準(zhǔn)煤，折合能耗總量為49.97億噸標(biāo)準(zhǔn)煤。其中，煤炭占比58%；石油占比19%；天然氣占比8%；水電、風(fēng)電、核電、太陽(yáng)能等可再生能源占比約9%；其他能源占比約6%。

就能源供應(yīng)結(jié)構(gòu)而言，煤炭是主要能源，占比約58%；石油占比約20%；天然氣占比約7%；水、核、風(fēng)、太陽(yáng)等可再生能源占比約6%。

在能源生產(chǎn)結(jié)構(gòu)中，主要以煤炭為主，占比約68%，其次是油、天然氣，分別占比約14%和9%。水力、核能、風(fēng)能、太陽(yáng)能等可再生能源占比約8%。

二、可再生能源發(fā)展情況

1.風(fēng)能

中國(guó)風(fēng)能發(fā)電一直保持持續(xù)快速增長(zhǎng)的趨勢(shì)，根據(jù)國(guó)家能源局?jǐn)?shù)據(jù)，截至2019年，全國(guó)風(fēng)電裝機(jī)容量曾超過(guò)200GW。其中，新疆、甘肅、內(nèi)蒙古、遼寧、吉林、河北、山東、江蘇等地成為全國(guó)風(fēng)電發(fā)電量最高的八個(gè)省市。預(yù)計(jì)未來(lái)幾年內(nèi)，中國(guó)風(fēng)電裝機(jī)容量將進(jìn)一步增長(zhǎng)，風(fēng)能發(fā)電將會(huì)成為一個(gè)重要的清潔能源。

2.太陽(yáng)能

中國(guó)太陽(yáng)能光伏行業(yè)發(fā)展迅速，成為全球最大的光伏產(chǎn)品生產(chǎn)和消費(fèi)市場(chǎng)。截至2019年底，中國(guó)光伏總裝機(jī)容量已經(jīng)超過(guò)200GW，年發(fā)電量約達(dá)240TWh。中國(guó)政府也制定了一系列政策，鼓勵(lì)太陽(yáng)能光伏產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，未來(lái)太陽(yáng)能光伏行業(yè)的增長(zhǎng)將加速。

3．水電

中國(guó)水電發(fā)電占可再生能源中的一半以上，其中，大型水電站仍然是主要的水電發(fā)電形式。近年來(lái)，中國(guó)水電產(chǎn)業(yè)的發(fā)展方向是放棄大規(guī)模水電站的建設(shè)，轉(zhuǎn)而開發(fā)中小型水電站和生態(tài)旅游型水電站。預(yù)計(jì)未來(lái)水電發(fā)電將保持規(guī)模穩(wěn)定增長(zhǎng)。

4．生物能源

中國(guó)的生物能源行業(yè)處于發(fā)展初期，但隨著政策支持力度的擴(kuò)大，它的規(guī)模將逐漸擴(kuò)大。中國(guó)政府已經(jīng)出臺(tái)了多項(xiàng)政策以鼓勵(lì)生物能源行業(yè)的發(fā)展，生物質(zhì)能將成為一個(gè)重要的清潔能源。

三、可再生能源發(fā)展存在的問(wèn)題

1.可再生能源的供需矛盾

可再生能源在國(guó)內(nèi)的供需狀況依然存在一定矛盾。一方面，由于中國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和居民用能需求的增長(zhǎng)，可再生能源的需求量逐年增加；另一方面，一些地區(qū)的可再生能源開發(fā)規(guī)劃和建設(shè)緩慢，導(dǎo)致可再生能源的能力和供電質(zhì)量不足，影響了可再生能源發(fā)展的潛力。

以寧夏回族自治區(qū)為例，由于該地區(qū)風(fēng)電資源豐富，被譽(yù)為“中國(guó)風(fēng)能之都”，截至2020年6月，寧夏風(fēng)電裝機(jī)容量已超過(guò)30GW。盡管如此，寧夏仍存在風(fēng)電“棄電”問(wèn)題。數(shù)據(jù)顯示，由于寧夏部分地區(qū)的輸電能力不足，截至2020年上半年，寧夏共“棄電”22.5億度，約占全國(guó)風(fēng)電的1/3。

2.網(wǎng)絡(luò)融合技術(shù)進(jìn)步緩慢

可再生能源的有限性和波動(dòng)性使得它的供電存在不穩(wěn)定性。因此，需要先進(jìn)的技術(shù)來(lái)將其與電網(wǎng)連接起來(lái)以保證電源質(zhì)量。其中，網(wǎng)絡(luò)融合技術(shù)是關(guān)鍵。

截至目前，中國(guó)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了可再生能源與智能電網(wǎng)的融合，但是存在一定程度的技術(shù)短板，如細(xì)網(wǎng)化、多能互補(bǔ)、可控化等方面的亟待解決的問(wèn)題，同時(shí)還需要強(qiáng)化對(duì)網(wǎng)絡(luò)管理的掌控力度。

3.可再生能源的網(wǎng)絡(luò)管理需要改進(jìn)

可再生能源的穩(wěn)定性和連續(xù)性受到地理和氣候等因素的影響，網(wǎng)絡(luò)管理變得更加困難。為了解決這個(gè)問(wèn)題，需要在改進(jìn)傳統(tǒng)能源發(fā)電方式的同時(shí)，制定新的網(wǎng)絡(luò)管理政策，以保障可再生能源的穩(wěn)定性和安全性。

以新疆為例，新疆地跨面積巨大、維吾爾自治區(qū)和漢族聚居區(qū)域相互交錯(cuò)，能源基礎(chǔ)設(shè)施相對(duì)薄弱。這給新疆能源的穩(wěn)定供應(yīng)帶來(lái)了很大的挑戰(zhàn)。針對(duì)這一問(wèn)題，新疆建立了大數(shù)據(jù)中心平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了風(fēng)、光、水等可再生能源的精準(zhǔn)預(yù)測(cè)、數(shù)據(jù)采集與分析，并將數(shù)據(jù)傳輸至電網(wǎng)中心，以便實(shí)現(xiàn)可再生能源與電網(wǎng)的統(tǒng)一調(diào)度和管理。

四、未來(lái)可再生能源發(fā)展展望

隨著中國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和人民生活水平的提高，人們對(duì)能源的需求將越來(lái)越高。因此，可再生能源的開發(fā)和推廣已經(jīng)成為中國(guó)新能源發(fā)展的一項(xiàng)重要戰(zhàn)略，中國(guó)政府將會(huì)加強(qiáng)對(duì)可再生能源的支持，力爭(zhēng)可再生能源在能源行業(yè)中占據(jù)更重要的地位。

在可再生能源的發(fā)展中，需要關(guān)注以下幾個(gè)方面：

1.推進(jìn)可再生能源技術(shù)的研究和應(yīng)用

可再生能源技術(shù)的發(fā)展將推動(dòng)可再生能源在能源結(jié)構(gòu)中的比重不斷提高，為此，在技術(shù)研究領(lǐng)域應(yīng)該繼續(xù)加大投入。此外，政府、產(chǎn)業(yè)界和科研單位應(yīng)協(xié)作建立研究聯(lián)盟，共同合作解決關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題。

2.完善政策法規(guī)，建立健全的能源市場(chǎng)體系

中國(guó)政府應(yīng)完善相應(yīng)的政策法規(guī)，以更好地為可再生能源的發(fā)展提供普惠政策。同時(shí)，中國(guó)應(yīng)推動(dòng)能源市場(chǎng)