基于棄風利用的塔筒電梯供電模式研究

基于棄風利用的塔筒電梯供電模式研究隨著社會和人類的發(fā)展，能源問題逐漸成為全球性的問題。在世界許多國家，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，以減小對環(huán)境的影響。而在我國，風能被認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)展的重點之一。利用棄風進行電力發(fā)電，是一種有效利用我國豐富風儲資源的方法。但是，在風電場運營過程中，由于風速的變化導致電網(wǎng)電壓波動，甚至會導致系統(tǒng)癱瘓，這對風電場的發(fā)電產(chǎn)生了很大的影響。為了解決這個問題，塔筒電梯供電模式被提出，它利用棄風發(fā)電時風能發(fā)電機產(chǎn)生的瞬時高電壓采集和儲存，同時把塔筒設計成中心供電系統(tǒng)，將儲能電池組放在塔筒底部，以塔筒為基礎進行供電，這種方式能夠穩(wěn)定風電場的電網(wǎng)輸出。

本文總結(jié)了棄風發(fā)電產(chǎn)生的問題和風電場的電網(wǎng)輸出問題，然后介紹了塔筒電梯供電模式的設計，結(jié)合塔筒電梯供電模式制定規(guī)劃最終建設一個能夠穩(wěn)定風電場的電網(wǎng)輸出的方案。

一、棄風發(fā)電的問題

風能是一種不污染環(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。棄風發(fā)電是指由于風電場運營過程中風力過大或過小，導致風機停轉(zhuǎn)或限功率，不能將全部風能轉(zhuǎn)化為電能，這部分沒能被發(fā)電的風能就被稱為棄風。為了減少棄風，風電場需要建立實時風能監(jiān)測系統(tǒng)，以便在風速變化時及時調(diào)整風機的運行，最大限度地轉(zhuǎn)化風能。

雖然棄風發(fā)電是一種有效利用風能資源的手段，但卻存在一定的問題。首先，風速的不可控性導致發(fā)電量不穩(wěn)定，不僅會對穩(wěn)定性造成影響，還會造成發(fā)電的質(zhì)量問題。其次，由于風能發(fā)電機的特性，棄風時風能發(fā)電機產(chǎn)生的瞬時高電壓可能會損壞發(fā)電機和電器設備，這不僅給風電場帶來了很大的經(jīng)濟損失，也增加了維修和管理成本。

二、風電場電網(wǎng)輸出問題

風電場的電網(wǎng)輸出問題是風電場的一個重要問題，也是避免棄風的重要手段。風電場發(fā)電出來的電在通過風電場電網(wǎng)輸出后，會在電網(wǎng)中分配給電力用戶，但是在分配過程中可能會導致一些問題。一方面，當風速變化時，風能發(fā)電機的輸出也會隨之變化，由此會對電網(wǎng)電壓和電流產(chǎn)生影響，甚至會導致電網(wǎng)中出現(xiàn)電壓和電流波動的問題。另一方面，由于風電場通常距離用電的負荷中心較遠，電網(wǎng)輸電線路將輸出電力從風電場輸送到用電站時，輸電線路和變壓器損耗也較大，運行效率較低，給電力系統(tǒng)的運行帶來一定的困難。

三、塔筒電梯系統(tǒng)的設計

為了解決棄風發(fā)電和風電場電網(wǎng)輸出問題，塔筒電梯供電模式應運而生，塔筒電梯系統(tǒng)的設計意在將棄風時風能發(fā)電機產(chǎn)生的瞬時高電壓采集和儲存，同時將發(fā)電機與塔筒連接，塔筒作為中心供電系統(tǒng)進行供電，將儲能電池組放置在塔筒底部，以塔筒為基礎進行供電，這種方式能夠?qū)崿F(xiàn)穩(wěn)定風電場的電網(wǎng)輸出。

1.塔筒電梯供電模式設計原則

（1）平穩(wěn)輸出電網(wǎng)：該設計要求風電場的電網(wǎng)輸出平穩(wěn)，不受風能發(fā)電機功率變化的影響。

（2）儲能利用系統(tǒng)：將棄風時的電能儲存到電池組中，實現(xiàn)最大限度的風能利用。

（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計方案

（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，實現(xiàn)全場棄風時發(fā)電機的電壓采集。通過大量采集數(shù)據(jù)建立風電場發(fā)電機電壓模型，根據(jù)風電場實際情況擬合該模型。利用該模型預測下一個時間段的發(fā)電機背壓，采取相應的制動和調(diào)速措施，以保持整個風電場電網(wǎng)輸出電壓的穩(wěn)定性。

（2）儲能系統(tǒng)：在風能發(fā)電機的輸出不足以滿足風電場需要時，儲能系統(tǒng)將啟動，將棄風時多余的電能先儲存在電池組中，再從電池組中輸出電能滿足風電場的需求。當棄風結(jié)束時，將儲存在電池中的電能輸出到電網(wǎng)中，以保持整個風電場電網(wǎng)輸出電壓的穩(wěn)定性。

（3）塔筒供電系統(tǒng)：將塔筒設計成中心供電系統(tǒng)，并安裝儲能電池組在塔筒底部。同時，利用塔筒為基礎進行電網(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)

棄風問題是風電場發(fā)電過程中一個不容忽視的問題，不僅會造成經(jīng)濟損失，還會導致電網(wǎng)的不穩(wěn)定。本文介紹了塔筒電梯供電模式的設計，利用棄風時風能發(fā)電機產(chǎn)生的瞬時高電壓采集和儲存，同時把塔筒設計成中心供電系統(tǒng)，將儲能電池組放在塔筒底部，以塔筒為基礎進行供電。該模式不僅能夠最大限度的利用棄風時的電能，保持了風電場的穩(wěn)定供電，同時避免輸電線路中的功耗損耗，提高了輸電效率，是一種優(yōu)化風電場發(fā)電和電網(wǎng)輸出的有效手段。本文將分析中國主要能源供需及消費情況，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能源行業(yè)的現(xiàn)狀和未來發(fā)展趨勢。

一、主要能源供需情況

1.能源消費結(jié)構(gòu)

截至2019年底，中國能源消費結(jié)構(gòu)中煤炭占比達58%，石油占比19%，天然氣占比8%，水電、風電、核電、太陽能等可再生能源占比約9%，其他能源占比約6%。

2.能源供應結(jié)構(gòu)

中國能源供應結(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、太陽等可再生能源占比約6%。

3.能源生產(chǎn)結(jié)構(gòu)

中國能源生產(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、風能、太陽能等可再生能源占比約8%。

二、可再生能源發(fā)展情況

1.風能

中國目前已經(jīng)成為全球最大的風能發(fā)電國家，截至2019年底，全國范圍內(nèi)的風電裝機容量為210.1GW，年發(fā)電量達461.3TWh。中國的風電技術不斷改進，單位安裝容量產(chǎn)量持續(xù)提高，風能自然資源豐富，風電發(fā)電成本也逐年下降。預計未來幾年內(nèi)，中國風電裝機容量將進一步增長，風能發(fā)電將會成為一個重要的清潔能源。

2.太陽能

中國太陽能光伏行業(yè)發(fā)展迅速，成為全球最大的光伏產(chǎn)品生產(chǎn)和消費市場。截至2019年底，中國光伏總裝機容量已經(jīng)超過200GW，年發(fā)電量約達240TWh。中國政府也制定了一系列政策，鼓勵太陽能光伏產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，預計未來太陽能光伏行業(yè)的增長將加速。

3．水電

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

4．生物能源

中國的生物能源行業(yè)目前處于發(fā)展初期，但隨著政策支持力度的擴大，它的規(guī)模將逐漸擴大。中國政府已經(jīng)出臺了多項政策以鼓勵生物能源行業(yè)的發(fā)展，未來生物質(zhì)能將成為一個重要的清潔能源。

三、可再生能源發(fā)展存在的問題

1.可再生能源的供需矛盾

由于中國經(jīng)濟的快速發(fā)展和居民用能需求的增長，可再生能源在國內(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)劃和建設緩慢，導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)絡融合技術進步緩慢

中國可再生能源的開發(fā)還面臨著網(wǎng)絡融合技術進步緩慢的問題。由于可再生能源的有限性和波動性，其供電存在不穩(wěn)定性。因此，需要先進的技術來將其與電網(wǎng)連接起來以保證電源質(zhì)量。

3.可再生能源的網(wǎng)絡管理需要改進

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)絡管理變得更加困難。需要在改進傳統(tǒng)能源發(fā)電方式的同時，制定新的網(wǎng)絡管理政策，以保障可再生能源的穩(wěn)定性和安全性。

四、未來可再生能源發(fā)展展望

未來，中國將繼續(xù)推進可再生能源發(fā)展，加強對可再生能源技術的研究和應用，促進可再生能源技術的進步。同時，也需要完善相應的政策法規(guī)，建立健全的能源市場體系，給可再生能源以更大的發(fā)展空間。

總之，隨著中國經(jīng)濟的快速發(fā)展和人民生活水平的提高，人們對能源的需求將越來越高。因此，可再生能源的開發(fā)和推廣已經(jīng)成為中國新能源發(fā)展的一項重要戰(zhàn)略，中國政府將會加強對可再生能源的支持，繼續(xù)推動可再生能源的發(fā)展和應用，力爭可再生能源在能源行業(yè)中占據(jù)更重要的地位。中國能源發(fā)展現(xiàn)狀及未來發(fā)展趨勢分析——以可再生能源為重點

隨著人們對環(huán)境保護及節(jié)能減排意識的逐漸增強，可再生能源發(fā)展成為全球范圍內(nèi)的重點，中國也不例外?；诖?，本文將探討中國目前的能源狀況及未來發(fā)展趨勢，著重分析可再生能源發(fā)展現(xiàn)狀及問題，并給出相應的改進策略。

一、主要能源供需情況

據(jù)國家統(tǒng)計局發(fā)布的2019年國民經(jīng)濟運行情況數(shù)據(jù)顯示，我國能源消費總量為46.75億噸標準煤，折合能耗總量為49.97億噸標準煤。其中，煤炭占比58%；石油占比19%；天然氣占比8%；水電、風電、核電、太陽能等可再生能源占比約9%；其他能源占比約6%。

就能源供應結(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、太陽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、風能、太陽能等可再生能源占比約8%。

二、可再生能源發(fā)展情況

1.風能

中國風能發(fā)電一直保持持續(xù)快速增長的趨勢，根據(jù)國家能源局數(shù)據(jù)，截至2019年，全國風電裝機容量曾超過200GW。其中，新疆、甘肅、內(nèi)蒙古、遼寧、吉林、河北、山東、江蘇等地成為全國風電發(fā)電量最高的八個省市。預計未來幾年內(nèi)，中國風電裝機容量將進一步增長，風能發(fā)電將會成為一個重要的清潔能源。

2.太陽能

中國太陽能光伏行業(yè)發(fā)展迅速，成為全球最大的光伏產(chǎn)品生產(chǎn)和消費市場。截至2019年底，中國光伏總裝機容量已經(jīng)超過200GW，年發(fā)電量約達240TWh。中國政府也制定了一系列政策，鼓勵太陽能光伏產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，未來太陽能光伏行業(yè)的增長將加速。

3．水電

中國水電發(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，中國水電產(chǎn)業(yè)的發(fā)展方向是放棄大規(guī)模水電站的建設，轉(zhuǎn)而開發(fā)中小型水電站和生態(tài)旅游型水電站。預計未來水電發(fā)電將保持規(guī)模穩(wěn)定增長。

4．生物能源

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

三、可再生能源發(fā)展存在的問題

1.可再生能源的供需矛盾

可再生能源在國內(nèi)的供需狀況依然存在一定矛盾。一方面，由于中國經(jīng)濟的快速發(fā)展和居民用能需求的增長，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)劃和建設緩慢，導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)風電資源豐富，被譽為“中國風能之都”，截至2020年6月，寧夏風電裝機容量已超過30GW。盡管如此，寧夏仍存在風電“棄電”問題。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，約占全國風電的1/3。

2.網(wǎng)絡融合技術進步緩慢

可再生能源的有限性和波動性使得它的供電存在不穩(wěn)定性。因此，需要先進的技術來將其與電網(wǎng)連接起來以保證電源質(zhì)量。其中，網(wǎng)絡融合技術是關鍵。

截至目前，中國已經(jīng)實現(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短板，如細網(wǎng)化、多能互補、可控化等方面的亟待解決的問題，同時還需要強化對網(wǎng)絡管理的掌控力度。

3.可再生能源的網(wǎng)絡管理需要改進

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)絡管理變得更加困難。為了解決這個問題，需要在改進傳統(tǒng)能源發(fā)電方式的同時，制定新的網(wǎng)絡管理政策，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，能源基礎設施相對薄弱。這給新疆能源的穩(wěn)定供應帶來了很大的挑戰(zhàn)。針對這一問題，新疆建立了大數(shù)據(jù)中心平臺，實現(xiàn)了風、光、水等可再生能源的精準預測、數(shù)據(jù)采集與分析，并將數(shù)據(jù)傳輸至電網(wǎng)中心，以便實現(xiàn)可再生能源與電網(wǎng)的統(tǒng)一調(diào)度和管理。

四、未來可再生能源發(fā)展展望

隨著中國經(jīng)濟的快速發(fā)展和人民生活水平的提高，人們對能源的需求將越來越高。因此，可再生能源的開發(fā)和推廣已經(jīng)成為中國新能源發(fā)展的一項重要戰(zhàn)略，中國政府將會加強對可再生能源的支持，力爭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，需要關注以下幾個方面：

1.推進可再生能源技術的研究和應用

可再生能源技術的發(fā)展將推動可再生能源在能源結(jié)構(gòu)中的比重不斷提高，為此，在技術研究領域應該繼續(xù)加大投入。此外，政府、產(chǎn)業(yè)界和科研單位應協(xié)作建立研究聯(lián)盟，共同合作解決關鍵技術問題。

2.完善政策法規(guī)，建立健全的能源市場體系

中國政府應完善相應的政策法規(guī)，以更好地為可再生能源的發(fā)展提供普惠政策。同時，中國應推動能源市場