由于风能在自然界中随机变化且难以预测,因此风电的最大问题是具有间歇性,稳定性不足。管理这种间歇性是一个长期和公认的世界难题。为此,必须采取一些有效措施应对风电的中短期变化和长期变化。特别是对于大型风电系统来说,增强电网的灵活性和吸纳能力至关重要。一般有几种选择:
风力预测。准确预测一段时间内风力的变化情况,对于风电的长期规划来说十分必要,同时也是一种十分具体的挑战。很容易预测一个大型风电场长期的风电总量,但是预测其短时间内的风电量变化容易发生偏差。在葡萄牙,主要通过改进发电机的技术分布和地理分布来解决这一问题。
具体来讲,在一个特定的时间范围内,让更多的风力涡轮机集中在一起作业,风力发电的不稳定性就会降低。同样,在一个特定的地理区域内,多安装几台风力涡轮机,风力发电情况也就越好预测。此外,大面积地安装风力涡轮机,一天之中零发电的小时数也会相应地减少。
整合间歇性电力的最传统的办法是使用水电站等大规模蓄能装置进行调节。当然,这些发电站必须具有反应灵敏的特点,可以在风电不足的时候迅速向电网补充电力,而在风电过剩的时候能够吸纳这些多余的产能。在葡萄牙,水电站是最具有优势的技术选择,特别是抽水蓄能电站。偶尔也会用火电厂进行调节,但是火电厂容易造成环境污染。
另外,如果要确保电网系统的稳定性和可控制,还要时刻保持最低程度的常规发电量,即便是在电力需求低迷的时候。换句话说,葡萄牙电网没有太依赖于风电。必要时,还可以通过关闭部分或全部风力涡轮机,减少风力机组输出功率。
增加分布式风力发电,也可以为电网带来好处。例如,减少拥挤,减少传输损耗。分布式发电还可以帮助风电实现并网,因为它本身就可以替代常规发电站,起到储备电源的作用。不过,葡萄牙风力发电通常是分布式发电,自身都有接入电网的需要。
可再生能源之间的协调作用同样不能忽视。水电和太阳能发电也跟风电一样,具有间歇性的特点,因为它们对天气条件也都有一定的依赖性。但是一般情况下,天气条件对它们的影响不会在同一时间发生。丹麦过去50年的测量数据表明,风速和水流的变化周期比较一致,而风能正好可以与太阳能形成一种强有力的互补关系。此外,生物质能源发电站也可以对间歇性电力起到积极的调节作用。
需求侧管理。它可以避免高能耗期间出现最坏的情况。例如,在夏天高温、无风的时候,风力发电不足,人们又倾向于开空调,这个时候电网负担就会达到颠峰状态。这个时候,就应该对空调的使用进行限制。为了解决这一难题,欧盟已经要求,葡萄牙从2008年到2016年要减少9%的住宅能源消费,旨在减少不必要的浪费。
需求侧响应是另外一种技术,可以在间歇性可再生能源并网时发挥重要作用。利用这些技术,可以在很短的时间内直接或间接地减少电力需求。过去的电网必须满足客户的所有需求,而且无法控制需求,然而,由于现在葡萄牙电网公司开始在客户端引进一些智能电表,这种局面有了改变。客户可以根据实时电力价格变化,主动调节电力需求,发出增加或减少用电量的命令。电网系统则会自动对此作出回应,从而使风电供需状况发生变化。
由于能源需求在每小时、每一天、每个季节都有较大变化,蓄能始终是最主要的问题。此外,由于可再生能源发电短期之内(几秒钟)或者长期(每小时、每一天和每个季节)也有很大不同,因此蓄能技术变得日益重要。在葡萄牙可行的蓄能技术中,只有水电已有多年的商业运作经验。由于在成本上不具有竞争力,其他技术的商业可行性仍然不足,它们的发展需要政府的政策扶持。在葡萄牙,最新出现的一种风电可行技术是:在某些特定的风电场,可以把空气压缩到地底下的空隙中,然后在必要时释放出来用以进行发电。
(作者是葡萄牙科英布拉大学系统与机器人学院研究员)
(来源:英国《可再生能源》杂志,文章有删减/标题有改动)