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风能发电预测技术研究的现状与发展

摘 要

全球可再生能源发电装机容量中风电占有压倒性优势,今后可望成为欧洲、亚洲、北美的主要电力来源。随着新能源的发展,风能受到了越来越多的青睐,运用风能发电的国家也与日俱增,风能发电的利用率与发展规模也随着时代的向前发展快速增长。通过对近十年来国内外风能发电情况的分析与对比,以及陆上风能发电到海上风能发电的改变情况,探究如今风能发电的现状,同时,对其前景发展进行了预侧与展望。本文对过去10年来主要的风能发电预测技术进行了概述和追踪,重点阐述了基于统计学(如卡尔曼滤波、数据挖掘和小波变换等)和人上智能(如神经网络、模糊推理和生物智能算法等)技术的发电预测方案。最后指出了各种预测技术存在的不足及改进方向,以帮助相关领域的研究者提出更好的发电预测模型。

关键词:风能发电;发展现状;预测展望

正文:

前言

随着当前现代化工业社会的飞速发展,世界各国对能源的需求大幅飙升,以满足工业稳定、高速发展。发展洁净环保的可再生新能源是时代的要求和前进的趋势,以完成对传统不可再生能源的替代。

风能是种清洁可再生的绿色能源,对环境无污染,对生态无破坏,具有良好的环保效益和生态效益,蕴藏丰富,分布广,可利用率高,对于人类社会可持续发展具有重要意义。世界各国对风能开发利用给予了高度重视,目前风能的利用形式主要是风能发电。

把风的动能转变成机械动能,再把机械能转化为电力动能,这就是风能发电。依据目前的风车技术,大约是每秒三米的微风速度,便可以开始发电。风能发电正在世界上形成一股热潮,因为风能发电不需要使用燃料,也不会产生辐射或空气污染。然而,随着全球风力发电总装机的增加,能源利用进一步提升,在风电装机容量快速增长的同时,风电可靠性和监测问题在近期也受到了广泛关们。

1.近十年来国内外风能发电的利用情况

据有关资料显示,到2003年底,全球风能发电装机容量已突破4000万千瓦,风能发电占全球电力供应的0.5%。到2013年底,全球风电累计装机容量达到31800万千瓦,在过去的5年(2009-2013年),全球风电市场规模扩大了几乎

20000万千瓦。然而,2013年新增风电装机3550万千瓦,比2012年的增量下降了约1000万千瓦。到2014年4月为止,2014年全球风电累计装机容量已达到36540万千瓦,同比增长14.9%。新增装机容量4730万千瓦,新增装机增长率达到34%。

据2003年底的资料显示,欧洲是当时全世界风力发电发展速度最快,同时也是风电装机最多的地区。2003年底欧洲地区累计风电装机容量为2930万千瓦,约占全球风电总装机容量的73 %。美洲地区至2003年底风电装机容量达690万千瓦,占全球风电总装机的17%。而在2003年的时候,亚洲地区风力发电与美欧相比还比较缓慢,除印度一支独秀以外,其它国家风电装机容量均很小。当时风电累计装机容量居前五位,到2003年底的国家依次是:德国(14612MW)、西班牙(6420MW ) ,美国(6361MW )、丹麦(3076MW)和印度( 2120MW)。

这种局面到2013年底发生了一定的变化,据有关资料显示,2013年年底,中国(不包括台湾地区),新增装机容量16088.7MW ,同比增长24.1%,累计装机容量9142.4万千瓦,同比增长21.4%新增装机和累计装机两项数据均居世界第一。我国风电事业虽起步较晚,但是基于国家政策和资金的支持,风力发电得到了快速的发展。美洲地区的风电发展稳步向前,而对于欧洲地区,陆上风电装机渐入瓶颈,海上风电逐渐成为新的增长点。而在亚洲,除了风能发电迅速发展的中国以外,印度的风电发展也是不容小觑的、到2013年底,风电累计装机容量居前五位的国家依次变为了:中国(91424MW ) ,美国(61Q91MW),德国(34250MW )、西班牙(22959MW ) ,印度(20150MW )。

2.陆上风能发电与海上风能发电

在风能发电技术不断发展的过程中,世界各国明显存在着从陆上风能发电到海上风能发电的转变。与陆上风能发电相比,海上风能资源较大,同高度风速海上一般比陆上大20%,发电量高70%,而且海上少有静风期,风电机组利用效率较高。目前,海上风电机组的平均单机容量在3兆瓦左右,最大已达6兆瓦。同时,海水表面粗糙度低,海平面摩擦力小,因而风切变即风速随高度的变化小,不需要很高的塔架,可降低风电机组成本。海上风的湍流强度低,海面与海上的空气温差比陆地表面与陆上的空气温差小,且没有复杂地形对气流的影响,因此作用在风电机组上的疲劳负荷减少,可延长其使用寿命。陆上风机组一般设计寿命为20年,海上风电机组设计寿命可达25年或以上。同时,海上风电不占用陆上土地,对于人口比较集中,陆地面积相对较小、濒临海洋的国家或地区较适合海上发电的开发利用,不会造成大气污染和产生有害物质,可减少温室效应气体的排放,对环境及景观负面影响小。另外,海上风电机组受噪声制约小,转速一般比陆上高10%,风机利用效率相应提高5%-6%。然而,海上风能发电的开发也存在其不足之处,如建设施工和维修技术难度较大,建设成本高、电力远距离输送和并网相对困难等。总之,海上丰富的风能资源和当今技术的可行性,预示着海上风电场将成为一个迅速发展的市场,海上风电产业将成为一个经济增长点。

3.前景预测与展望

目前来看,风能发电的发展趋势,一是风电电价快速下降,已日趋接近燃煤发电成本,经济效益凸现;二是建设工期越来越短、见效快;三是进步有效遏制温室效应发展,缓解气候变暖的状况;四是边远农村逐渐独立供电,形成开发风力发电这样的分散供电系统,可以更

好的满足能源需求 对于中国来说,随着中国市场经济体制的不断深入、风能发电产业法律法规的不断完善,我国将面临更加激烈的国际竟争市场,风能发电企业只有制定和实施正确的发展策略及目标,及时调整产品结构、优化资源配置,推动企业的产品创新,提高企业的市场竟争力,才能在未来的风能发电市场竟争中占据主动地位。 展望未来几年全球风电的发展,呈现喜人的态势。印度已经出台了新的国家“风电任务计划”,巴西在2013年通过招标项目等方式确定了4.7GW的新项目,而墨西哥的电力体制改革将极大促进风电市场未来几年的发展。尽管2013年非洲仅实现了90MW的装机,但是在2014年,南非、埃及、摩洛哥、埃塞俄比亚、肯尼亚和坦桑尼亚将迎来风电市场的繁荣。

整体来讲,非经合组织国家风电发展比较健康。同时,在非洲、亚洲和拉丁美洲正涌现出一批新的市场。而美国的装机也将在2014年回到正轨,未来两年内真正的挑战是欧洲市场的稳定,包括陆上和海上风电。过去几年,欧洲国家内部对于可再生能源政策摇摆不定,对欧洲风电市场的稳定形成了巨人的挑战。

总的来说,风能发电现在已经成为了主流能源,并且正在更多的国家里成为电力市场的一个重要部分。

解决上述问题的关键在于对可再生能源的发电量进行准确预测。同时,发电预测还具有以下作用:

(1)确定传统电网与微电网的电流流动方向; (2)制定电力系统的调度方案; (3)制定能源储备规划; (4)管理可再生能源发电场;

(5)增强可再生能源发电的竟争优势。

近年来,随着计算机计算速度和计算能力的不断增强,各国学者提出了许多基于复杂统计学(如片尔曼滤波、数据挖掘和小波变换等)和人工智能技术(如人土神经网络、自适应性模糊推理系统、进化算法等)的发电预测模型。这些预测方案往往需要花费大量的时一间来建立预测模型,但相比于传统的预测技术具有更好的预测效果。

近年来,国内不少供电企业都在尝试建设配变负荷监测系统,但是这类系统的终端监测能力局限在少数配变输出总负荷,绝大部分低压负荷数据都不能被采集,仍然需要人工测负荷。

参考文献

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