风能在建筑环境中的应用模拟研究

城市高层建筑发展带来了风环境问题。风是一种无污染的天然能源,通过改善对高层建筑的风环境,从而利用风能有很好的经济效益和前景。本文采用模拟的方法分析的风能在建筑环境中的应用。     

废弃煤矿采空区抽水蓄能水库初步可行性研究

近年来中国的风能太阳能发电取得了巨大的进步,装机容量跃居世界第一。由于相关配套储能设施的匮乏,造成了大量的弃风、弃光、弃电等现象。目前中国的电网储能主要依靠抽水蓄能电站。采用废弃煤矿建设抽水蓄能电站可以提高中国对风能太阳能的高效利用,同时实现废弃煤矿资源化和水资源保护。从采空区的可储空间和采空区的地下布置问题初步研究了废弃煤矿采空区抽水蓄能水库的可行性。研究发现:采空区的渗透系数越大,则越多的水可以被抽出或注入,其有效库容也越大。若是满足有效库容系数(有效库容与总库容的比值)大于0.8,则采空区的渗透系数需大于8×10~(-8) m~2,采空区上下水库间距越小,上水库水量的漏失量也越大。     

西部地区风电产业的困境与出路——关于“弃风限电”的思考

 为应对全球气候变化,中国确立了绿色发展的战略,实施了一系列节能减排的政策和措施,并取得举世瞩目的成效。其中,清洁能源的开发利用是一个重要方面。在2016年签订的《巴黎气候变化协定》上,中国政府再次承诺,到2030年,中国非化石能源占一次能源的比重达到20%左右。开发利用丰富的风能资源是实现这个战略目标的重要组成部分。然而国内刚刚起步的风电产业面临着“弃风限电”的尴尬局面。根据可再生能源中心的统计数据,2015年全国风电累计装机容量15.1亿kW,居世界第一;但每年弃风电量达339亿kW·h。其中甘肃弃风电量82亿kW·h、弃风率39%,新疆弃风电量71亿kW·h、弃风率32%。西北地区成为弃风限电的重灾区。但另一方面,各地仍在大规模增加投资,扩大风电装机容量,加剧了“弃风限电”的潜在压力。本文基于在甘肃的实地调查,通过对风电利弊和困境成因的分析,并就可能的出路加以探讨。     

含风电系统大规模长时间机组组合分解模型

针对传统机组组合忽略模型优化、仅从优化数学求解算法的角度加快求解速度的问题,提出了基于数学优化和模型优化的机组组合分解模型,以加快含风电的机组组合的求解速度,并采用弃风密度曲线来评估系统的弃风状况。该模型通过将传统机组组合求解空间分解为由离散变量决定的离散空间,结合机组组合问题的实际物理特点,剔除不具有实际意义的求解区域,以加快求解速度。弃风密度曲线可以通过系统弃风率范围及各弃风率的密度概率更好地评估系统弃风状况。根据所提方法和某省电网实际算例,比较了所提模型与传统模型的计算速度,并运用弃风密度曲线评估算例的弃风状况。研究结果表明,相比于传统的机组组合模型和弃风期望值,机组组合分解模型明显加快求解速度,系统的弃风状况在弃风密度曲线上从曲线中心向两侧波动展开,该研究加快了含风电系统的机组组合求解速度以及对系统风电弃风状况的评估更加有效、合理。     

基于氢储能的含大规模风电电力系统经济调度

针对由大规模风力发电并网带来的消纳困难问题,文章利用由碱式电解槽、储氢罐、氢氧燃料电池构成的氢储能系统将弃风转换成氢气储存起来,用以满足外界氢气负荷需求或于负荷高峰期发电补充上网。文章先对风电出力的不确定性和氢储能系统进行建模。为了降低传统鲁棒优化求解的保守度,利用考虑保守度可调的鲁棒优化盒式集合描述风电出力。在此基础上,以降低弃风和提高系统总体的经济性为目标,建立了基于氢储能的含大规模风电电力系统经济调度模型。算例表明,文章所建立的优化调度模型兼顾求解的鲁棒性和经济性,并且可以显著减少弃风、降低系统的总成本。     

筒式风能采集系统及其试验研究

为了克服现有技术中风能采集装置对风速或风向适应能力不足、风能利用率不高的问题,提出了一种适合城市高空风能利用的新型筒式垂直轴风力发电系统,其不仅具有很强的风向适应能力,而且能够在较低风速时,充分利用导风板将风力集中到筒式风能采集系统内,提高了风轮利用风能的效率。这种风力发电系统将与城市高层建筑构成一体化,充分利用高空风能优势进行发电,噪音小,不会给城市的生活和工作带来影响。介绍了该筒式风能采集系统的主要组成部分,以及实验结果,初步证实了该设计的可行性。     

巴基斯坦瓜达尔港的风能资源评估

利用来自欧洲中期天气预报中心(ECMWF)的ERA-interim风场资料,对瓜达尔港的风能资源展开评估.结果表明:1)瓜达尔港的风能资源常年可用,风能密度、有效风速出现频率、不同等级风能密度出现的频率都表现出明显的单峰型月变化特征,峰值出现在4—5月,波谷出现在11—12月;年平均值分别为:风能密度121 W/m~2,有效风速频率43%,50 W/m~2以上能级频率55%.2)从风能玫瑰图看出,瓜达尔港的风能常年稳定由偏西南(SW)向的风贡献.2月和11月,400和500 W/m~2及以上高风能密度主要由北北东(NNE)向的风贡献;5月和8月,高风能密度主要由偏西南(SW)向的风贡献.3)瓜达尔港的风能主要经历了两个阶段:1979—2000年期间,风能密度在120W/m~2上下波动,有效风速出现频率在45%上下浮动;2001—2014年期间,风能密度在110W/m~2上下波动,有效风速出现频率在40%上下浮动.4)瓜达尔港的6级及以上大风频率常年在1.5%以内;出现频率最高的为3级风(34.29%),其次是4级风(28.32%)和2级风(23.11%).     

含储热装置的热电联产系统改进人工蜂群优化调度方法

由于冬季供暖的需要，我国北方地区的机组大多数采用工作模式为“以热定电”的热电联产机组。在夜间，热电机组的电功率会维持在较高的水平，大量的风能得不到有效地利用，弃风现象十分严峻。传统的解决方法是在系统中单一地加入储热装置或电锅炉来减少弃风现象的发生，但消纳风电的能力有限。本文采用电锅炉和储热装置来协调供热，以提高风电的利用率。首先分析了发生弃风的原因；其次构建了含储热装置与电锅炉的热电联产系统调度模型；然后设计了基于概率的交叉变异算子，并将其应用于人工蜂群邻域搜索过程，给出了基于概率交叉操作的改进人工蜂群求解算法，基于我国北方某一区域的数据进行了仿真验证，证明了所提方案的可行性；最后对风电消纳进行了经济性分析，仿真结果表明加入电锅炉后具有更低的煤耗成本，更好的经济效益。     

风轮机特性的模拟

分析了风轮机运行特性及其最佳风能利用原理,推导了风能利用系数、风轮机输出转矩的近似表达式,验证了采用直流电机的输出特性模拟风轮机的输出功率曲线的可行性,并给出了模拟系统的硬件结构.经过实验,该系统能够近似模拟风轮机的转矩一转速输出特性,为在实验室条件下进行风力发电系统的研究提供了一个实用的方法.     

基于反馈线性化的PMSG风电系统的最大风能捕获

针对PMSG风电机组在额定风速以下的最大风能捕获问题,采用一种反馈线性化控制策略.建立了PMSG风电机组数学模型的基础上,应用反馈线性化控制理论设计控制器,实现了PMSG风电机组的线性化控制.在此基础上,对3kW的PMSG风电机组在MATLAB/Simulink上进行了最大风能捕获的研究.仿真结果表明,所提出的控制方法能够很好的控制风力机转速准确跟随风速变化,保持最佳叶尖速比和最大风能利用系数,能实现最大风能捕获,从而验证了其正确性和有效性.     

吉林风电消纳关键技术的研究现状与发展趋势

 吉林电网风电渗透率高,受风电随机波动性、电网负荷水平以及冬季社会供热需求等因素的制约,吉林风电面临着严峻的消纳瓶颈,已严重制约风能资源的进一步开发利用。开发适应强波动性电源的智能风电调度系统,利用储热及风电供热技术等新兴技术,提高电网调节能力,增加用电负荷规模,是破解风电消纳的有效途径。本文结合吉林风电大规模联网面临难题,介绍了风电功率预测技术、储热技术和风电供热技术研究现状及存在问题,阐述了风电消纳相关技术的应用进展和发展趋势。     

基于PSO算法的风电场储能容量优化计算

本文提出为风电场配置合理容量的储能设备,用于平滑其输出功率的随机波动,并建立了储能容量优化配置的数学模型。该模型以风电弃风率最小化和储能投资成本最小化为多目标函数,以有功功率偏差率来衡量平滑效果,应用粒子群算法（PSO）对该模型进行求解,可以快速、精确地求得最优储能容量值,使得风电场的综合效益实现最优。算例表明,该研究可以较小储能成本及弃风率实现风电场功率的平滑输出。     

偏低风速风力发电系统的研制应用

给出了吉林低风速风力发电系统的研制现状。     

储能技术在风电并网中的应用研究进展

简要介绍了储能技术的分类与应用范围,指出了大规模风电并网面临的主要问题.针对风电并网带来的系统稳定性、风电机组的低电压穿越、风电穿透功率、电能质量及系统运行经济性等方面的问题,详细阐述了基于储能技术的解决方案,并分析了各方案的优缺点.基于已有的研究成果,结合储能技术的特点,提出了储能技术在风电并网中应用的原则意见.     

风力发电非并网系统的模型试验

为解决风电在电网中的贡献率难以超过10%的世界性难题,针对风的高度不稳定性导致风电大幅度波动这个原因,提出发展非并网风电的新思路,即大规模风电不并入电网,直接应用于一系列能适应风电特性的终端用户.通过模型试验对非并网风电直接应用于氯碱和电解铝生产的可行性进行研究.试验结果表明,氯碱和铝电解生产均能较好地适应风电特性,生产过程中的电压或电流波动,只影响产品的产量,不影响产品的质量和工艺流程;双路供电时,网电自动为风电补充,保证了电解槽的稳定生产.利用非并网风电进行大规模工业化生产具有很大可行性.     

海上风电场建设重大工程问题探讨

三峡集团公司承担了国家“十一五”科技支撑计划项目中近海风电场选址及风电机组运行、维护技术开发和近海风电机组施工、测试专用设备的研制等有关课题的研究工作,在江苏近海和潮间带建设了多台具有自主知识产权的试验风机。通过研究测风、风资源评估、基础结构、运输吊装、运行维护等海上施工关键技术,以及推动大型海上风力发电机组的研发,探索降低海上风电开发成本的措施。以海水淡化为切入点,开展风电的非并网应用研究,寻求解决风电消纳问题的新方法。     

海上风电工程结构与地基的关键力学问题

作为一种新型清洁能源,海上风力发电受到人们的广泛关注,近十年发展迅猛．海上风电结构既不同于陆上风电结构,也区别于传统的海洋平台,既要考虑风对风机、塔架的作用,也要考虑波、浪、流、冰对水下支撑结构和地基的作用,还要考虑高倾覆力矩作用下地基的变形和承载力．然而,与之相关的水动力学、土力学、结构动力学及流．固一土耦合力学等的现有理论,还远不能满足工程设计和建设的需求,亟待发展．本文在阐述海上风电工程发展现状、结构形式与特征的基础上,重点阐述有关海上风电结构（包括固定式和浮式）的耦合水动力载荷与响应、地基的动力响应与承载特性的研究发展趋势,从水动力学、土力学和结构动力学的角度,凝练其中亟待开展深入研究的关键科学问题,包括：近海复杂海洋环境条件、海上风机系统的耦合水动力载荷、支撑结构和地基的动力响应等,并据此提出近期研究的发展方向,为从事海上风电工程研究和建设的科技人员提供参考．     

风电机组基础结构形式及计算方法

风能作为一种清洁的可再生能源,越来越受到世界上国家层面的密切关注。风力发电机组正常运转需要稳固的基础。随着风电机组的装机容量不断增大并由陆地发展到海洋,风电机组基础面临海洋环境更复杂的荷载工况,故对其进行研究更具有理论意义与工程应用价值。系统阐述了中外风电机组基础的结构形式及其计算分析方法的研究现状与最新进展。首先,分别介绍了风电机组基础在陆地和海上不同类型的结构形式及其适用范围;其次,对风机基础结构体系的风机荷载与环境荷载、静力学与动力学计算、结构冲刷及腐蚀等相关问题研究进行了系统分析与归纳;最后,指出风电机组基础研究和应用中存在的问题并提出了研究方向,同时还展望其未来在中国广阔的发展前景。     

海上风电项目施工差异性分析

我国海上风能资源非常丰富,海上风电作为风电行业的一个新兴产业,起步较晚,实施难度较大.该文来源于中海油渤海海上风电示范项目,从陆地制造、公差控制、防腐、海上运输、安装等方面对项目的实施进行分析研究,通过与陆地风电进行对比,找出其中的差异及解决措施,可以较好地规避项目实施风险,降低项目投资成本,为今后的海上风电施工提供了参考.     

海上风电的若干关键技术综述

海上风力发电是风电产业未来的主要发展方向.着重对海上风电所涉及的若干关键技术及发展情况进行了论述与分析,包括发电机设计及新结构研究、叶片材料选择与翼型设计、桨距控制技术、冷却系统设计技术及新进展、变流器及其控制器技术、风机塔架设计关键技术与基础结构选择、输电并网系统架构和风机状态监测技术等.采用大型直驱/半直驱风机、封...