风力发电短板问题(风力发电不足之处)

2022-04-28 14:30:43发布

  风力发电属于清洁能源,目前在全世界都已普及。


  我国现在已经是风力发电的大国,其装机容量,陆海布局等都已经名列世界前茅。甘肃是全国陆上风电的主要基地之一,河西走廊更有着“陆上三峡”的美誉。


  目前,风力发电在技术上已经趋于成熟,但是,它却有一个最大的短板,那就是它的“闻风而动”,正所谓“有风它就转,无风它就停”,什么时候能发电?什么时候不能发电?什么时候多发电?什么时候少发电?都处于一种不确定状态。这就使得电网公司十分为难而头疼,为此有人甚至称风电为“垃圾电”。


  即使目前许多地区搞了风电与光伏发电的互补,也还是不能完全弥补这种短板,并且光伏发电也是受限制的。


  据报导,目前全世界每年都有风电和光电的“弃电”现象存在,我国尤其严重。当下和今后,我国要做到碳达峰、碳中和,并要满足不断增长的能源需求,就必须最大限度地发展清洁能源,这其中风力发电就是一个不可忽视的重要领域。


  我国面积大,风场广阔,要让风力发电成为真正靠得住的清洁能源,就必须解决风电的短板问题。


  那么如何破解这个难题呢?其实早在2006年,甘肃的车安宁和郑殿喜就提出了创造性的设想,并以“储气式气动风力发电机组”的名称申请到了国家知识产权局的实用新型专利。(专利号:ZL200620159538.8,证书号:980622)


  储气式气动风力发电机组的设计原理并不复杂,技术路径也相对简单。具体设计是:


  1.在现有的巨大风塔顶部取消笨重的发电机组,代之以一个气泵装置。当风轮旋转时,带动气泵工作并通过一个输气管向地面输送压缩空气。(气泵进气口需设置一个沙尘过滤罩)


  2.在地面设置一组双向串联的大型压缩空气储气罐(卧式或立式都可以),接受风塔输气管输送的压缩空气。


  3.储气罐可以是N个,编号为1、2、3、4……它们之间以单向阀门a串联,当储气罐1被充满压缩空气并达到一定压力数值时,从排气孔释放出压缩空气,并带动与之对接的发电机发电。


  4.风大时,压缩空气多余。当储气罐1的压力达到一定峰值时,储气罐1便通过单向阀门a向储气罐2输送压缩空气,以此类推。在串联的多个储气罐的最后一节,设有安全排气阀,以备释放多余的气体压力。


  5.当出现风小或无风状态时,储气罐1的压力不足,储气罐2便通过单向阀门b向储气罐1倒输压缩空气,以满足储气罐1的发电所需压力。当储气罐2的压力下降时,则由储气罐3通过单向阀门b向储气罐2倒输压缩空气,以此类推。


  6.由以上工作机制实现相对时间内的不间断发电。因为即使某个时间段没有风或风力不足,储气罐内的压缩空气也可以维持几个小时或更长时间的发电。当然,串联的储气罐数量越多(储气罐不可能造的很大,除了成本因素之外,还有压缩空间比及安全问题),其维持不间断发电的时间也就越长。这可以根据具体风场的来风资料来设计储气罐的大小和数量。


  7.在设计时,不一定是一座风塔带一组储气罐,而是可以多座风塔共同对接一组储气罐和发电机,这样不仅能够保证发电的持续性,也可以大大降低建设成本。


  同时,不同距离分布的风塔其受风大小、受风时间都有差异,这样也可以起到一种“互补”作用。以上设计与现今流行的风力发电机组相比,也许对于风力旋转叶轮的动能利用率不如后者,但是却大大减轻了巨型风塔的顶部承重,其相应的安装和维护成本也会降低。


  由于可实现不间断的发电,电网公司也更愿意接纳这种清洁能源。


  同时,在夜间用电低谷时,也可以多储存压缩空气,少发电。


  综合来看,储气式气动风力发电机组优势明显,投资成本相对较低。目前国内已有利用用电低谷储能的压缩空气储能电站,可见没有技术障碍。


  在设计中,也可以把风塔本身设计为一个直立的巨型密封储气罐,其内部的攀登梯也不影响使用,因为使用内部攀登梯都是在风塔停止工作的状态下进行的。


  另外,也可以在地面以下修建储气设施,比如埋放大型水泥管道作为储气罐等。这个实用新型专利的保护期为10年,在当时由于找不到厂家来做,同时也受到各种条件的制约,无法转化为生产力。专利的拥有者在缴纳了几年的专利保护年费后,就不得不放弃了。


  如今,重提这个设计,许多技术门槛已经不再制约,有意向的企业、研究所和投资者可以无需缴纳专利费而去大胆尝试,并在此基础上有所创新。


  但愿这个设计思路可以突破风力发电的短板,从而使风电成为清洁能源的主力军。

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