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全球 十大突破技术之智能风能和太阳能

发布者:admin 时间:2018-11-01 17:11:00
在科 罗拉多州东部开阔的平原上,风力 发电正在蓬勃发展。从利蒙镇出发,沿着71号高速公路向北行驶7英里,之后向东转,上郡道,沿着 新铺设的输电线路能看到大片覆盖着尘土的碎石,而在几分钟内,你就 会被一列列绵延数英里的高耸的风力涡轮机包围。2011年后,在这个区域建成了3个大型风电场。今年 还有一个新的正在建设中。

这数百个涡轮机中,几乎 每一个都会每隔几秒钟就记录一次风速和它自身的功率输出。每隔5分钟,它们 都会把数据发送给100英里外,位于 博尔德的美国国家大气研究中心(NCAR)的高性能计算机。基于 人工智能的软件会处理这些数字,以及来自气象卫星、气象 站和州内其他风电场的数据。

这样做的结果是:精确 程度前所未有的风电功率预报让科罗拉多州能够以低成本使用更多的可再生能源,远超 电力公司过去所能想象。

这样 的预报正在帮助电力公司应对风力发电面临的最大挑战之一:它的间歇性。少量 利用风电对于电力公司来说是没有问题的,它们 已经习惯于处理变化——毕竟,电力 需求会随季节改变,甚至 每分钟都会发生变化。

不过,想利 用大量风电的电力公司需要后备电力来防备风突然减弱的情况。这些 后备发电厂一般都是烧化石燃料的,成本 昂贵且污染较严重。但是 有了更精确的预报,电力 公司就可以削减储备电力,尽量减少它们的出场。

在预 报技术发展起来之前,为科 罗拉多州供应了大部分电力的Xcel Energy公司,曾经 做广告反对一项要求其发电量中的10%由可 再生能源提供的提案。它向客户邮寄传单,声称 这样的任务会让未来20年的电力成本增加15亿美元。

但是,很大 程度上归功于预报技术的改善。作为 美国最大的电力公司之一,Xcel的态 度已经彻底改变了。

它容 纳了比任何其他美国电力公司都要多的风电,而且 还支持一个要求电力公司30%的发 电量都要来自于可再生能源的法案,Xcel称,远多 于这个份额的要求它也能轻易满足。

NCAR的预 报系统的早期版本发布于2009年,但去 年是突破性的一年——精确度显著改善了,预报让Xcel公司 节省了几乎和过去三年总和一样多的钱。今年NCAR正在 测试一种用于太阳能发电的类似的预报系统。

利用 这些详细的预报来设计一个更加灵活和高效的电力系统,可以 让我们更经济地实现减少碳排放的宏大国际目标,布赖恩·汉尼根(Bryan Hannegan)说。他是 科罗拉多州戈尔登的国家可再生能源实验室(NREL)中一个造价1.35亿美元的设施的主任。在那里,他们 使用超级计算机模拟来研究扩大可再生能源发电的规模的方法。

“我们 已经知道要实现我们能源和环境的目标应该往哪走,”他说,“过去 我们可不能这么说。”

没有人比Xcel Energy的电厂调度员戴顿·琼斯 更了解把风电纳入电网的挑战。坐在丹佛市中心的Xcel大厦10层的位子上,他负 责给科罗拉多州带来光明。要完成这个任务,他需 要通过启动和关闭发电厂并控制它们的输出功率来匹配发电量和电力需求。输出 过多或过少的电力都可能损坏电力设施,甚至让电网断电。风力 发电因其大幅度的波动,另他 的工作变得更困难。

运行 后备的化石燃料发电厂意味着“把碳抛入天空”:“不但费钱,还对环境有害。”

几年前,像琼 斯这样的调度员不信任那些预测给定时间内电网会获得多少风电的预报。那些 预报结果一般都要差20%,而且 有时风力发电情况与预报完全不符。解决 办法是让一些化石燃料电厂空转,随时 准备在几分钟内顶替所有风电。这种方法成本昂贵,而且 电力系统越是要依靠风力发电,它就越昂贵。更糟糕的是,运行 后备的化石燃料发电厂意味着“把碳抛入天空”, NCAR的研 究应用实验室副主任威廉·马奥尼(William Mahoney)说,“不但费钱,还对环境有害。”

NCAR的预 报让琼斯对风电有了足够的信心,从而 可以关闭许多空转的后备发电厂。视乎预报的确定性,后备 电厂的数量也会有所不同。如果天气寒冷潮湿,风力 涡轮机上可能会结冰,从而 导致它们转动缓慢或停止转动,那么 他可能就需要足够多的化石燃料后备电厂来完全取代他的风电。
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