李偉　楊薏霏

[摘要]吉林省是全國(guó)八大千萬千瓦級(jí)風(fēng)電基地之一，然而“棄風(fēng)”問題已經(jīng)嚴(yán)重影響了風(fēng)電出力情況，風(fēng)電資源豐富的優(yōu)勢(shì)不能完全發(fā)揮。文章主要針對(duì)吉林省分析了“棄風(fēng)”的主要原因，并調(diào)研了國(guó)內(nèi)外的相關(guān)風(fēng)電消納政策，給出了相應(yīng)的政策建議。并簡(jiǎn)要介紹了目前吉林省的一些技術(shù)及政策的應(yīng)用現(xiàn)狀。通過“十三五”的政策規(guī)劃，在未來風(fēng)電能夠取得更大的發(fā)展。

[關(guān)鍵詞]風(fēng)電消納；調(diào)峰能力；風(fēng)電預(yù)測(cè)；風(fēng)電供暖

[DOI]10.13939/j.cnki.zgse.2018.20.021

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，能源消耗日益增長(zhǎng)，化石能源環(huán)境污染的問題也越發(fā)嚴(yán)重。風(fēng)電、水電等非化石能源成為近年來發(fā)展的重點(diǎn)。截至2017年，我國(guó)風(fēng)電的并網(wǎng)裝機(jī)總?cè)萘?.64億千瓦，占全部發(fā)電裝機(jī)容量的9.2%。然而由于國(guó)內(nèi)“棄風(fēng)”現(xiàn)象較為嚴(yán)重，以及能源需求增速減緩，風(fēng)電的裝機(jī)容量增速也逐漸減慢。“棄風(fēng)”現(xiàn)象指的是風(fēng)電不能完全出力，機(jī)組部分或完全關(guān)閉的現(xiàn)象。2017年新增并網(wǎng)風(fēng)電裝機(jī)容量為1503萬千瓦，增速是5年來最低值，增速減緩的大部分是“三北地區(qū)”的風(fēng)電裝機(jī)量。

根據(jù)《吉林省能源發(fā)展“十三五”規(guī)劃》，“十三五”期間吉林省風(fēng)電新增裝機(jī)容量應(yīng)達(dá)到105萬千瓦，占裝機(jī)總量的比例應(yīng)提高到9.5%。解決“棄風(fēng)”問題將成為“十三五”規(guī)劃完成的關(guān)鍵。風(fēng)電消納的主要困難在于風(fēng)電出力狀況不穩(wěn)定，波動(dòng)性很大，且具有反負(fù)載的特性。本文將深入研究吉林省的“棄風(fēng)”現(xiàn)象的產(chǎn)生原因，并結(jié)合國(guó)內(nèi)外的風(fēng)電消納策略提出改善該現(xiàn)象的方法。

1 吉林省“棄風(fēng)”原因

吉林省地處平原且受溫帶季風(fēng)性氣候影響風(fēng)電資源豐富，主要集中在中西部的松原、白城地區(qū)，風(fēng)速在3～5m/s，有效風(fēng)能密度120W/㎡。2017年第一季度，吉林省棄風(fēng)率達(dá)到了44%，是國(guó)內(nèi)棄風(fēng)率最高的省份，“棄風(fēng)”問題已嚴(yán)重影響到了吉林省以及全國(guó)的風(fēng)能發(fā)展。圖1為2017年3月至9月吉林省的風(fēng)電月產(chǎn)量圖，可以明顯看出風(fēng)電出力的季節(jié)性波動(dòng)，風(fēng)電的產(chǎn)量增速在個(gè)別月份為負(fù)增速。“棄風(fēng)”問題通常由多種因素引起，綜合吉林省現(xiàn)狀以及環(huán)境特點(diǎn)，主要原因包括以下四點(diǎn)。

第一，系統(tǒng)調(diào)峰能力不足。風(fēng)能出力的波動(dòng)性和反負(fù)載特性決定了大規(guī)模接入風(fēng)電需要電力系統(tǒng)具備很強(qiáng)的調(diào)峰能力。風(fēng)電的輸出功率在達(dá)到額定功率前是與風(fēng)速的立方成正比，風(fēng)速的波動(dòng)2倍，風(fēng)電的輸出功率波動(dòng)倍數(shù)為8倍。這樣導(dǎo)致功率的波動(dòng)是很難預(yù)測(cè)的，電網(wǎng)系統(tǒng)的控制就非常困難。如圖2所示，系統(tǒng)調(diào)峰能力受限時(shí)，風(fēng)電按最大出力能力供電會(huì)使得總供電量超過系統(tǒng)負(fù)荷，圖2（a）系統(tǒng)沒有調(diào)峰能力，風(fēng)電在用電低谷時(shí)段或風(fēng)電出力高峰時(shí)段被迫“棄風(fēng)”，圖2（b）中系統(tǒng)具有足夠調(diào)峰能力，風(fēng)電能夠完全出力。

第二，用電需求不足，電力供應(yīng)量過剩。吉林省是全國(guó)八大風(fēng)電基地之一，風(fēng)電裝機(jī)量占總裝機(jī)量比例已經(jīng)達(dá)到了丹麥、西班牙、德國(guó)等風(fēng)電發(fā)達(dá)國(guó)家的水準(zhǔn)。但受限于吉林省地區(qū)人口密度低，用電量需求不高。此外，內(nèi)蒙古自治區(qū)、河北省壩上地區(qū)兩個(gè)千萬千瓦級(jí)風(fēng)電基地與吉林省距離很近，故風(fēng)電資源就地或就近消納壓力大。2017年全年吉林省發(fā)電總量782.94億千瓦時(shí)，同比增長(zhǎng)5.38%，用電量702.98億千瓦時(shí)，同比增長(zhǎng)5.3%，需求量增速慢，且供端能力大于受端需求。

第三，冬季供暖影響風(fēng)電消納。吉林省冬季供暖持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，與風(fēng)電資源豐富的時(shí)間重合，2016年冬季供暖期東北地區(qū)的棄風(fēng)量占到全年棄風(fēng)總量的68.97%。截至2017年，吉林省火電機(jī)組占到供熱機(jī)組占火電機(jī)組的70%，其中80%以上的是供熱機(jī)組，供暖期供熱機(jī)組出力必須維持在一定水平之上，留給風(fēng)電出力的余量減小，大大影響了冬季風(fēng)電消納。

第四，電網(wǎng)的接入能力不足，無法保障風(fēng)電上網(wǎng)。電網(wǎng)是電能輸送的載體，風(fēng)電資源富集區(qū)大多是相對(duì)落后區(qū)域，電網(wǎng)的相關(guān)配套設(shè)施建設(shè)較為落后，且由于風(fēng)電的功率具有很大的隨機(jī)性，因而對(duì)電網(wǎng)的總?cè)萘恳蠛芨?。電網(wǎng)等配套建設(shè)滯后時(shí)，電場(chǎng)的發(fā)電量就無法保證全部上網(wǎng)，會(huì)產(chǎn)生“棄風(fēng)”現(xiàn)象。

2 國(guó)內(nèi)外風(fēng)電消納政策

針對(duì)以上分析的各種原因，可參考國(guó)內(nèi)外政府提出的相關(guān)消納政策。圖3為風(fēng)電消納政策狹義上包括針對(duì)風(fēng)電所制定的政策，包括價(jià)格補(bǔ)貼和電力調(diào)度等；廣義上則包括電網(wǎng)的建設(shè)及其他輔助服務(wù)。

通過調(diào)研國(guó)內(nèi)外地區(qū)的風(fēng)電消納政策，主要措施包括：增強(qiáng)調(diào)峰能力、增強(qiáng)就地消納和跨區(qū)消納能力、加強(qiáng)風(fēng)電預(yù)測(cè)技術(shù)。

2.1 增強(qiáng)調(diào)峰能力

依據(jù)《國(guó)家電網(wǎng)公司促進(jìn)新能源發(fā)展白皮書》，電網(wǎng)的電源側(cè)要提高電源靈活性，增加抽水蓄能、燃?xì)獍l(fā)電等靈活調(diào)節(jié)電源，充分發(fā)揮火電機(jī)組調(diào)節(jié)能力。國(guó)外先進(jìn)地區(qū)的燃油、燃?xì)?、抽水蓄能等具備靈活調(diào)節(jié)能力的機(jī)組占比達(dá)30%～50%，靈活調(diào)節(jié)能源增強(qiáng)了系統(tǒng)調(diào)峰能力，降低了風(fēng)電消納難度。如西班牙原本能源結(jié)構(gòu)為火電與水電為主，隨后著重發(fā)展了調(diào)峰能力強(qiáng)的燃?xì)鈾C(jī)組以及抽水蓄能機(jī)，提高電力系統(tǒng)的備用率，在2010年靈活能源占比已達(dá)到了45.9%，為風(fēng)電裝機(jī)量的2倍多，將風(fēng)電發(fā)電量提高到了總用電量16%的水平。

2.2 加強(qiáng)就地消納能力

通過提升負(fù)荷側(cè)需求，可以在風(fēng)電富集區(qū)加強(qiáng)就地消納，包括推進(jìn)以電代煤和以電代油，以及風(fēng)電供暖技術(shù)等。2013年國(guó)家電網(wǎng)蒙東公司開始探索風(fēng)電供暖以解決冬季風(fēng)電消納的問題，赤峰市林西縣和通遼市扎魯特旗兩個(gè)風(fēng)電站每年可節(jié)約標(biāo)煤8152.6噸，將節(jié)省一部分火電機(jī)組的發(fā)電能力用于調(diào)峰。

此外可通過負(fù)電價(jià)引入耗電高的企業(yè)，例如在丹麥西部電網(wǎng)、北歐電網(wǎng)、美國(guó)的一些電網(wǎng)運(yùn)營(yíng)商（NYISO）已經(jīng)建立了相應(yīng)的負(fù)電價(jià)制度，風(fēng)電消納不足時(shí)，通過制定負(fù)電價(jià)補(bǔ)貼用電單位將吸引負(fù)荷側(cè)增強(qiáng)用電。

2.3 增加跨區(qū)消納能力

“三北”地區(qū)的風(fēng)電預(yù)計(jì)在2020年60%的需要本地消納，40%的需要跨區(qū)消納。在歐洲，多個(gè)國(guó)家的電網(wǎng)相互連通，風(fēng)電消納能力得到很大的加強(qiáng)。根據(jù)國(guó)家的規(guī)劃，“三北”地區(qū)未來將風(fēng)電輸送至中東部地區(qū)，進(jìn)行跨區(qū)消納。

2.4 風(fēng)電預(yù)測(cè)技術(shù)

準(zhǔn)確的風(fēng)電功率預(yù)測(cè)可有效地降低系統(tǒng)備用容量要求，充分發(fā)揮系統(tǒng)調(diào)峰能力。西班牙于2006年建立的可再生能源調(diào)度中心通過與風(fēng)電場(chǎng)互聯(lián)，并不斷監(jiān)控風(fēng)電的功率、溫度、風(fēng)速的運(yùn)行數(shù)據(jù)，基于預(yù)測(cè)模型進(jìn)行功率預(yù)測(cè)，48小時(shí)內(nèi)預(yù)測(cè)誤差在30%以內(nèi)，24小時(shí)內(nèi)預(yù)測(cè)誤差在15%以內(nèi)，借助于此，西班牙的風(fēng)電消納水平達(dá)到了國(guó)際先進(jìn)水準(zhǔn)。

2.5 加強(qiáng)電網(wǎng)建設(shè)

風(fēng)電上網(wǎng)以及跨區(qū)消納都需要電網(wǎng)建設(shè)的支持，歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家都通過法規(guī)來確保電網(wǎng)的建設(shè)能夠滿足發(fā)電和配電需求。例如，歐洲輸電網(wǎng)運(yùn)營(yíng)商聯(lián)盟每?jī)赡旮缕洹稓W洲電網(wǎng)十年發(fā)展規(guī)劃》，對(duì)風(fēng)電的發(fā)展布局進(jìn)行了詳細(xì)的規(guī)劃。德國(guó)通過制定《可再生能源法》來激勵(lì)運(yùn)營(yíng)商加強(qiáng)和改造電網(wǎng)，通過《加速電網(wǎng)擴(kuò)展法案》簡(jiǎn)化了電網(wǎng)建設(shè)的相關(guān)審批程序，通過《鼓勵(lì)電網(wǎng)發(fā)展管理?xiàng)l例》來激勵(lì)電網(wǎng)運(yùn)營(yíng)商進(jìn)行建設(shè)。建立合理的電網(wǎng)規(guī)劃是風(fēng)電消納的重要舉措之一。

3 吉林省消納技術(shù)應(yīng)用情況

通過近幾年的規(guī)劃與政策研究，吉林省逐步提升風(fēng)電消納水平。

首先，加強(qiáng)了電網(wǎng)建設(shè)并增加了靈活能源比例?！笆濉逼陂g，吉林省將建設(shè)延吉、平安、長(zhǎng)嶺、甜水、昌盛、吉林等地的500千伏輸變電工程，以及中部500千伏電網(wǎng)和雙陽500千伏輸變電工程。風(fēng)電地區(qū)的上網(wǎng)能力得到加強(qiáng)，風(fēng)能資源能夠有效上網(wǎng)。此外，吉林省還將在未來增強(qiáng)靈活調(diào)節(jié)能源比重，“十三五”期間，吉林省將在豐滿、敦化建設(shè)抽水蓄能電站，全省靈活性改造熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組1000萬千瓦。

其次，為解決冬季供熱對(duì)熱電機(jī)組調(diào)峰性能的影響，2013年3月起，國(guó)家能源局和吉林省能源局開始試點(diǎn)風(fēng)電供暖，截至2016年12月，洮南熱力站累計(jì)用電7892萬千瓦時(shí)，累計(jì)提供清潔熱能284112吉焦，電量電費(fèi)4252萬元，85.04%的制熱用電量發(fā)生在電網(wǎng)用電負(fù)荷的低谷時(shí)段，充分發(fā)揮了風(fēng)電減少排放的環(huán)保優(yōu)勢(shì)。

此外，在電網(wǎng)的管理方面，通過發(fā)展供熱在線監(jiān)視系統(tǒng)、風(fēng)電功率預(yù)測(cè)、智能風(fēng)電控制等技術(shù)，構(gòu)成了一套吉林電網(wǎng)風(fēng)電智能調(diào)度系統(tǒng)，提升了風(fēng)電功率預(yù)測(cè)精度，增強(qiáng)了系統(tǒng)調(diào)度能力。2017年，利用新能源智能控制系統(tǒng)，吉林省1～10月份累計(jì)多消納風(fēng)電1.6億千瓦時(shí)。

4 總結(jié)

通過電網(wǎng)建設(shè)、增強(qiáng)靈活能源、發(fā)展風(fēng)電供熱以及相關(guān)的風(fēng)電控制技術(shù)，吉林省針對(duì)“棄風(fēng)”產(chǎn)生的種種原因做出了穩(wěn)步有效的改善，風(fēng)電消納得到了很大提升。在未來仍需要深入研究風(fēng)電的電價(jià)交易機(jī)制，例如引入負(fù)電價(jià)機(jī)制，通過發(fā)揮市場(chǎng)調(diào)節(jié)作用引導(dǎo)風(fēng)電的消納。依靠吉林省風(fēng)電資源豐富的優(yōu)勢(shì)，必將為社會(huì)帶來更高的環(huán)保和經(jīng)濟(jì)價(jià)值。