張北縣的風與電

作為智能電網(wǎng)建設的一部分，特高壓輸電網(wǎng)和風光儲能技術正在張北試驗性地結(jié)合在一起，它將從技術上讓張北不穩(wěn)定的風電和大電網(wǎng)配套起來。

建設風電場已經(jīng)十幾年的張北縣有個怪事。那就是“風大的時候反而要把風機停掉。”

雖然距離北京不過200多公里，但逐漸抬高的地勢讓張北已經(jīng)處于海拔1500米左右的高原區(qū)，這里地勢比較復雜，東南部是被稱為“壩頭”的山區(qū)，地勢最高，西北部是丘陵地，兩頭圍著中間一塊平原地區(qū)。和險要的地勢配合的是張北獨特的氣候，多風，少雨，年平均風速每秒6米，剛好滿足國家建設風電場的最低風速要求。

張北的風電開發(fā)始于1996年。現(xiàn)在“裝機總量已經(jīng)達60萬千瓦”，縣風電辦的王學斌說，但實際輸出只有28.3萬千瓦，“如果滿負荷，電網(wǎng)肯定受不了”。王學斌指的是張北的發(fā)電系統(tǒng)并入的華北電網(wǎng)——按照年平均風速選址的風電場，往往忽略當?shù)氐娘L頻因素。風速的分布不穩(wěn)定，時而風大，時而風小，現(xiàn)有的電網(wǎng)通常不能適應，于是只能是電力公司被迫將機組停掉。僅去年一年，張北就因為關停風電機組損失1200多萬元。

“水”與“路”不兼容

“一開始還不存在這樣的問題”，王學斌回憶，1996年剛建風電的時候，單機容量小，根本談不上什么超負荷。

張北位于有效風能密度高達200∽300瓦/平方米的優(yōu)質(zhì)風能資源地區(qū)，是國家發(fā)改委確定的六大風能開發(fā)基地之一。從2005年起，13家公司先后入駐張北縣投資風電。張北縣的風電場越建越多。

與風電開發(fā)的熱鬧景象形成對比的是，十幾年來，連接張北縣電廠與電網(wǎng)的變電站還是停留在220千伏。

電力系統(tǒng)的人通常用水和路比喻電流和電網(wǎng)。清華大學電力系統(tǒng)研究所教授何光宇解釋說，變電站建設沒有跟上，“這就是‘水’多了，但是‘路’還沒建起來。”發(fā)改委批準的上百萬千瓦電網(wǎng)項目已經(jīng)在張北縣開工建設，有望于今年年底建成。“這樣可能情況就會好一點”，王學斌說。但中國電力科學院新能源研究所的戴慧珠認為，這并不是解決風電并網(wǎng)的根本途徑。

“這涉及風電產(chǎn)生的頻率與電網(wǎng)不匹配的問題。”電科院的副總工程師白曉民強調(diào)。目前國內(nèi)電網(wǎng)的電流頻率穩(wěn)定在50赫茲/秒，如果風電想并網(wǎng)，電流頻率必須一致，差一點也不行。但風電的特點就是風速完全不受人為控制，會產(chǎn)生不穩(wěn)定的電流。如果硬要并網(wǎng)，就會造成其他并網(wǎng)點的癱瘓，這就是所謂的諧波污染。

“水”與“路”不兼容的問題并不僅存在于張北縣。風電并網(wǎng)至今還是讓所有電力公司、電網(wǎng)公司和專家學者頭疼的問題。中國目前每年幾乎有將近1/3的風電裝機容量白白浪費了。

要解決問題，現(xiàn)在只有等智能電網(wǎng)。

業(yè)內(nèi)人士表示，不管是在中國還是在國外，智能電網(wǎng)誕生的初衷有一部分就是要解決新能源并網(wǎng)的問題。和火電不同，新能源形式更多受限于非人為控制因素。太陽能受日照條件的制約，水電也有河水的汛期，不穩(wěn)定的電流就會產(chǎn)生不同的電流頻率。以往適用于火電的電網(wǎng)設計明顯阻礙了新能源產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。智能電網(wǎng)則能夠在網(wǎng)內(nèi)多變的供應和需求之間做靈活地調(diào)配，更能通過新的技術手段化解發(fā)電系統(tǒng)不穩(wěn)定帶來的負面影響。智能電網(wǎng)的推出到了一個關鍵時期。

“特高壓”與“儲能”結(jié)合

2009年，由國家電網(wǎng)新源控股有限公司主導的風光儲能示范項目在張北縣的滿井風電場展開規(guī)劃建設。

風光儲能是新源控股的一個“智能電網(wǎng)”示范項目。作為智能電網(wǎng)一部分的該技術從原理上看起來非常簡單。它利用了張北縣風能和太陽能資源都非常豐富的特點。冬春是多風季節(jié)，張北縣的風能更充足，而日照不強，到了夏秋則正好相反——張北縣是河北省日照條件最好的縣之一，年平均日照時數(shù)2897.8小時。如果單獨開發(fā)，兩種發(fā)電方式都存在不穩(wěn)定的難題，但風光儲能項目則將風電和光電系統(tǒng)發(fā)出的電通過蓄電池儲存起來，當風力減弱或者日照不強的情況發(fā)生時，蓄電池可以將電釋放出來，以穩(wěn)定輸出。“還有一個檢測系統(tǒng)，主要是檢測百萬級風電并網(wǎng)時是否會對電網(wǎng)形成沖擊”，王學斌說，“這個項目的特點就是能將‘風’、‘光’、‘儲’、‘護’四者結(jié)合起來，項目建成之后，風電的輸出能力將大幅度提升。”

“水”更多了，就需要修“路”。如果想將水送到更遠的地方，就要抬高水源，產(chǎn)生落差，電也是這個道理。“中國智能電網(wǎng)的未來發(fā)展方向就是建設800千伏∽1000千伏的特高壓輸電網(wǎng)”，白曉民說。國家電網(wǎng)公司副總經(jīng)理舒印彪也表示，具有長距離、大容量特征的特高壓輸電網(wǎng)將是今后中國智能電網(wǎng)的核心環(huán)節(jié)。張北縣就在特高壓輸電網(wǎng)的首批建設規(guī)劃當中。

不過，何光宇指出，智能電網(wǎng)的形式當然不會只局限在張北縣所采用的風光儲能技術這一種。各個國家和地區(qū)具體怎樣建設各自地區(qū)的電網(wǎng)，需要因地制宜。比如揚州經(jīng)濟開發(fā)區(qū)發(fā)展的“太陽能屋頂”，利用安裝在大樓上的一塊塊太陽能電池板吸收太陽光，將光能轉(zhuǎn)化成電供大樓使用。白天光照充足的時候，“太陽能屋頂”所發(fā)的多余的電就可以送入電網(wǎng)，當晚上“屋頂”不發(fā)電的時候，大樓又能正常使用電網(wǎng)的電。

并網(wǎng)瓶頸打開以后

盡管國電新源目前還未就特高壓輸電網(wǎng)建設在張北縣的具體實施方案給出答案，王學斌已經(jīng)充滿期待。“不管最終方案是怎么樣，只要項目建起來了，電網(wǎng)的兼容性肯定比現(xiàn)在要好，那時很多風電企業(yè)也可以‘搭車’，并網(wǎng)情況就會好很多。”

張北縣的風光儲能項目解決的還不僅是一個風電并網(wǎng)的問題，它還將帶來更多巨大的投資機會。何光宇表示，智能電網(wǎng)的興起將給一大批人提供新的致富機遇。王學斌說，“當然，對我們自己來說，發(fā)展風電的企業(yè)多了，我們的稅收也能上去。”

智能電網(wǎng)將帶來的還有氣候問題的緩解。“智能電網(wǎng)的推出就是為了順應節(jié)能減排的需要。”何光宇說。正如張北縣，在建起智能電網(wǎng)以后，那里的風電與光電不僅可以供本地使用，還可以輸送到北京、天津甚至更遠。當新能源電力所占發(fā)電總量提高到一定程度時，火電的優(yōu)勢就會下降，石油、天然氣的使用量就有可能降下來。

環(huán)境學家認為智能電網(wǎng)是低碳未來最好的出路之一。據(jù)美國《財富》雜志報道，美國政府和業(yè)界預計，隨著配電系統(tǒng)進入計算機時代，現(xiàn)代化數(shù)字電網(wǎng)將使美國能耗降低10%，溫室氣體排放量減少25%。盡管目前智能電網(wǎng)還有很多問題亟待解決，但它已經(jīng)提供了一種未來節(jié)能減排之路的方向。并網(wǎng)瓶頸打開了，新能源將迎來又一個新的發(fā)展高峰。

在這個高峰到來之前，張北縣已經(jīng)吸引了眾人的關注。自從新源控股決定將風光儲能項目建在張北縣，王學斌每天的工作就成了接待諸多媒體和參觀者。當這位忙碌的村干部每天從滿井風場回去的時候，風電渦輪機的影子早已長長地躺在草地上，夕陽映紅了整個風場，映在王學斌的臉上織成了紅色的喜悅。“張北的風電肯定會迎來第二次發(fā)展高峰。”