我國風電大規模集中并網的消納市場和消納策略

黃怡，張琳，劉建琴，王智冬

(國網北京經濟技術研究院，北京市 100052)

0 引言

研究指出，風電消納受多種因素影響［5-6］，包括電源發展秩序、風機技術水平、網架條件、管理制度等。目前，我國風電實行“先省內、再區域、后全國”的消納原則，國家能源局提出“提高風電就地消納能力是促進風電消納的根本措施”［7］，有關研究進一步提出按照地區全社會用電量或負荷比例安排本地風電消納的思路。文獻［8］提出借鑒國外風電消納良好政策機制的措施建議。文獻［9］提出了一套基于電源結構、負荷特性和調峰能力的電網接納風電評估體系，根據實際系統特性、條件安排風電消納。基于以上成果，本文對比國內外風電消納特征，明確我國風電消納條件，結合國情研究風電的合理消納市場及消納策略，為大規模風電發展提供參考。

1 國內外風電消納特征

1.1 國外風電消納特征

根據世界風能協會(world wind energy association，WWEA)統計，2011年全球風電總裝機容量2.37億kW，同比增長20.3%，約62%的風電裝機位于歐洲及北美洲地區［10］。上述地區已有風電場大多裝機規模較小、集中度不高，除近期集中開發的大規模海上風電場采用高電壓遠距離輸送外，主要是分散接入配電網就地消納［11］。其風電消納特征及保障措施主要為:

(1)大量的靈活快速調節電源為風電發展提供充裕備用，平衡風電出力波動。2010年西班牙電網裝機與最大負荷比達2.2∶1，其電源構成以聯合循環機組、風電、水電為主，裝機占比分別為26%、19%和16%，其中具備良好調峰性能的裝機容量比例達到47.9%［12］。

(2)完善的堅強互聯電網支撐，實現風電大范圍消納。丹麥是世界上風電裝機比例最高的國家，2010年風機規模約占本國容量的22%［13］。丹麥東部電網通過交流輸電線路與挪威、瑞典、芬蘭等國組成北歐電網(Nordel)，具有統一的電力市場交易平臺;丹麥西部電網通過德國電網與歐洲大陸互聯電網(UCTE)進行電量交易［11］。跨國/跨區輸電網為丹麥電網提供了充足備用，擴大消納范圍保障了較高的風電消納比例。

(3)以降低其他電源利用時間為代價，保證風電的高比例消納。在風電大規模發展和優先調度的情況下，其他常規機組配合風電出力，設備利用率明顯下降。2010年，西班牙煤電、風電利用時間基本相當，分別為 2 174、2 153 h［12］。丹麥電網將供熱機組低限出力降到額定出力的20%，5 min時段內的低限出力還能更低，以備必要時的風電消納［14］。

(4)嚴格的風電并網標準、明確的獎懲機制和有效的調度運行措施，允許對風電場進行調控。以西班牙為例，在某些特定情況下，控制中心有權切除部分風電或要求風電場降低出力運行，而不給予風電損失電量補償［12］。

正常女性生殖道中的血液屏障和精子胞質中的免疫抑制物可抑制免疫應答反應的產生。如果女性生殖道損傷或發生炎癥反應，原有的屏障被破壞，可發生免疫應答，產生抗精子抗體。抗精子抗體可分為IgM、IgA、IgG、IgE 4種，在不孕女性中IgM的檢出率最高，IgA次之[55]。抗精子抗體對于不孕的影響主要表現在：①阻止精子進入宮腔并降低精子活性；②干擾精子獲能并抑制頂體反應；③阻止精子穿過透明帶；④干擾精卵結合過程；⑤通過誘導巨噬細胞及殺傷細胞損傷受精卵和胚胎，引起流產[56]。

1.2 我國風電消納特征

根據我國風能資源分布格局，我國風電開發主要集中于遠離負荷中心的“三北”地區，并網風機容量占到全國總量的78%。其中，蒙西、蒙東、甘肅、河北、遼寧等省(區)并網風電規模均超過300萬kW。除蒙西、蒙東、甘肅分別有約170萬、100萬、110萬kW的風電經500/750 kV省間交流通道送至省外，大部分省(區)風電經220 kV及以下線路接入本地電網消納，造成部分省份棄風嚴重。2011年6月，冀北、蒙西、吉林、黑龍江、蒙東、甘肅、新疆等省(區)棄風比例分別為4.2%、12.7%、13.8%、12.4%、25.9%、12.8%、4.1%［15］。

目前我國風電消納特征及相關政策主要有:

(1)電源結構以火電為主，供熱機組比重大，缺乏靈活快速調節的電源支撐。截至2010年底，我國煤電裝機占全國總裝機的72%，其中供熱機組占煤電裝機的20%以上。在風能資源豐富的“三北”地區，供熱機組占火電裝機的比例更高。受電源結構制約，電網調峰壓力較大。

(2)電網結構相對薄弱，省區間聯網能力不強，難以提供風電消納支持。我國風電富集地區大多相對偏遠，受本地負荷及系統規模限制，風電消納能力不足。在以分省分區平衡為主的格局下，各省(區)間電網互聯規模有限，互濟能力不足，難以提供大規模風電消納支持。

(3)實行風電全額保障性收購制度，常規電源適應性調節將付出較大的經濟代價。目前我國實行風電全額保障性收購制度，規定國家根據規劃批準建設的風電場發電量，電網必須保障性全額收購［16］。為滿足風電消納需要，在充分調動調峰電源能力后，目前主要采用豐水期棄水、供熱期機組啟停調峰等手段，經濟代價較大。

因此，限于我國電網結構模式，目前我國風電消納主要以就地平衡消納為主。受系統規模、電源結構等因素影響，部分地區棄風嚴重。

2 我國風電消納市場

2.1 風電規劃發展情況

根據資源分布及開發情況，我國有12個風電發展重點省(區)(簡稱12省區)，包括甘肅、冀北、蒙西、蒙東、吉林、新疆、江蘇、山東省(區)8個千萬kW級風電基地，以及黑龍江、遼寧、山西、寧夏4個省(區)。根據風電項目前期工作、國家及地方規劃，預計2015年和2020年全國風電裝機規模將達到1.2億kW和1.9億kW。其中，12省區2015年風電裝機約占全國的85%，2020年約占全國的95%。2020年蒙西、吉林、甘肅、新疆等省(區)風電裝機將超過2 000萬kW。

2.2 風電消納原則及思路

風電消納基本原則為:以確保電網安全運行為前提，以全社會電力供應總成本最低為目標，兼顧風電發展經濟性;統籌各類型電源調峰能力，挖掘電網消納風電潛力，優先消納風電;按照“先省內、后區域、再全國”的消納原則，合理提高風電利用效率，最大限度滿足風電規模化發展需要。

綜合現有風電消納研究，可以歸納出以下2類風電消納計算方法。本文通過生產模擬，對比測算2種方法下的風電棄風情況，重點針對我國12省區規劃規模，研究合理的風電消納市場需求。

方法一:調峰平衡的風電消納計算方法。根據各省(區)電網調峰能力和風電特性，通過生產模擬計算，控制棄風電量在風電可發電量的5%以下［17-18］，計算省內可消納風電裝機規模，作為省內消納規模;如果規劃裝機大于省內消納規模，按照跨省、跨區的順序消納。

方法二:用電占比的風電消納計算方法。將按本省(區)全社會用電量10%推算的風電規模與規劃裝機比較，如果規劃裝機小于推算的規模，規劃裝機全部在省內消納;如果規劃裝機大于推算的規模，超出部分按照跨省、跨區的順序消納。通過生產模擬計算，分析是否出現棄風，并計算棄風電量水平。

風電棄風情況如圖1所示，風電出力、負荷規模隨時間變化。為充分發揮風電效益，其他電源充分參與調峰，但在風電大發的部分情況下，常規電源按照最小出力運行，電源總出力仍高于負荷需求規模，高出的時段將被迫棄風運行。

圖1 風電棄風情況示意圖Fig.1 Wind abandonment in wind power

2.3 風電消納市場需求

2.3.1 棄風情況

根據上述研究思路，方法一中，各地年風電棄風電量不超過風電可發電量的5%。計算顯示，方法二中，2015年、2020年，12省區年棄風總電量分別約占規劃風機發電總量比例的13%、12%，明顯高于方法一。其中棄風較嚴重省(區)情況如圖2所示。

可以看出，12省區中，2015年，除江蘇、遼寧、山西、山東省無棄風外，其他省(區)風電棄風比例均大于5%;2020年除江蘇、遼寧、山西、寧夏省無棄風外，其他省(區)風電棄風比例均大于5%。方法二下，我國風電發展重點省區大多存在較嚴重的棄風現象。

此外，受負荷特性、電源結構、電源出力及調節特性等多種因素影響，各地區風電消納能力及棄風情況存在較大差異，簡單按照用電占比安排各省(區)風電消納方法的科學性、合理性較差。風電消納的關鍵仍在于系統的調峰能力。

圖2 風電棄風大于5%省(區)情況(方法二)Fig.2 Provinces of wind abandonment in wind power more than 5%(method 2)

2.3.2 風電消納市場

方法一:根據調峰平衡結果，2015年、2020年，12省區可消納風電約5 100萬、7 400萬kW，區域內跨省消納約1 000萬、1 700萬kW，需要跨區域消納約4 200萬、9 200萬kW，跨區消納比例為41%、50%。其中，東北、西北、華北電網2015年跨區消納比例分別為49%、44%、38%，2020年分別為 56%、49%、53%。按照方法一，風電開發主要省(區)2015年、2020年風電消納市場比例情況如圖3所示。

圖3 風電消納需求(方法一)Fig.3 Wind power consumption demand(method one)

方法二:2015年、2020年，按照本省(區)風電發電量10%原則，12省區內需消納約7 500萬、10 200萬kW，區域內跨省消納約 2 500萬、5 500萬kW，需要跨區域消納約300萬、2 500萬kW，跨區消納比例約為3%、14%。其中，東北、西北、華北電網2015年跨區消納比例分別為11%、0%、0%，2020年分別為32%、13%、5%。按照方法二，風電開發主要省(區)2015年、2020年風電消納市場比例情況如圖4所示。

可見，隨著風電裝機構成占比的增大，調峰電源占比降低，本地風電消納規模占地區規劃風機規模的比例總體呈下降趨勢，但依據地區負荷、電源等特性不同存在較大差異。

圖4 風電消納需求(方法二)Fig.4 Wind power consumption demand(method two)

根據我國電源及市場發展趨勢，跨區消納將是未來風電消納的重要形式，東北、西北目前已存在風電消納不足問題，隨著風電持續大規模發展，“十二五”期間華北風電也需尋求區外市場。考慮負荷發展及資源互補，華中、華東將是未來我國大規模風電消納的重要市場。

3 結論及建議

綜合以上分析可以看出，風電消納受區域負荷特性、電源結構及出力特性、環境及政策等多種因素影響，存在較大的地域差異。按照現有負荷特性及電源結構，根據用電占比安排各省區風電消納，還需因地制宜、研究落實保障風電消納的合理措施。風電消納必須結合電網實際情況，按照調峰能力確定。

根據我國風電發展條件及規劃情況，考慮負荷發展及資源互補，華中、華東將是未來我國大規模風電消納的重要市場，大范圍跨區域風電消納將是應對大規模風電集中開發的重要手段。

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