風電接入電網的評價體系

楊曉靜，徐科，，許兵，劉偉（.國網天津市電力公司，天津30000；.國家電網公司研究室，北京0003）

風電接入電網的評價體系

楊曉靜1，徐科1，2，許兵2，劉偉1
（1.國網天津市電力公司，天津300010；2.國家電網公司研究室，北京100031）

為解決目前風電缺乏全面有效的評價體系，促進風電健康有序發展，基于實用性考慮，提出從運行水平、開發利用水平、經濟性和社會性4個方面對風電接入電網進行全面和系統的評價。提出從風電場和電網運行的角度進行運行水平評價，從已開發利用和未開發潛力的角度進行開發利用水平評價，從上網電價的角度進行經濟性評價，從節能減排的角度進行社會性評價，提出了完整的評價指標體系，給出了指標定義，解釋了指標含義，并分析了指標當前的平均水平，提出的評價體系覆蓋面全，計算簡單，具有較好的實用性。關鍵詞：風電；評價；運行水平；開發利用水平；經濟性；社會性

我國風能資源豐富，離地50m高度3m/s以上風力可開發資源約為25億kW，為我國經濟社會發展提供了重要的能源保障[1-2]。近年來隨著技術發展和造價水平下降，我國風電發展十分迅速，截至到2012年底全國風電裝機容量已突破6 000萬kW，風電已經成為僅次于火電和水電的第3大電源。與火電等穩定電源不同，風電出力具有間歇性和波動性，風電的大規模開發對接入電網提出了巨大挑戰。我國風電長期以來重建設、輕運行、缺評價，尤其是缺乏全面有效的評價體系，一定程度上造成了目前風電產能過剩、消納困難等問題。因此，風電的評價技術對于指導風電健康有序發展具有重要的意義[3-4]。

1 風電評價技術研究現狀

目前，風電評價技術已經開展了一定的研究。文獻[3]從風電場容量有效度、風電場發電密集度、風電場運行安全度、風電場相對效益系數4個指標評價了風電場的發電可靠性；文獻[4]對風電利用水平評價的關鍵指標進行了研究；文獻[5]提出風電機組分布系數、風資源系數和損失系數3種指標，對風電場容量系數進行了評價分析；文獻[6]提出了單個并網風電機組在線運行狀態評估方法。現有風電評價技術多從可靠性的角度分析，評價分析偏向理論化，計算較為復雜，評價結果不太直觀，實踐性不強；評價對象多限于風電機組和風電場本身；對于風電接入電網的評價較少，評價體系還缺乏全面和系統性[3-7]。本文針對風電接入電網后的各項數據指標，基于實用性考慮，從運行水平、開發利用水平、經濟性和社會性4個方面進行全面和系統的評價，以便指導風電又好又快發展。

2 風電接入電網的評價指標體系

風電相比常規化石能源發電主要有3大特點：清潔、可再生和不穩定，風電接入電網的評價指標也主要圍繞這3個特點開展，分為運行水平、開發利用水平、經濟性和社會性4個方面。評價指標盡量采用相對值，這樣便于不同地區進行對比。

2.1 風電運行水平

該部分評價指標主要反映風電接入電網的運行水平，既反映風電場風機的運行水平，也反映電網調度的運行水平，具體分為：年平均利用小時、平均單機容量、風電場平均并網容量、風電場平均并網電壓、具備低電壓穿越能力的風機比例、安裝風功率預測的風電場比例、風電功率預測系統準確性。

1）年平均利用小時（h）

年平均利用小時=風電全年發電量/風電裝機總容量。該指標是風電評價最常用的指標，指風電一年中滿負荷運行的時間，充分反映風電機組的發電能力。該指標與很多因素相關，如：風力資源、系統調峰能力、網源結構、負荷需求特性，同時也與風電機組本身的可靠性密切相關[8]。目前風電的年平均利用小時一般在2 000 h左右[2，4]，國內最好的風電場（福建沿海）可以達到3 000 h以上，近年受到外送通道的限制，國內風電該指標在不斷下降。該指標是風電接入電網評價最常見、也是最重要的指標。

2）平均單機容量（MW）

平均單機容量=風電裝機總容量/風機總數量。該指標指風電單機容量的平均水平，反映風電的裝備水平。一般而言，發電機單機容量越大，技術水平越高、效率越高、經濟性也越好，風電機組也是如此。目前風電機組單機容量技術上已經可以達到10MW，實際裝機單機容量已有超過5MW的，國內風電單機容量一般在1.5~2MW左右，目前單機容量2.5~3MW的風機也正在實用推廣中[9]。

3）風電場平均并網容量（MW）

風電場平均并網容量=風電裝機總容量/并網點數量。該指標指風電場并網的平均容量，反映風電的并網規模。風電的開發利用以集中大規模為主，類似于其他發電方式，風電場的規模也越來越大，目前我國已有8個107kW級的風電基地。從單個并網點來看，目前風電場容量一般不超過1 000MW。

4）風電場平均并網電壓（kV）

風電場平均并網電壓=風電場1容量×并網點1電壓+……+風電場n容量×并網點n電壓/風電場總容量。該指標指風電場并網的平均電壓，反映風電的并網級別。該指標與風電并網平均容量是緊密關聯的，一定的并網容量對應著一定的并網電壓。隨著風電開發利用規模的擴大，風電的并網電壓也越來越高，我國西北、東北的風電已經亟需用特高壓送出。從單個并網點來看，目前風電場并網電壓一般不超過500 kV。

5）具備低電壓穿越能力的風機比例

具備低電壓穿越能力的風機比例=具備低電壓穿越的風機數量/風機總數量。早期采用異步發電機的風電機組一個重要問題就是需要從電網吸收大量無功，因此在電網電壓跌落的時候無法給電網提供電壓支撐，會造成風機脫網，從而進一步惡化電網電壓[10-11]。因此，低電壓穿越能力是風電機組必須具備的功能，而且必須滿足接入電網技術規范的要求。現在新型的雙饋或同步發電機可以靈活地控制有功和無功在正負空間運行，都具備低電壓穿越能力。該指標較為重要，是衡量風電運行的主要性能指標。

6）安裝風功率預測的風電場比例

安裝風功率預測的風電場比例=安裝風功率預測的風電場數量/風電場總數量。風電相對其他電源的一個重要問題就是由于風力大小的不確定導致發電功率輸出不穩定，給電網的調峰、調頻帶來很大壓力，因此需要對風電場的輸出功率進行預測，以更好地安排其他電源的發電計劃。風功率預測是基于天氣預報對風電場的風力大小進行預測，從而預估風電場的輸出功率。目前，稍大一點規模的風電場都要求安裝功率預測系統。該指標較為重要，對于風電運行有著較重要的影響。

7）風電功率預測系統準確性

風電功率預測系統準確性=風電場1功率預測準確性×容量+……+風電場n功率預測準確性×容量/安裝功率預測風電場的總容量。風電功率預測是風電運行一個很重要的功能，其預測結果的準確性對于電網運行（調峰、調頻）具有至關重要的作用。風電功率預測是個較為復雜的系統，受到多方面因素（天氣預報、預測算法，等）的影響，其效果還不太好，尤其是較長期功率預測準確性較差。目前風電功率預測系統24 h準確性一般在85%左右[2]。

2.2 開發利用水平

該部分評價指標主要反映風電資源在當地的開發利用情況，既反映已開發風電的利用水平，也反映未開發風電的潛力，具體分為：棄風電量比例、風電裝機容量占比、風電裝機容量與最大負荷比例、年發電量與全社會年用電量比例、風電瞬時出力占用電負荷比例最大值、地區可接納風電容量占比、地區風電開發水平。

1）棄風電量比例

棄風電量比例目前尚無權威計算公式，本文以（風電理論發電量-風電實際發電量）/風電理論發電量作為計算公式，理論發電量是按照實際風力大小計算得出。為了充分發揮風電清潔環保可再生的優點，一般情況下都是讓風電機組根據風力大小按照最大功率輸出。由于當地調峰電源（火電、氣電、抽水蓄能）較少、負荷較小，再加上大范圍輸送通道建設滯后，會導致棄風。該指標較為重要，對于風電的開發利用是比較嚴重的負面指標。

2）風電裝機容量占比

風電裝機容量占比=風電裝機總容量/地區裝機總容量（均指地區調度范圍）。裝機容量占比是反映風電開發利用的重要指標，可以很直觀地反映出風電資源占當地總資源開發利用的水平[4]。該指標越高，說明風電開發利用的水平越高。目前該指標的國際先進水平是在30%左右，蒙東、蒙西地區2012年底風電裝機容量占比已分別達到30%和20%左右，已達到國際先進水平。該指標的風電裝機總容量和地區裝機總容量均指地區調度范圍，并不是地區全部容量。該指標較為重要，能很直觀地反映風電的開發利用水平。

3）裝機容量與最大負荷比例

裝機容量與最大負荷比例=風電裝機總容量/地區最大負荷。反映了風力發電對于地區負荷供電的貢獻程度，同時可以直觀反映出風電的消納和送出情況。目前國內大型的風電基地裝機容量均已超過當地負荷需求，亟需要用通道送出。

4）年發電量與全社會年用電量比例

年發電量與全社會年用電量比例=風電年發電量/地區全社會年用電量。體現風電開發利用的重要指標，非常直觀地反映出風力發電對于當地負荷供電的貢獻程度。該指標越高，說明風電開發利用的水平越高。目前該指標的國際先進水平是在20%~ 30%左右，蒙東、蒙西地區2012年底該指標已分別達到28%和12%，已達到國際先進水平。該指標較為重要，能很直觀地反映風電的開發利用水平。

（5）風電瞬時出力占用電負荷比例最大值

風電瞬時出力占用電負荷比例最大值=max（風電瞬時出力/同一時刻負荷），統計周期為a。該指標反映了風力發電對于地區負荷供電的瞬時貢獻程度。統計周期為1 a，統計一年中的最大值。目前國內蒙東、蒙西風電瞬時出力占用電負荷比例最大分別達到84%和35%。

6）地區可接納風電容量占比

地區可接納風電容量占比=理論計算可接納風電容量/地區裝機總容量（以當前年計算）。該指標反映了地區風電的接納能力，體現了地區風電的可開發利用程度，是反映風電開發利用水平的重要指標。該指標與地區負荷情況、裝機情況有著密切的關系。地區負荷曲線較為平穩的話，該指標值會較高；可調度調峰電源較多的話，該指標值會較高；適當安裝儲能裝置，也可以提高該指標值[12-13]。該指標體現了風電開發的潛力，越大越好。

7）地區風電開發水平

地區風電開發水平=風電裝機總容量/地區風電資源裝機容量。該指標反映了該地區的風電開發規模，反映了該地區還有多少風電可以開發，反映了風電可開發利用的潛力。

2.3 經濟性

現有風電經濟性的指標評價一般多限于風電場本身的建設，多針對風電機組造價、風電場投資建設的費用進行計算分析，比較復雜[3，14]。一個地區的風電上網電價其實已經包含了風電機組造價、風電場建設費用等因素，通過風電上網電價與平均上網電價的高低關系能夠簡單直觀地反映出風電的經濟性水平。因此本文提出從上網電價的角度對風電經濟性進行評價，更便于操作，也更具有實際價值。

風電上網電價水平=風電購電均價/地區平均購電均價。該指標反映了風電上網電價與其他發電方式上網電價的對比關系，反映了風電與其他發電方式的經濟競爭力水平，該指標值越低越好。目前國內的風電上網電價在0.6元/（kW·h）左右，一般的平均上網電價在0.4元/（kW·h）左右，風電上網電價還高于常規火電，更是遠高于水電。該指標直觀反映了風電與其他發電方式的經濟競爭力水平，較為重要。

2.4 社會性

風力發電的主要優點就是清潔環保和不耗費能源資源，因此社會性的評價也主要從這兩方面開展。

1）減排效果

減排效果=風電減少污染量排放量/（風電減少污染量排放量+地區污染物排放總量）。該指標反映了風電在減少污染物排放方面的貢獻。用風電發出的電量折算成火電耗煤量，再計算出等電量火電需要排放多少污染物，就是風電減少污染量排放量。地區污染物排放總量可以參照當地環保局或者統計局的統計結果。該指標直觀反映了風電在清潔環保方面的作用。

2）節能效果

節能效果=風電節能規模/地區一次能源消耗總量。該指標反映了風電在節約能源資源方面的貢獻。用風電發出的電量計算出等電量火電需要耗費多少煤，就是風電節約能源資源的數值。地區一次能源消耗總量可以參照當地統計局的統計結果，一般來說，地區一次能源消耗總量已經包含了清潔能源的等值消耗。該指標直觀反映了風電在節約能源資源方面的作用。

綜上可得風電接入電網評價指標體系如表1所示。

表1 風電接入電網評價指標體系Tab.1 Evaluation syste Mofw ind power grid connection

3 結語

2012年底我國風電裝機容量已超過6 000萬kW，已經成為僅次于火電和水電的第3大電源，預計到2020年全國風電裝機將超過1.5億kW，風電具有很大的發展潛力。目前風電面臨著棄風和無序發展的問題，亟需要一套完善的評價體系來指導風電科學有序發展。本文基于實用性考慮，提出從運行水平、開發利用水平、經濟性和社會性4個方面對風電接入電網進行全面和系統的評價，為風電的推廣應用提供了量化的評價依據，為促進風電健康發展做出了積極貢獻。

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Evaluation Syste MofW ind Power Grid Connection

YANGXiaojing1，XUKe1，2，XUBing2，LIUWei1
（1.Tianjin Electric Power Corporation of StateGrid，Tianjin 300010，China；2.State Grid Corporation Research Office，Beijing 100031，China）

To solve the proble Mof lack of comprehensive and effective evaluation syste Mon wind power currently and promote the healthy and orderly development of wind power，the comprehensive and systematic evaluation of wind power grid connection is proposed fro Mthe level of operation，developmentand utilization，economy and society aspects based on the practical consideration.The operation levelevaluation is executed fro Mwind farms and grid operation point.The developmentand utilization levelofdevelopmentand utilization isexecuted fro Mthe developed and untapped potential.The economic evaluation isexecuted fro Melectricity price.The socialevaluation isexecuted fro Menergy saving and emission reduction.The complete evaluation syste Mis proposed，and the index definition is given.The indexmeaning isexplained，and the index average current isanalyzed.The evaluation syste Mis proposed in this paper with full coverage，simple calculation and strong practicality.

wind power；evaluation；operation level；developmentand utilization level；economy；society

TM614

A

1003-8930（2015）07-0091-05

10.3969/j.issn.1003-8930.2015.07.16

楊曉靜（1981—），女，碩士，工程師，主要從事電力系統自動化的研究。Email：xiaojing.yang@tj.sgcc.com.cn

2013-10-10；

2013-12-16

徐科（1979—），男，博士，高工，主要從事電力系統自動化和電網規劃的研究。Email：xudenke@yeah.net

許兵（1976—），男，本科，高工，主要從事電力系統自動化的研究。Email：bing-xu@sgcc.com.cn