江蘇地區海上風電產業及其非并網模式研究

◎李展聰 鐘妍

一、前言

我國擁有豐富的風力資源，但目前開發的程度仍只占總儲量的一小部分，如果得到開發能大大緩解我國能源緊缺的問題。但由于風力產生的電能具有不穩定性，風能并網發展并不是最優選擇。出于這樣一個環境下，我們把目光放在江蘇地區海上風電產業上，并對其非并網模式發展做一個研究，通過局部的發展探究全國海上風電產業的發展方向。

二、江蘇地區發展海上風電產業的優勢

1.地理位置優越，風能豐富。

江蘇省是我國風能資源最大的地區之一，且風力狀況良好，適合風力發電。江蘇為我國東南沿海地區，由于背靠世界上最大的大陸——亞歐大陸，面向世界上最大的還有——太平洋，海陸熱力性質明顯，冬夏季風力強。

且江蘇的海域面積大，海岸線長度長，約900 多公里，近海有大陸架支持，海拔低，海上風電機組安裝難度較低，同時還能減少占用陸地面積，節約土地成本。

2.科研技術水平高，投入大。

3.經濟發達，對能源需求旺盛。

江蘇省作為我國的經濟大省，其能源消耗也是巨大的。

據江蘇省統計局統計：

2018 年江蘇省全社會用電量累計6128.27 億千瓦小時，比上一年累計增長5.5%，其中工業用電量累計4396.06 億千瓦小時，比上一年度累計增長2.9%。江蘇省每年電力消費都十分巨大，而其中有一部分電力是依靠省外調進。 2018 年發電量為5085.08 億千瓦小時，僅占社會用電量的83.00%，這說明有超過一成的電力是由省外調進。若由省外調進的電力能由省內生產代替，必然帶動省內電力相關產業進一步發展。

三、江蘇海上風電并網和非并網模式對比分析

1.海上風電并網存在劣勢。

（1）風電具有不穩定性，會對電網安全造成影響。

由于風力本身具有一定的波動性，因此由風力產生的電能具有不穩定性，貿然接入電網會對電網的穩定性產生影響。據統計，江蘇風電場的風電在24 小時內具有同期性，即風電場的風電波動情況基本一致，其風場負荷基本是在22：00-00：00 左右達到最高峰，在06：00-08：00 左右為整一天風場負荷的低峰期。從整體上看，風電場產生的風電無法在風電場之間進行互補，促使發電量穩定。因此，風電場發電具有不穩定性，會對供電質量造成影響，貿然接入電網會破壞電網原本的穩定。

（2）我國風電難以使用其他電能進行調峰。

我國發電方式主要以火力發電為主。如圖1 所示，2018 年，在全國發電量中，其中有73.32%的發電量來源于火力發電，16.24%來源于水力發電，接著依次是核能發電、風力發電和其他發電方式，分別占比為4.33%、1.32%和4.79%。

近年來，中國社會人口老齡化程度正在逐步加深，《中國老齡產業發展報告》指出，2022-2030年，我國60歲以上老年人將由2.6億增長到3.7億，“空巢老人”占老年人口比例近50%，失能、半失能老年人占比達18.3%。預計到2030年，我國需要專業化養老護理員6800萬人，養老護理員越來越稀缺。

圖1 全國不同發電方式的發電量比例圖

我國這樣的發電方式結構很難為風電進行調峰。用于火力發電的鍋爐燃燒系統，其原理是將熱能轉化為機械能再轉化為電能，以這種方式產生的電能具有滯后性，無法準確地為風電即時性地調峰。同理，核電的發電方式也決定了其很難為風電進行調峰。即使水電也會受到季節的影響，水電廠對其它電能的調峰作用一般是在枯水期期間完成的，且水電廠建設還會受到地形的影響，江蘇地勢平坦，水能并不豐富，難以為風電進行調峰。

2.海上風電非并網模式的優越性

（1）高能產業低碳化——電解鋁。

目前我國已經掌握了將非并網風電用于電解鋁生產的技術。我國科研人員已在實驗室煉出第一塊由非并網風電供能的鋁錠，并以此為風電電解鋁的建設奠定基礎，著手建設年產1000噸鋁的風電電解鋁示范工程。

將非并網風電用于電解鋁行業，不僅能夠促進我國能源消費結構調整，還能通過海上風電與電網同時供電的新型供電系統，能夠最大程度地保證電解槽的連續供電，減少因風力波動造成的電力波動的影響，保證了鋁電解液溫度的穩定。電解鋁行業通過加大海上風電的使用率，減少對電網的依賴性，達到一個節能減排的效果，也為自身找到一個低碳化的道路。

（2）電解水制氫，促進綠色能源發展。

我國是一個煤炭大國，傳統的制氫方法是通過煤的焦化和氣化來制作氫氣，這是具有我國特色的制氫方式。這種方式碳排放量大，不利于綠色發展。電解水制氫無污染，而且制作的氫氣純度極高，若將海上風電與電解水制氫相結合，這樣能省去并網的輔助設備，直接使用直流電制氫，既保證了電網的安全，同時又使海上風電的利用率達到最大化，避免了棄風問題造成能源浪費。

2019 年3 月，國內首個風電制氫項目設備在河北張家口完成安裝，這個項目建成后，每年能夠提供1752 萬標準立方米的氫氣。這種不并網直接利用風電制氫同樣適合江蘇發展。

（3）非并網風電與海水淡化相結合。

海水淡化是一項高耗能的技術，新型的海水淡化設備能夠適應風電波動所引起的電力波動，更好地保持內部熱能平衡，提高能源利用效率。

運用海上風力發電機為海水淡化設備進行供能，不僅能更好地利用風力，還能就近為沿海海島等淡水資源缺乏的地區輸送淡水，解決這些地區淡水資源運輸困難的問題。且現非并網風電海水淡化技術已經成熟，已經逐步在各地運行。

2018 年，北京順利通過了評審非并網風電海水淡化一體化裝備（12000 噸/日）示范項目。

（4）構建智能供電網。

江蘇省是我國經濟大省，同時也是用電大省。在2018 年中，江蘇省以6128.27 的電力消費量在全國所有地區中位列第二，僅次于廣東省。

對電力的需求旺盛的江蘇地區，雖然海風資源豐富，但是由于風電的不穩定性，如不將海上風電調峰再接入電網，會對電網穩定造成破壞。有沒有一種兩全之策，又能充分利用海上風電，又能避免風電直接沖擊電網。如能構建一個新型智能供電網。

構建一個智能供電網，海上風電不入電網將直接向智能供電網輸送，智能供電網根據分析風電波動周期，當風力發電能滿足日常電力需求時，采用風電直供給終端用戶；同理，當風力發電不能滿足終端用戶需求時，將按一定比例輸送電網電力以滿足終端用戶的用電需求。這樣既避免了風電并網對電網的破壞，又能最大程度地使用海上風電。而且比起傳統的將風電并網再輸送給用戶，這樣的新模式減少了并網的中間環節，一定程度上降低了發電成本。

四、結語

我國海上風電產業的發展前景仍然非常廣闊，然而江蘇省作為我國經濟發達的地區，其對能源的需求必然是龐大的，并且江蘇本身也有能力去開發海上風能，所以如何開發，如何利用成為我們值得思考的問題。海上風電非并網模式是江蘇地區海上風電產業發展的一條可行且嶄新的道路。在未來，海上風電非并網模式必然是大勢所趨，成為風電產業發展的主要模式。