根據(jù)《可再生能源法》的規(guī)定，電網(wǎng)企業(yè)要在保證電力系統(tǒng)安全的前提下，對風電實行“保障性全額收購”。但是，由于風電通過轉化大自然的風能進行發(fā)電，具有可用率低、波動性強、反調峰（指風電在系統(tǒng)負荷低谷時段出力大于系統(tǒng)高峰時段出力的情況出現(xiàn)頻率較高的特征）等特性，在風電比重不斷提高的情況下，為保證電網(wǎng)安全，系統(tǒng)無法使風電百分之百得到利用，適度棄風是合理且必要的選擇。
目前，我國特別是“三北”風電規(guī)模化開發(fā)地區(qū)棄風情況比較嚴重，給風力發(fā)電企業(yè)帶來較大的經(jīng)濟損失，挫傷了投資者在風電基地繼續(xù)建設項目的積極性，并影響我國風電持續(xù)健康發(fā)展。風電棄風的主要原因是什么、較高比例的棄風是否合理、如何提高系統(tǒng)消納風電能力等問題值得深入研究。
一、我國風電棄風主要原因分析
根據(jù)近期國家電監(jiān)會發(fā)布的《風電場棄風電量計算辦法（試行）》規(guī)定，風電場棄風電量是指受電網(wǎng)傳輸通道或安全運行需要等因素影響，風電場可發(fā)而未能發(fā)出的電量，該電量不包括風電場因風機自身設備故障原因未能發(fā)出的電量。
根據(jù)以上規(guī)定，風電棄風的直接技術原因可以劃分為電力系統(tǒng)檢修或故障、風電送出通道輸電能力不足、系統(tǒng)調峰（調頻）能力不足等三類。
1. 電力系統(tǒng)檢修或故障。
電力系統(tǒng)檢修或故障是指電力系統(tǒng)中，靠近風電場或有一定距離的元器件出現(xiàn)計劃檢修或事故停運，風電場送出受到影響而產(chǎn)生的棄風。一般來說，風電場至系統(tǒng)第一落點的專用送出線路因為檢修或者故障而停運，會直接導致風電場停運或出力受限而產(chǎn)生棄風；同時，專用送出線路之外的系統(tǒng)中其它線路、變電設備停運，也有可能影響風電運行而產(chǎn)生棄風。
由于送電線路計劃檢修一般會安排在風電出力較小季節(jié)，而電力設備出現(xiàn)故障屬于偶發(fā)事件，概率較低，因此電力系統(tǒng)檢修或故障原因造成的棄風電量占總棄風電量的比重不高，大致在10%以下。
2. 風電送出通道能力不足。
與常規(guī)電源相比，風電機組的利用率相對較低，根據(jù)風資源統(tǒng)計，我國“三北”風電基地機組年資源利用小時為2200-2800小時，風電場總出力大于總裝機容量60%的概率一般在5%以下。因此，為了提高風電場送出線路及輸電通道的利用率，在風電場送出工程設計過程中都會進行優(yōu)化研究，通常將送出線路及輸電通道的送電能力確定為“滿足95%情況下風電外送或風電場總裝機容量的60%左右”。因而，一年中為數(shù)不多的情況下，風電場會由于送出通道能力不足而出現(xiàn)棄風。
據(jù)初步分析，受通道能力不足導致的棄風量占總棄風電量的比重在10%-50%，東北、華北電網(wǎng)比重相對較低，受河西走廊輸電能力制約，西北風電受通道原因造成棄風的比重相對較高。
3. 系統(tǒng)調峰（調頻）能力不足。
我國“三北”風電基地中，華北、東北電力系統(tǒng)都是以火電為主，其中華北電網(wǎng)幾乎為純火電系統(tǒng)，僅建有少量抽水蓄能電站承擔備用、調峰、調頻任務，東北電網(wǎng)水電裝機（含抽水蓄能）850萬千瓦左右，占系統(tǒng)裝機比重也不足10%。
由于東北、華北電網(wǎng)調峰調頻電源（水電、蓄能及燃氣電站等）少，系統(tǒng)調峰主要依靠火電自身調節(jié)能力，進入冬季后大量熱電聯(lián)產(chǎn)機組承擔供熱任務，調峰能力大大下降，在不考慮風電并網(wǎng)的情況下，系統(tǒng)調峰已經(jīng)十分困難，當具有波動性、隨機性和較強反調峰特性的風電大規(guī)模（超過系統(tǒng)消納能力）接入后，為了滿足調峰要求，保證系統(tǒng)安全，只能被迫進行棄風調峰。
調峰能力不足是造成目前我國特別是華北、東北地區(qū)風電棄風的主要原因，調峰能力不足引發(fā)的棄風電量占總棄風電量的比重在40%-90%。
二、提高含風電的電力系統(tǒng)整體運行效率的技術措施
若希望減少風電棄風，就應該針對原因分析研究相應措施。需要強調的是，當提出一項措施時，不能將是否減少風電棄風作為唯一指標來衡量措施的優(yōu)劣，而應從全社會效益出發(fā)，綜合、全面地評價該措施在技術、經(jīng)濟、環(huán)保等方面的投入產(chǎn)出狀況。
1. 加強系統(tǒng)安全管理，優(yōu)化設備檢修安排。
通過強化制度建設、推行精細化管理，能夠有效降低輸變電設備故障概率，提高風電送出工程可靠性，避免因故障引起限電和棄風；通過總結風電出力特性，合理優(yōu)化輸變電工程年度、季度計劃檢修安排，避開風電大發(fā)季節(jié)和時段，也有利于減少棄風損失。
2. 優(yōu)化風電送出方案，擴大風電消納范圍。
對于風電場至系統(tǒng)第一落點的專用送出線路來說，當線路送電能力等于風電場裝機時，線路的年利用小時就等于風電機組利用小時即2000多小時；而當線路送電能力等于風電場裝機的60%（可保證95%概率下風電出力的外送），線路的利用小時大約上升至4000小時。
為了提高送電工程的利用率，適度降低線路送電能力是合理的，在風電場接入系統(tǒng)、送出工程可研中，應開展專題研究確定送電能力。
當風電機組所在地區(qū)的電網(wǎng)沒有足夠消納能力時，可以通過電網(wǎng)間已有聯(lián)絡線裕度或新建聯(lián)網(wǎng)送電通道，將風電送至其他省、區(qū)域電網(wǎng)消納。在新建遠距離送電通道輸送風電前，需進行全面深入的分析論證。由于利用小時數(shù)低，單純?yōu)檩斔惋L電而建設遠距離輸電通道往往是不經(jīng)濟的，應結合送受端資源、負荷等情況，因地制宜采取風火打捆、風水打捆等方式，提高送電通道的利用效率。例如我國西北的新疆、青海等地區(qū)就具備風火、風水打捆外送的基礎條件。
3. 建設抽水蓄能、燃氣發(fā)電等調峰電源。
抽水蓄能電站啟停速度快，并可在負荷低谷時段抽水運行，最大調節(jié)能力為裝機容量的2倍，建設抽水蓄能電站是滿足系統(tǒng)調峰需求、避免因調峰能力不足棄風的有效措施。但抽水蓄能電站也有兩點主要不足，一是電量損失，目前大型高效抽水蓄能機組在一次低谷抽水、高峰發(fā)電的轉換過程中需產(chǎn)生25%左右電能損失；二是受地理環(huán)境條件制約，尤其是北方地區(qū)供建設抽水蓄能的廠址資源較為有限。
單循環(huán)燃氣機組，建設成本低、運行靈活、啟停速度快，具有良好的調峰性能。燃氣蒸汽聯(lián)合循環(huán)機組，能量利用率高、運行相對靈活，但在需要穩(wěn)定供熱的情況下，調峰能力受到很大制約。
綜上所述，蓄能、單循環(huán)、聯(lián)合循環(huán)機組都具備調峰能力，但又有各自不同的技術經(jīng)濟特性，為了減少棄風電量，可以通過擬定不同規(guī)模、不同類型調峰機組方案，進行投資、運行成本、棄風量等綜合技術經(jīng)濟分析，以獲取相同風電上網(wǎng)電量前提下系統(tǒng)總成本最低為目標確定最優(yōu)方案。
4. 采用電池儲能、壓縮空氣儲能、制氫儲能等新型儲能手段。
近年來，隨著科技創(chuàng)新和技術進步，儲能技術和手段也不斷豐富。電化學儲能方面，在鉛酸電池的基礎上，發(fā)展出鋰離子、磷酸鐵鋰、鈉硫電池、液流電池等多種技術；其他方面有飛輪、壓縮空氣、超級電容、超導以及電解制氫儲氫等新型儲能手段。
以上所列的儲能技術各自有不同的技術特點，但也有共同點。與抽水蓄能相比，這些儲能手段的優(yōu)勢是基本不受地理環(huán)境條件制約，劣勢是成本高昂（制氫儲氫除外）。在目前技術水平下，這些儲能技術大規(guī)模應用時，若實現(xiàn)與抽水蓄能相當?shù)某浞烹娙萘浚?-6小時），則單位千瓦造價均達到8000-10000元以上，超過陸上風電機組平均造價。當我們?yōu)闇p少風電棄風而建造新型儲能工程，一般情況下，儲能工程每年能挽回的風電棄風電量利用小時數(shù)很難超過風電機組發(fā)電小時數(shù)（2000多小時），因而相比于建設儲能項目不如建設更多的風電機組。如果再考慮電能儲存轉換效率帶來的損失，將更加得不償失。目前在一些風電場就地配置了電池儲能設備，對平滑風電出力、提高電能質量起到了一定作用，但若從參與系統(tǒng)調峰、減少棄風損失方面看，經(jīng)濟上都是不可行的。
電解制氫、儲氫成本相對較低，但制備出的氫氣缺乏后續(xù)產(chǎn)業(yè)鏈支撐，難以低成本、高效率地加以利用，需待燃料電池汽車等新技術取得突破后，才有可能具有可行性。
5. 推動輔助服務市場化，挖掘利用常規(guī)機組調峰調頻潛力。
一般情況下，承擔調峰調頻任務的機組不但會遭受發(fā)電量損失，而且由于頻繁、大幅度調節(jié)機組出力，會產(chǎn)生能耗增大、設備壽命受損、檢修維護費用增加等損失。鑒于現(xiàn)行電價、管理體系并不完善，上述損失難以得到補償，發(fā)電企業(yè)參與調峰調頻的積極性普遍不高，常規(guī)機組調峰調頻能力裕度尚未完全發(fā)揮。
制定完善調峰調頻輔助服務市場化機制，建立風電棄風和常規(guī)機組深度調峰的成本價格發(fā)現(xiàn)平臺，促使供需在雙方均可獲益的平衡價格點上達成交易，并輔以合理的政策性補貼，將能夠有效調動常規(guī)機組加強技術改造、參與系統(tǒng)調峰的積極性，合理減少風電棄風。
6.建設電鍋爐供熱工程，利用低谷棄風電量。
目前，在部分供熱期長、風電棄風較嚴重地區(qū)，已經(jīng)開始研究并示范電鍋爐供熱工程。受條件限制，作者還未能赴實地調研了解，以下分析可能有不妥之處。
建設電熱鍋爐后，若僅采用風電棄風電量供熱，則存在隨機性、不穩(wěn)定性的缺點，無法單獨為熱用戶提供服務，只能作為常規(guī)供熱手段的補充；若使電熱鍋爐保持連續(xù)穩(wěn)定供熱運行，將可作為有效的熱源并替代常規(guī)供熱設備，并顯著提高低谷負荷率，降低系統(tǒng)峰谷差，改善風電消納條件，但在沒有風電棄風的時段，電熱鍋爐將大量消耗有效電能，大幅度提高成本、降低能源效率，經(jīng)濟性也很難保證。
綜合考慮，建議重點在風電棄風量大、熱價承受能力強、環(huán)保要求高或集中供熱未覆蓋的地區(qū)，研究居民及商業(yè)用戶采用或改造為電采暖方式的技術經(jīng)濟特性，并確定最佳規(guī)模，在方案總體合理的前提下，給以補貼政策，引導最佳規(guī)模的實現(xiàn)。
7. 加強需求側管理（DSM），改善負荷特性。
隨著我國智能電表等智能用電技術不斷成熟和推廣應用，采取靈活電價手段推動DSM發(fā)展的條件更加完備，DSM在減小峰谷差、改善系統(tǒng)特性、促進風電消納等方面一定會發(fā)揮更大作用。
8. 加強風電出力預測，優(yōu)化系統(tǒng)調度運行。
準確的短期風電出力預測，能夠幫調度員優(yōu)化日、周的機組啟停、備用分配、跨區(qū)送電曲線等系統(tǒng)運行方式，為風電消納創(chuàng)造最佳的短期運行環(huán)境；較為準確的中長期風電預測，能夠幫助調度員優(yōu)化安排發(fā)電機組檢修、風電場送出線路及重要斷面設備檢修、跨區(qū)送電安排等系統(tǒng)季度、年底生產(chǎn)檢修計劃，為風電中長期消納創(chuàng)造條件，最大限度避免棄風出現(xiàn)。
在優(yōu)化系統(tǒng)運行方面，可以通過提高短期中期負荷預測準確性、優(yōu)化網(wǎng)絡潮流、提高重要斷面輸電能力，以及優(yōu)化跨地區(qū)送電曲線，改進調度運行優(yōu)化模型、算法與程序等多種措施，優(yōu)化系統(tǒng)運行方式。
三、有關建議
1. 加強統(tǒng)一規(guī)劃，實現(xiàn)風電合理、有序、優(yōu)化開發(fā)。
風電大量棄風從技術上可歸納為送出線路檢修或故障、送電線路能力不足、系統(tǒng)調峰能力不足等幾方面原因，但深入到管理層面，主要就是沒有堅持科學研究、統(tǒng)一規(guī)劃，沒有按照規(guī)劃目標嚴格項目核準，確保規(guī)劃落實，導致風電不合理地過快發(fā)展、過度集中布局而引發(fā)的后果。
科學統(tǒng)一的發(fā)展規(guī)劃應該在全國清潔能源發(fā)展總體目標和可承受的電價財政補貼額度的指導下，提出規(guī)劃水平年風電上網(wǎng)電量目標，擬定多種風電裝機規(guī)模及布局方案，并綜合多種風電就地及跨區(qū)域消納方案、調峰調頻機組配置方案、DSM方案、優(yōu)化調度方案等，優(yōu)選出滿足風電上網(wǎng)電量條件下全社會、全系統(tǒng)成本最低的方案作為推薦方案。以推薦的風電開發(fā)規(guī)模和布局方案為基礎，制定出風電發(fā)展政府規(guī)劃，并嚴格按照規(guī)劃審批核準風電項目。
2. 優(yōu)先采取輔助服務市場化、風功率預測、優(yōu)化調度等手段減少棄風。
加強設備檢修維護、推動輔助服務市場化、加強DSM管理、提高風功率預測精度、優(yōu)化調度運行方式等管理措施，均不需要大量資金投入，措施得當可以充分挖潛系統(tǒng)潛力，增加風電消納，經(jīng)濟、環(huán)保和社會效益十分顯著。
3. 合理布局建設抽水蓄能、燃氣發(fā)電等調峰電源項目。
抽水蓄能與燃氣發(fā)電機組運行靈活、成本相對較低，是目前條件下具備經(jīng)濟競爭力的調峰手段。結合到具體地區(qū)，還應全面掌握電源、負荷及資源稟賦等特性，深入分析棄風電量和特點，對調峰機組總量、類型等進行優(yōu)化研究。抽水蓄能機組運行最靈活、調峰能力最強，在資源條件具備的情況下，可優(yōu)先選擇。單循環(huán)燃氣機組靈活性強、建設成本低，在單純?yōu)榻鉀Q調峰不足、棄風量大的問題時，可優(yōu)先選擇。
4. 研究風電與其他電源打捆外送，合理擴大風電消納市場。
我國西北、華北和蒙東等風電資源豐富地區(qū)，也蘊藏著豐富的煤炭、水電等能源，具備同時建設風電基地及煤電、水電基地的條件。采取風電與煤電、水電等常規(guī)電源打捆外送，可有效擴大風電消納市場，同時避免風電單獨外送通道利用率低的問題，對減少風電棄風具有積極作用。同時，要研究解決好配套電源調節(jié)能力、系統(tǒng)運行穩(wěn)定性、受電地區(qū)調峰等問題。
5. 規(guī)范棄風管理，合理棄風。
理論和實踐經(jīng)驗都表明，在我國北方風電大規(guī)模集中開發(fā)地區(qū)，做到風電電量百分百消納技術上難以實現(xiàn)，經(jīng)濟上也不盡合理?？茖W的做法是采取整體優(yōu)化措施，通過合理棄風，保障更多風電接入。
同時，應對風電棄風進行科學規(guī)范的管理，一是政府主管部門牽頭制定并公布棄風管理辦法，完善棄風管理機制；二是加強棄風統(tǒng)計和信息公開，避免暗箱操作，保障公平對待各發(fā)電企業(yè)；三是加強棄風分析和預測研究，提供投資方、政府決策機構和社會公眾對棄風的合理預期。
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