當(dāng)前，風(fēng)力發(fā)電占丹麥電力供應(yīng)的20％左右。在丹麥，有近5200臺(tái)風(fēng)力發(fā)電機(jī)，總裝機(jī)容量超過3100兆瓦。如果風(fēng)速達(dá)到10米/秒，這些風(fēng)機(jī)發(fā)的電可滿足丹麥所有家庭高峰時(shí)段的用電量。丹麥已成為全球風(fēng)電行業(yè)的翹楚，而其成功的秘訣就在于健全的體制和完備的條件。
電網(wǎng)規(guī)劃和建設(shè)
丹麥早在1981年就制定了首個(gè)能源計(jì)劃，提出到2000年風(fēng)電裝機(jī)約900兆瓦，滿足10%電力需求。由于政府的支持、補(bǔ)貼，該目標(biāo)于1997年提前實(shí)現(xiàn)。
1984年，丹麥出現(xiàn)了第一部有效期為10年，由風(fēng)機(jī)制造商、風(fēng)電開發(fā)商和電力公司三方共同簽署的“自愿協(xié)議”。根據(jù)該協(xié)議，電網(wǎng)不僅要收購風(fēng)電，同時(shí)要為并網(wǎng)提供方便，此外電網(wǎng)按銷售價(jià)格的85%收購風(fēng)電。1992年，政府用法律形式對該協(xié)議加以固定。
2003年，丹麥又提出到2030年風(fēng)電占所有發(fā)電量50%的目標(biāo)，新增的相當(dāng)一部分將來自于近海風(fēng)電。2005年在丹麥哥本哈根召開的決策研討會(huì)明確了海上風(fēng)力發(fā)電的發(fā)展阻礙，重點(diǎn)討論了各職能部門之間解決方案的可行性、方法和結(jié)構(gòu)合作。
風(fēng)力發(fā)電需要有電網(wǎng)強(qiáng)有力的支撐，強(qiáng)大的電網(wǎng)可以把風(fēng)電從發(fā)電的地方送到最需要電力的地方。丹麥國家電網(wǎng)公司每年都花費(fèi)數(shù)億克朗，用于擴(kuò)展和加強(qiáng)丹麥電網(wǎng)的建設(shè)以及與其他國家電網(wǎng)之間的聯(lián)系。在完成每一個(gè)具體的項(xiàng)目前，都會(huì)事先進(jìn)行強(qiáng)有力的規(guī)劃，例如評估風(fēng)電場的位置以及估算新電網(wǎng)的鋪設(shè)等。
在規(guī)劃和建設(shè)電網(wǎng)時(shí)，丹麥特別重視與周邊國家的合作。當(dāng)?shù)湹娘L(fēng)電發(fā)電量超出其用電所需，多余的電力就輸送到挪威和瑞典，以幫助這兩個(gè)國家節(jié)省用以發(fā)電的水資源。而當(dāng)無風(fēng)的時(shí)候，位于挪威和瑞典境內(nèi)的水電站開始運(yùn)轉(zhuǎn)，把電輸送到丹麥。當(dāng)然，實(shí)現(xiàn)這種電力的互送對電網(wǎng)的堅(jiān)固程度有相當(dāng)高的要求。北歐電力市場現(xiàn)在已經(jīng)可以實(shí)現(xiàn)這種電力輸送。
目前，為了更好地開發(fā)風(fēng)電，歐洲各國正在積極合作，加強(qiáng)跨國電網(wǎng)建設(shè)。歐洲風(fēng)電并網(wǎng)研究（EWIS）項(xiàng)目覆蓋了歐洲所有的四個(gè)電力系統(tǒng)（TSO）——歐洲大陸互聯(lián)電網(wǎng)、英國電網(wǎng)、愛爾蘭電網(wǎng)和北歐電網(wǎng)。來自歐盟13個(gè)國家的15個(gè)輸電運(yùn)營商組成團(tuán)隊(duì)，共同負(fù)責(zé)此項(xiàng)研究。這是第一次由來自歐洲四個(gè)地區(qū)的國家共同打造未來的歐洲電力供應(yīng)。
制定并網(wǎng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)
丹麥在20世紀(jì)80年代就發(fā)布了第一個(gè)電網(wǎng)并網(wǎng)導(dǎo)則，那時(shí)，風(fēng)電還被認(rèn)為是一種邊緣的、非主流的電力能源。風(fēng)機(jī)多是小容量機(jī)組，或者是在同一點(diǎn)并網(wǎng)的風(fēng)機(jī)數(shù)量較少。該并網(wǎng)導(dǎo)則的誕生是為了應(yīng)對配電網(wǎng)絡(luò)的安全運(yùn)行，因此，那時(shí)，并網(wǎng)導(dǎo)則對風(fēng)機(jī)執(zhí)行控制功能并沒有提出要求，只是要求風(fēng)機(jī)在必要時(shí)可以退出運(yùn)行，直到電網(wǎng)恢復(fù)正常的電壓和電流狀態(tài)時(shí)再并網(wǎng)。
這個(gè)情況一直持續(xù)到1997年丹麥公布了近海風(fēng)力發(fā)電場的建設(shè)規(guī)劃后，才開始有所改變。根據(jù)該規(guī)劃，丹麥要在20年內(nèi)建造一座裝機(jī)容量為150兆瓦的近海風(fēng)力發(fā)電場，然后接入電壓等級在100千伏以上的電網(wǎng)。丹麥國家電網(wǎng)公司意識(shí)到，這種情況下需要對風(fēng)機(jī)的發(fā)電量進(jìn)行更好的控制。他們成立了一個(gè)小組，專門開發(fā)電網(wǎng)并網(wǎng)導(dǎo)則，并于1999年公布了第一個(gè)對風(fēng)機(jī)提出控制功能要求的電網(wǎng)并網(wǎng)導(dǎo)則。
同時(shí)，陸上風(fēng)電場裝機(jī)容量的提高也帶動(dòng)了針對接入低壓電網(wǎng)的風(fēng)電場并網(wǎng)導(dǎo)則的發(fā)展，導(dǎo)則對這些風(fēng)機(jī)提出了類似的要求。由于在許多地區(qū)發(fā)電量經(jīng)常大于用電量，配電網(wǎng)絡(luò)里的風(fēng)力發(fā)電量要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于負(fù)荷用電量，因此，并入低壓電網(wǎng)的風(fēng)機(jī)的控制功能就顯得非常重要。
從整體上看，丹麥的風(fēng)電并網(wǎng)導(dǎo)則，經(jīng)歷了從早期不分電壓等級的一項(xiàng)規(guī)定發(fā)展成為100千伏以上和100千伏以下電壓等級并網(wǎng)的兩項(xiàng)技術(shù)規(guī)定。目前，幾乎所有小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)都并入配電網(wǎng)，例如電壓在20千伏或更低的配電網(wǎng)。而大型陸上風(fēng)機(jī)一般接入電壓在30千伏-60千伏的電網(wǎng)。只有大型近海風(fēng)力發(fā)電場才會(huì)直接并入132千伏-150千伏的輸電網(wǎng)。
維持電力系統(tǒng)平衡
當(dāng)?shù)渿译娋W(wǎng)公司的調(diào)度員置身于控制中心，力圖維持電力系統(tǒng)的平衡時(shí)，有兩件武器必不可少，一是完善的硬件系統(tǒng)，二是快速的人工干預(yù)。那么，這種控制是怎么實(shí)現(xiàn)的呢？
風(fēng)速變化1米／秒，對于一個(gè)大型風(fēng)電場來說就意味著發(fā)電量的劇烈波動(dòng)。因此，風(fēng)力預(yù)測是首要的控制工作。丹麥國家電網(wǎng)公司每天會(huì)從三個(gè)不同的氣象預(yù)報(bào)公司接收四次天氣預(yù)報(bào)，然后利用先進(jìn)的軟件系統(tǒng)預(yù)測何時(shí)天氣預(yù)報(bào)所述的風(fēng)力變化會(huì)影響到風(fēng)機(jī)，以及分析這些變化對整個(gè)電力系統(tǒng)帶來的影響。
不過，實(shí)際風(fēng)速和預(yù)測風(fēng)速完全吻合的情況很少。正如丹麥國家電網(wǎng)公司的總調(diào)度員拉爾斯·佛格特·安德森所說，30%到40%的預(yù)測誤差都不奇怪。因此，控制中心的工作人員必須時(shí)刻關(guān)注風(fēng)機(jī)的發(fā)電量。一旦實(shí)際發(fā)電量超出預(yù)測的范圍，他們必須馬上采取行動(dòng)進(jìn)行調(diào)整，從而把發(fā)電量的波動(dòng)控制在可應(yīng)對的范圍內(nèi)。
解決風(fēng)電波動(dòng)的問題，控制中心的工作人員主要采用兩個(gè)辦法，他們稱之為上行調(diào)節(jié)和下行調(diào)節(jié)。這有點(diǎn)類似于開車：要加速時(shí)，就踩油門；如果開得太快，就踩剎車。在系統(tǒng)里，一些電廠起到油門的作用，可以把功率提高到需要的水平；另一些電廠起到剎車的作用，可以迅速降低功率。
當(dāng)電力供給過剩時(shí)，工作人員可以通過遠(yuǎn)程遙控操作，把葉片從正常運(yùn)轉(zhuǎn)位置旋轉(zhuǎn)90度，從而使風(fēng)機(jī)在不到一分鐘的時(shí)間里面停止轉(zhuǎn)動(dòng)。現(xiàn)在，丹麥所有新的風(fēng)力發(fā)電機(jī)都安裝了緊急制動(dòng)裝置。
風(fēng)電與大規(guī)模蓄能裝置的配套應(yīng)用，也是重要的調(diào)節(jié)途徑。例如，在熱電聯(lián)產(chǎn)發(fā)電站，電熱鍋爐可以把電能轉(zhuǎn)化為熱能。
在天氣多變的時(shí)候，丹麥全國的風(fēng)機(jī)發(fā)電功率可能在幾小時(shí)內(nèi)就從0上升到3100兆瓦，也可能從3100兆瓦下降到0。穩(wěn)定而充足的供電有賴于后備電源的調(diào)節(jié)，一旦風(fēng)變小或停止，就必須有其它后備電源及時(shí)補(bǔ)充。燃煤發(fā)電是一種選擇，而挪威的水電也是很好的選擇。
商業(yè)化運(yùn)營風(fēng)電
每天調(diào)配大量的風(fēng)電，對于丹麥國家電網(wǎng)公司來說是必須面對的挑戰(zhàn)。作為電力系統(tǒng)的運(yùn)營商，丹麥國家電網(wǎng)公司應(yīng)該時(shí)刻保證電力供需平衡。這種平衡還可以靠電力市場交易來實(shí)現(xiàn)。
“在丹麥，電價(jià)對于并網(wǎng)的風(fēng)電量非常敏感，任何并網(wǎng)電量的變化，都會(huì)導(dǎo)致電價(jià)的上漲或者下跌。”北歐電力交易中心市場部總監(jiān)安德斯·普雷德普·霍姆勒說。當(dāng)風(fēng)機(jī)快速運(yùn)轉(zhuǎn)，大量風(fēng)電輸入電網(wǎng)的時(shí)候，電價(jià)將隨之走低。在丹麥，這種情況非常普遍，尤其在發(fā)電量超過用電量的時(shí)候。
至于風(fēng)電可以在多大程度上左右電力市場的價(jià)格，安德斯·普雷德普·霍姆勒覺得很難估算。每天，北歐電力交易中心都要根據(jù)未來24小時(shí)的電力供需預(yù)測情況，逐個(gè)小時(shí)地給出電力報(bào)價(jià)。當(dāng)風(fēng)力發(fā)電量超過丹麥用電需求時(shí)，市場電價(jià)會(huì)下降。而當(dāng)發(fā)電量超過整體用電量時(shí)，最終結(jié)算價(jià)格很可能跌到零。
從今年起，北歐電力市場推出了負(fù)電價(jià)制度，這意味著，當(dāng)電力市場飽和的時(shí)候，供電商如果要發(fā)電，就必須付費(fèi)。負(fù)電價(jià)制度旨在敦促發(fā)電廠及時(shí)停止發(fā)電，以便減輕維持電力供需平衡的工作。
不管電價(jià)如何變動(dòng)，每年總有一次或兩次，丹麥風(fēng)電發(fā)電量會(huì)超過其用戶所需。在這種情況下，為了盡量減少資源浪費(fèi)，丹麥國家電網(wǎng)公司就會(huì)快速地找出這個(gè)時(shí)候歐洲什么地方電價(jià)最貴，并且確定丹麥電網(wǎng)能否把多余的電力資源輸送到那里。
