我國(guó)擁有豐富的風(fēng)能資源。全國(guó)風(fēng)能詳查和評(píng)價(jià)結(jié)果顯示，全國(guó)陸上50米高度層年平均風(fēng)功率密度大于等于300瓦/平方米的風(fēng)能資源理論儲(chǔ)量約73億千瓦。其中，可開發(fā)利用風(fēng)能儲(chǔ)量（不包括海上）遠(yuǎn)超我國(guó)化石能源之和。而由于風(fēng)電并網(wǎng)受限，難以大規(guī)模發(fā)展。筆者以為，將我國(guó)風(fēng)能潛在優(yōu)勢(shì)轉(zhuǎn)化為現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)力和國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力，必須走大規(guī)模風(fēng)電高效、低成本全部利用之路。
迅猛發(fā)展的風(fēng)電與“棄風(fēng)”的尷尬
“十一五”以來，我國(guó)風(fēng)電裝機(jī)迅猛發(fā)展。2012年，全國(guó)新增風(fēng)電裝機(jī)容量、總量分別占全球新增風(fēng)電裝機(jī)容量的30%和總?cè)萘康?6.8%，保持全球領(lǐng)先。全年風(fēng)電發(fā)電量1008億千瓦時(shí)，約占全國(guó)總上網(wǎng)電量的2%。
然而，在我國(guó)風(fēng)電產(chǎn)業(yè)迅速發(fā)展的同時(shí)，大量風(fēng)電對(duì)電網(wǎng)穩(wěn)定與安全的矛盾日益凸顯，風(fēng)電限電棄風(fēng)現(xiàn)象日趨嚴(yán)重，也使風(fēng)電制造業(yè)嚴(yán)重過剩。
2012年我國(guó)風(fēng)電限電超過200億度，比2011年增加一倍。按現(xiàn)在1000克標(biāo)準(zhǔn)煤發(fā)3度電的水平，直接經(jīng)濟(jì)損失超過100億元。為此還帶來高達(dá)2000萬噸二氧化碳排放，以及二氧化硫、氮氧化物等粉塵侵害的環(huán)境污染問題。
2012年全國(guó)風(fēng)電平均利用小時(shí)數(shù)比2011年減少30小時(shí)，個(gè)別?。▍^(qū)）風(fēng)電利用小時(shí)數(shù)下降到1400小時(shí)左右。目前蒙東、吉林限電最為突出，冬季供暖期限電比例已超50%。蒙西、甘肅酒泉、張家口壩上地區(qū)限電比例達(dá)20%以上。
大規(guī)模限電，導(dǎo)致風(fēng)電企業(yè)無利可圖，企業(yè)經(jīng)營(yíng)從繁榮跌入衰退。兩年前，明陽風(fēng)電、金風(fēng)科技和華銳風(fēng)電紛紛上市，風(fēng)電產(chǎn)業(yè)輝煌一時(shí)；如今，三大巨頭全部陷入舉步維艱的境地。運(yùn)營(yíng)商龍?jiān)醇瘓F(tuán)2012年因棄風(fēng)減少利潤(rùn)13億元；大唐集團(tuán)經(jīng)營(yíng)的800萬千瓦風(fēng)場(chǎng)，棄風(fēng)率竟達(dá)40%～60%，由盈利進(jìn)入虧損。短短兩年，“最好的風(fēng)”變成了“最壞的風(fēng)”，我國(guó)的風(fēng)電產(chǎn)業(yè)進(jìn)入“寒冬”。
能源結(jié)構(gòu)與國(guó)情決定我國(guó)風(fēng)電不能大規(guī)模并網(wǎng)
中國(guó)風(fēng)電為何出現(xiàn)大規(guī)模棄風(fēng)而不能上網(wǎng)？這主要由于風(fēng)能自身波動(dòng)和間歇特性，導(dǎo)致風(fēng)電場(chǎng)發(fā)出的電能隨之波動(dòng)，接入電網(wǎng)時(shí)直接破壞電網(wǎng)穩(wěn)定性、連續(xù)性和可調(diào)性，危及電網(wǎng)安全。
1.風(fēng)電波動(dòng)嚴(yán)重危及電網(wǎng)安全。風(fēng)電輸出波動(dòng)劇烈，從一年中風(fēng)電場(chǎng)每天平均輸出功率看，每天最大和最少發(fā)電量至少相差約40～50倍。從微觀上分析一天內(nèi)的輸出功率變化，風(fēng)電在24小時(shí)內(nèi)仍處于非常不穩(wěn)定狀態(tài)，輸出功率（兆瓦）在0～100之間隨機(jī)波動(dòng)。
風(fēng)電輸出功率大幅度波動(dòng)和間歇特性，不僅造成電壓波動(dòng)、閃變、頻率和相位偏差、諧波等10余項(xiàng)指標(biāo)影響電網(wǎng)供電質(zhì)量和嚴(yán)重危及電網(wǎng)安全，同時(shí)，大規(guī)模風(fēng)電并網(wǎng)，還須依靠以煤電為主的發(fā)電裝備進(jìn)行調(diào)峰，否則電網(wǎng)將面臨“崩潰”。
2.煤電為主的電網(wǎng)難以為風(fēng)電做深度調(diào)峰。與歐美發(fā)達(dá)國(guó)家不同，我國(guó)能源結(jié)構(gòu)以煤炭為主。2012年我國(guó)煤電發(fā)電量占總發(fā)電量的73.9%。而歐美國(guó)家的能源結(jié)構(gòu)是以石油、天然氣等為主，其中美國(guó)27%是天然氣發(fā)電；英國(guó)燃?xì)獍l(fā)電比例更高達(dá)60%；北歐國(guó)家水電占90%。
這些國(guó)家電網(wǎng)對(duì)風(fēng)電并網(wǎng)容納能力遠(yuǎn)高于我國(guó)，這是因?yàn)槿細(xì)?、燃油發(fā)電和水電的調(diào)峰能力強(qiáng)，在一定范圍內(nèi)能有效減少風(fēng)電波動(dòng)對(duì)電網(wǎng)的危害。如西班牙，近十年來大力發(fā)展風(fēng)電，裝機(jī)容量居全球第4位。他們?cè)谘杆侔l(fā)展風(fēng)電的同時(shí)，大力配套發(fā)展具有深度調(diào)峰能力的燃油/燃?xì)鈾C(jī)組、聯(lián)合循環(huán)機(jī)組，可深度調(diào)節(jié)機(jī)組達(dá)3500萬千瓦，滿足了風(fēng)電調(diào)峰需求。
美國(guó)、丹麥等西方國(guó)家也遭遇過大規(guī)模風(fēng)電上網(wǎng)難的制約。
不同國(guó)家、不同地區(qū)地理?xiàng)l件和資源分布不一樣，不能完全生搬硬套外國(guó)模式。我國(guó)以煤電為主的火電機(jī)組，其鍋爐燃燒系統(tǒng)具有滯后（反應(yīng)慢）、效率低、經(jīng)濟(jì)性差，不宜做深度調(diào)峰。以1000兆瓦某超超臨界機(jī)組為例，風(fēng)電充足時(shí)，參與調(diào)峰的火電機(jī)組輸出功率下降，每度電耗煤迅速上升；當(dāng)輸出功率下降到額定功率的80%時(shí)，度電耗煤增加6克；下降到50%時(shí)，度電耗煤增加24克，煤電廠處于虧損狀態(tài)；下降到30%時(shí)，度電耗煤將增加約36克，煤電廠嚴(yán)重虧損。同時(shí)，度電耗煤的增加也帶來二氧化碳、二氧化硫等排放污染物大幅增加。
中國(guó)“富煤、少油、缺氣”的國(guó)情，決定我國(guó)將在較長(zhǎng)時(shí)間保持以煤電為主的電源結(jié)構(gòu)，這也決定了我國(guó)目前電網(wǎng)結(jié)構(gòu)不具備大規(guī)模深度調(diào)峰能力、國(guó)外傳統(tǒng)風(fēng)電并網(wǎng)模式不符合我國(guó)大規(guī)模風(fēng)電并網(wǎng)的國(guó)情。中國(guó)還是一個(gè)發(fā)展中國(guó)家，這決定我們發(fā)展新能源應(yīng)與經(jīng)濟(jì)效益統(tǒng)一，不能顧此失彼、為發(fā)展而發(fā)展。
中國(guó)風(fēng)電發(fā)展特色之路
針對(duì)上述中國(guó)風(fēng)電發(fā)展存在的問題，結(jié)合在主持實(shí)施國(guó)家“973”計(jì)劃風(fēng)能項(xiàng)目成果和30余年的研究，筆者以為要將我國(guó)風(fēng)能潛在比較優(yōu)勢(shì)轉(zhuǎn)化為現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)力和國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力，必須走大規(guī)模風(fēng)電高效、低成本全部利用的中國(guó)特色之路。
1.風(fēng)電產(chǎn)業(yè)靠“補(bǔ)貼”難以為繼。目前，我國(guó)發(fā)展風(fēng)電基本是遵循歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家的思路，將大規(guī)模風(fēng)電并入電網(wǎng)，并靠政府“補(bǔ)貼”來推動(dòng)風(fēng)電產(chǎn)業(yè)發(fā)展。但中國(guó)作為發(fā)展中國(guó)家，完全以“補(bǔ)貼”方式發(fā)展大規(guī)模風(fēng)電是不可持續(xù)的。
這是因?yàn)椋喊船F(xiàn)在風(fēng)電價(jià)格與煤電對(duì)比，東部地區(qū)上網(wǎng)標(biāo)桿電價(jià)是0.61元/千瓦時(shí)，煤電上網(wǎng)價(jià)格是0.43元/千瓦時(shí)，也就是說，每度風(fēng)電上網(wǎng)國(guó)家要補(bǔ)0.17元。我國(guó)現(xiàn)在每度煤電創(chuàng)造的利潤(rùn)是0.05元，相當(dāng)于我們要用3.4度的煤電獲得的利潤(rùn)才能補(bǔ)助1度風(fēng)電的發(fā)展。
2.亟待修改完善《可再生能源法》。2005年出臺(tái)的《可再生能源法》第二十九條規(guī)定電網(wǎng)企業(yè)全額收購(gòu)可再生能源電量，因風(fēng)電不能上網(wǎng)造成損失，處一倍以下罰款。由于電網(wǎng)全額收購(gòu)，還給予財(cái)政補(bǔ)貼，使我國(guó)風(fēng)電出現(xiàn)前所未有的“大躍進(jìn)”，三四年間風(fēng)電裝備產(chǎn)能和裝機(jī)容量均達(dá)世界第一。但是，電網(wǎng)公司既沒有全部收購(gòu)風(fēng)電，也沒有被處以罰款。若按照《可再生能源法》，電網(wǎng)公司僅賠償一項(xiàng)就損失1000億元以上。如電網(wǎng)公司將大規(guī)模風(fēng)電無條件全部上網(wǎng)，很可能造成我國(guó)若干次大面積停電事故，損失將在數(shù)萬億元以上。
3.解決風(fēng)電不能大規(guī)模上網(wǎng)的有效途徑。大規(guī)模風(fēng)電利用應(yīng)該是多元的，解決風(fēng)電不能大規(guī)模上網(wǎng)的一個(gè)重要途徑就是發(fā)展“非并網(wǎng)風(fēng)電”。
“非并網(wǎng)風(fēng)電”是我國(guó)風(fēng)能發(fā)展領(lǐng)域的原創(chuàng)性成果，2007年獲得國(guó)家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃（“973”計(jì)劃）立項(xiàng)，取得一系列研究成果，并廣泛應(yīng)用；在國(guó)家《風(fēng)電發(fā)展“十二五”專項(xiàng)規(guī)劃》中三次提到發(fā)展“非并網(wǎng)風(fēng)電”，為我國(guó)風(fēng)電行業(yè)進(jìn)行國(guó)際交流、合作的重要領(lǐng)域。目前已通過鑒定的示范工程，可規(guī)模化推廣并產(chǎn)生巨大經(jīng)濟(jì)社會(huì)效益。
（1）實(shí)現(xiàn)風(fēng)電淡化海水可持續(xù)化。傳統(tǒng)意義上的海水淡化是用煤電作為動(dòng)力源的高耗能產(chǎn)業(yè)，非并網(wǎng)風(fēng)電海水淡化，則利用我國(guó)沿海地區(qū)取之不盡的海水和風(fēng)能，通過科技進(jìn)步提供干凈的飲用水，實(shí)現(xiàn)我國(guó)淡水的可持續(xù)化。
《國(guó)家“十二五”海水淡化發(fā)展規(guī)劃（綱要）》采納了“關(guān)于可再生能源與海水淡化耦合工程試點(diǎn)”建議，我院日產(chǎn)100噸風(fēng)電淡水海水的示范工程已通過國(guó)家鑒定，并在此基礎(chǔ)上，哈電集團(tuán)制造建設(shè)的單臺(tái)風(fēng)機(jī)日產(chǎn)1萬噸海水淡化水能力的示范工程，今年12月將在江蘇大豐市建成投產(chǎn)。
（2）實(shí)現(xiàn)高耗能產(chǎn)業(yè)低碳化。2012年我國(guó)電解鋁產(chǎn)能2600萬噸，如60%的鋁產(chǎn)能（1560萬噸）采用非并網(wǎng)風(fēng)電電解生產(chǎn)，可以消耗我國(guó)6360萬千瓦的風(fēng)電場(chǎng)裝機(jī)容量（或10400萬千瓦的光伏電站裝機(jī)容量）一年發(fā)出電量，年節(jié)煤4700萬噸，減排二氧化碳1.28億噸。目前，該技術(shù)已建立2000A示范，并通過國(guó)家級(jí)鑒定。
（3）實(shí)現(xiàn)風(fēng)能直接制氫規(guī)?；２粌H解決規(guī)?；⒌统杀局茪潆y題，還為電網(wǎng)起到調(diào)峰作用。目前，該技術(shù)已通過國(guó)家級(jí)鑒定，并成為國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的重要內(nèi)容。同時(shí)該新能源技術(shù)與傳統(tǒng)能源天然氣進(jìn)行“嫁接”，如加氫天然氣用于汽車可大幅度提高天然氣的燃燒效率，降低氮氧排放80%。
（4）實(shí)現(xiàn)煤炭的清潔化。采用風(fēng)/煤多能源系統(tǒng)，通過風(fēng)電與煤化工“嫁接”，可使煤化工產(chǎn)量提高2.5倍，實(shí)現(xiàn)二氧化碳近零排放、節(jié)水38%以上，解決了我國(guó)煤炭清潔化的世紀(jì)難題。
（5）實(shí)現(xiàn)多能源協(xié)同電網(wǎng)智能化。以上“四化”的實(shí)現(xiàn)，將成為四個(gè)能適應(yīng)風(fēng)電大幅度波動(dòng)特性和為電網(wǎng)進(jìn)行調(diào)峰的“智能負(fù)載”。通過物聯(lián)網(wǎng)將常規(guī)“智能電網(wǎng)”和“智能負(fù)載”，集成創(chuàng)新為具有中國(guó)特色的“智能電網(wǎng)系統(tǒng)”，可使我國(guó)電網(wǎng)效率由30%提升到40%～60%（美國(guó)為45%），將使我國(guó)以風(fēng)能為主的可再生能源得到大規(guī)模、高效、低成本全部利用，并伴生一批相配套的萬億元級(jí)新興制造業(yè)集群，將我國(guó)全球劣勢(shì)、規(guī)模最大的高耗能產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)化為極具國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力的規(guī)模化綠色產(chǎn)業(yè)。
非并網(wǎng)風(fēng)電/氯堿產(chǎn)業(yè)、非并網(wǎng)風(fēng)電/城市污水（泥）高效處理產(chǎn)業(yè)、非并網(wǎng)風(fēng)電非石油稀烴鏈化產(chǎn)業(yè)等系列成果，正如國(guó)家發(fā)展和改革委白和金研究員所言，“非并網(wǎng)風(fēng)電直接用于高耗能產(chǎn)業(yè)，它不僅對(duì)江蘇省而且對(duì)全國(guó)能源結(jié)構(gòu)、能源布局產(chǎn)生重大影響”。世界風(fēng)能學(xué)會(huì)主席普利本·麥加德表示，“非并網(wǎng)風(fēng)電系統(tǒng)理論使非并網(wǎng)風(fēng)電在世界影響日增，開辟了世界大規(guī)模風(fēng)電多元化應(yīng)用的新領(lǐng)域”。
國(guó)內(nèi)外知名專家的評(píng)價(jià)，更堅(jiān)定了筆者的信念，加快我國(guó)自主研發(fā)的這一成果的推廣，將充分發(fā)揮和利用我國(guó)世界領(lǐng)先的風(fēng)能等可再生能源，催生我國(guó)生態(tài)文明建設(shè)、推動(dòng)經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整，為實(shí)現(xiàn)中國(guó)夢(mèng)、實(shí)現(xiàn)中華民族偉大復(fù)興作出基礎(chǔ)性的重要貢獻(xiàn)。
（作者為江蘇省發(fā)展改革委宏觀經(jīng)濟(jì)研究院院長(zhǎng)、研究員，國(guó)家“973”計(jì)劃風(fēng)能項(xiàng)目首席科學(xué)家，中國(guó)-加拿大政府國(guó)際科技合作項(xiàng)目中方負(fù)責(zé)人。）
