国家电网专家详解:如何破解风电“弃风”、并网难题

十一五以来,我国的风电发展十分迅速,到2011年底,国家电网经营区内风电并网装机容量达到4394万千瓦,2006到2011年,这6年期间,风电装机年均增长87.4%。到今年6月底,风电并网装机容量已经突破5000万千瓦,达到5026万千瓦,同比增长33.5%。风电装机超过500万千瓦的地区有4个,分别是内蒙古的东部地区、内蒙古的西部地区,甘肃的酒泉地区,还有河北的北部地区。现在世界上风电规模超过500万千瓦的国家,包括中国在内,只有9个。所以说,国家电网已经成为全球风电接入规模最大、增长速度最快的电网。

张正陵:风电和电网的规划不够衔接造成风电并网难

在风电发展迅猛的形势下,风电的并网难一度成为焦点。这个难在什么地方呢?主 要有三个方面:首先,风电的规划和电网的规划不够衔接。我们国家的风电资源非常集中,并且大多位于经济欠发达的地区,也就是说风大的地区负荷小,风电当地 用的少,甚至不用,这是我们国家的一个基本国情,跟国外的差别很大。比如说我们刚才提到的这四个地区,蒙东、蒙西、酒泉和冀北市场的用电量只占全国的10%,他们自己发的风电基本不用,这个反差很大。因为大规模的风电在当地难以消纳,所以我们需要逐步升压,高电压远距离外送。因此,风电的规划和电网的规划协调配合,非常重要。如果没有一个统一的规划,这个难度非常大,这个是我们讲的第一个难。

第二,风电的前期和建设的周期非常短。一个风电场大多建在人烟稀少的地区,圈块地,立上杆子就可以发电。前期政府的程序比较简单。一般来讲一个5万千瓦的发电厂,半年就可以建成。那么跟风电相比,风电是一个点,电网是一条线,这条线要跨越铁路、河流,要绕开城镇和村庄。所以,我们的前期工作相对来讲比较复杂。

看似风电场的建设周期比较短,很快就可以见效。但是实际上如果真正把这些电输送到全国整体的电网上,还是要有一个过程。花费的时间比较长。往往是什么情况呢?往往是风电场已经核准开工了,电网还没有核准,先核风后核网,往往就是这样的情况。另外,电网工程建设的工期相对比较长,一个风电场半年就可以建起来,但是我们一个220千伏的线路建成,要一年以上。这样就要求我们电网公司,对电网的前期工作要超前,还要千方百计缩短电网建设的工期。

第三,我们国家这些年大量的风电场被“拆分”。按照国家规定,风电的核准,5万千瓦以上由中央政府来核准,5万千瓦以下由省级政府核准。这些年地方政府发展风电的积极性很高,但是有很多项目开发单位为了直接通过省级核准,把整装风电场都拆分了,把它拆分成4.95万千瓦及以下。

张正陵:国家电网累计投资458亿元用于风电并网

这就造成我们电网企业,在安排电网整体外送方案,包括安排项目建设的时候,无所适从。因为一个完整的风电场,如果是由一家来建设,一期建成,我们的配套是很容易的。如果一个风电场由多个业主分别开发,分别跟我们提接入的要求,我们很难统一规划。

这要求我们国家电网及时跟踪这些项目的进展,我们主动地要跟这些众多的风电业主去沟通,去交流。并且及时地调整我们的建设方案。总的来说,面对这些困难,应当说国家电网公司做出了艰苦努力。2006年以来,国家电网累计投资458亿元用于风电并网的建设。我们建设各电压等级的并网线路是2.5万公里,相当于走完两个长征。国家批复的项目我们绝大多数都可以做到及时并网。

白建华:我国风电跨区域远距离输电能力亟待提高

大 规模风电的高效利用是一个世界性难题。世界各国一直在进行非常艰苦的努力和探索,到现在为止还在进行一系列的科技攻关和相应的研究,就是为了把风电大规模 并网以后提高它的利用率。风电大规模接入以后主要有三个方面的困难。首先,风电不同于常规的电源,我们通俗一点来说是靠风吃饭。

就是有风的时候风电场就 可以发电,没风的时候就发不了电,这是间歇性的。还有它的大小是一个随机的,我们需要它发的时候,有的时候发的大,有的时候发的小,就是这个风大风小是变 化的。第三个特点就是我们想预测它非常困难。风电非常独特,比一般的常规电源有非常多的特性。为了解决这个困难,为了把风电利用好,我们国家电网公司做了 很多的工作,我们建设了数值天气预报,还有我们在14个省建立了风电场的预测系统,目前我们预测的准确度达到了85%,已经达到国际领先水平了。

目前,我们在国网经营区的26个省,对570个 风电场已经建设了“风电实时监测网络”。还有,我们风电出力和电力需求通常是相反的,就是说,白天大家都需要电的时候,系统需要电比较多的时候,它可能是 风电出力比较少,到了后半夜的时候,大家用电少了,这个时候风电反而出力很大,所以说我们要跟随这个变化进行调整。这就需要常规电源有很好的调解性能,但 是,我们国家在这方面相对比较差。比如说大家都知道西班牙风电发展比较好,它的水电、气电、油电比较好,达到了47%,随着风电的波动,这些电源可以做到灵活调节。风电波动的话,其他电源就要调节。

我国的灵活调节电源比例偏低,抽水蓄能、燃气发电等灵活调节电源的比重不到5%。火电特别是调节能力较差的供热机组比例较高,风电分布集中的“三北”地区以火电为主,东北超过80%,华北超过90%,且一半以上是供热机组,在现有的技术条件下,到了冬季供热期间,供热机组调节能力很低,而“冬季”却是“三北”风能资源最好的季节,因此目前灵活调节电源缺少的状况,很难适应大风期配合风电发电变化的需要。

第 三个特点,风电发展比较快、规模大的地方市场规模却比较小,这是影响风电高效利用的另一个问题。欧美这些国家,他们早期开发风电都是分散开发的,它就利用 分散的风能资源,把风机建立在电力用户附近,这样有利于就近消纳。但是我国风力资源好的地区,电力市场规模小。这些地方发出的风电,很多自己用不上,需要 高电压远距离外送。但是我们国家目前跨区域的电网还相对比较薄弱,这给风电大规模跨区远距离运送带来了一定困难。为了解决这个困难,国家电网公司尽可能地 利用现有的跨区电网进行风电输送,尽可能加大风电的消纳规模。

今年上半年,蒙东和蒙西风电的日发电量创了新高。其中,4月26日,蒙西电网那一天风电的发电量占到了28%,通过蒙西和华北电网的联网,华北电网消纳了蒙西100万千瓦以上的风电。还有蒙东在5月14日,当天的风电发电量占到了72%,东三省通过跨省联网接纳了蒙东电网二分之一的风电电量。这两个例子说明了在现有电网状况下,我们利用大电网,充分挖掘电网潜力,尽可能多的消纳风电。

白建华:跨区域输电能力弱造成风电“弃风”

我们设计风电场的时候,在一年中有一个设计发电的能力。比如说我们有一个设计值,但是实际运行过程当中,实际达到的发电量可能达不到这个设计值,设计值和实际发电量的差,可以通俗的就叫做“弃风”。

这个问题是我们目前遇到的一个问题。评判风电发展的水平怎么样、质量怎么样,我们有一个指标比较重要,就是您刚才说的风电利用小时数,这个有一个设计小时,这个体现了风资源的好坏。比如,我们蒙西风能资源比较好,年利用小时数可以达到2500小时。风能资源比较不好的地方,比如说安徽省,这个设计利用小时数是1800多个小时。但是还有一个实际利用小时数,我们就说可以反映风电实际的利用效率,它受影响的因素就比较多。首先就是风电本身发展的速度和规模。第二,就是系统中有没有足够灵活的电源来配合它调节。第三,就是风电的市场状况,就是它能不能大规模的送出去,能送到合适的市场去。

通常,目前情况下,我们设计利用小时数和实际利用小时数还有一定的差距。比如说,大概风电实际利用小时数是2000小时左右,应该说,这个小时数还是不错的,和欧美这些国家的风电利用小时数差不多。但是如果看看三北这些省区的实际利用小时数,应该说离它设计小时数有一定的差距。

比如说,从过去一年情况来看。2011年风电全国利用小时数是1920小时,同比下降120小时左右。蒙东、蒙西,还有甘肃酒泉这几个风电基地2011年的实际历史小时数,都离设计小时数有一定的差距。他们大概是1850小时左右,这个差距还是比较明显。而且去年和今年上半年,也受到社会各界的关注,这个小时数的差就是“弃风”。造成“弃风”有两个原因,一条是系统的调节能力相对比较差一点。

第 二个重要的原因,就是我们这个系统的联网规模,尤其是跨区域输电的能力相对来说比较小一点,没有足够的能力把它送到更大的市场。应该说这两个原因,第二个 原因更为关键一点。今后解决风电高效利用问题,经过扩大市场以后,就能很好的解决。一方面扩大市场以后,风电的市场就大了。另外一个三北的风电可以用更大 市场里面的其他的调节电源。就是风电的“弃风”问题,解决好这两个问题非常关键。

张正陵:国家电网未来将优化配置风电资源 解决“弃风”问题

目前我们国家提出了8个千万千瓦级的风电基地,这8个基地有6个在三北地区,两个在沿海。西北的新疆哈密、甘肃酒泉,华北的内蒙古西部、河北北部,东北的吉林和内蒙古东部。在沿海,一个是江苏,一个是山东。这8个基地占到全国规划总规模的80%左右,这个集中度是非常高的。

这样的一种情况,完全在当地消纳是不可能的。所以,这些年三北地区风电开发规模大和消纳能力低,这样一个矛盾越来越突出。也就是说您刚才讲的,“弃风”的这种现象越来越严重。所以,我们想要实现我们国家风电大规模的快速发展,我们需要系统的谋划一个完整的解决方案。

2009年以来,国家电网公司按照国家提出的风电发展战略,“建设大基地,融入大联网”这么一个思路,我们对这8个 千万千瓦级风电基地的消纳和输电做了一个研究,对风电的考虑是由近及远,先省内后区域再全国。按照这么一个路子来安排它的风电的市场,再来提出风电的汇集 升压的方案,还有省内电网的建设方案,还有跨区电网的建设方案,同时考虑其他区域的电源配合,形成一个完整的规划方案。

这个方案的核心,或者说它最后的目标是什么呢?就是将三北的风电基地和三华的电力市场,规划成一个整体。我们讲风电都集中在三北,我们的市场在三华,把这两个“三”给捏成一块,形成一个整体。这样使得风电资源能够在全国范围内去优化配置。也就是说让风电能够在全国得到利用,实现这样的目标。

“十二五”期间,我们规划的电网是“特高压三纵三横”,其中,三个纵都和风电有关,东纵起点在内蒙锡蒙,落点在南京,西纵起点在蒙西,落点在长沙,既送煤电,也送风电,中纵起点在内蒙乌兰察布和张家口,以送风电为主。我们今年5月份开工建设了特高压的直流工程,是从新疆的哈密到华中地区的河南郑州,这个工程是既送新疆的煤电,也送新疆的风电。这样来解决我们国家风电大规模开发,高速发展的这么一个问题,避免“弃风”。

[白建华]我稍微补充几句,从国际经验来看,欧洲丹麦等国家依靠强大的跨国互联电网支撑,有效地扩大了风电平衡区,提高了风电利用水平。例如,丹麦跨国交换输电容量500万千瓦,最大负荷约630万千瓦,跨国交换输电容量占最大负荷的80%。大家都知道,国际上包括丹麦自己宣传,包括我们国家经常会有人提到丹麦的风电比例是非常高的。风电的装机容量大概占总的装机容量是30%,风电的发电量占到总发电量的28%左右,这个比例非常高。

当 丹麦的风电出力大的时候,是由丹麦向挪威送电。当丹麦的风电出力很小的时候,挪威的水电就送到丹麦。举这个例子就是说跨国联网有力的推动了丹麦风电大规模 的接入和高效率的利用。如果把我们三北的风电大规模送到三华电网,一方面实现三北地区风电大规模接入,有一些在当地消纳,很大一部分要送到三华电网。利用 三华市场范围内的灵活调节电源,可以提高三北地区风电利用效率。我们可以做到风电的“弃风”控制在5%以内,应该比现在的风电利用率提高20%以上。

张正陵:风电行业的健康发展需要完善的标准

体系

去年在甘肃和河北的北部地区发生了多起大规模风电脱网的事故,大概是7到8起,最大的一次发生在甘肃。脱网的风电机组达到1200台。脱网总的功率达到150万千瓦,这个规模非常大。这几起事故,应当反映了我们国家风电在发展的初期,在设备的制造,在并网的管理,在标准的建设这些方面还存在很多问题。这些事故给电力系统的安全带来了严重的影响,这些问题给我们风电行业的健康发展也带来很严重的影响。

我认为,这些问题的关键是标准建设,也就是我们说没有规矩无以成方圆,一方面我们在风电发展的初期,我们风机制造的标准缺失,风机制造门槛儿低。风机的制造厂商众多、品牌众多。2009年以前生产的风机基本上没有低电压穿越,高电压穿越这些常规机组都有的功能。我们讲,什么叫低电压穿越?什么叫高电压穿越功能?也就是说当电力系统发生事故,会形成局部的高电压或者是局部低电压的情况,这个时候如果你机组没有这个功能的话,它就会脱网,看到低压或者高压就跑掉了。最需要你顶上去的时候,你跑掉了,就没有这样基本的功能。另外一方面风电场也不像常规电源那样,有很成熟的建设技术规范,既没有控制系统,也不和调度相连,互相信息不通,风机不可控、不可测。既给系统安全运行带来隐患,也给风电场自身的效益带来很大的影响。

所以,2011年多起大面积脱网的事故,给了我们一个很好的警示。就是风电的健康发展,这个行业的健康发展,需要有一个完善的标准体系,并且要严格地执行。国家电网在这方面也做了一些工作,2006年以来我们编制出版了大约20多 部风电的标准,这些标准包括风电的接入、调度的运行、并网监测等各个关键的环节,在我们公司系统内已经形成体系。我们还组织研究编制了风电场的典型设计, 交给风电的开发企业。另外,我们也积极地推动国家标准、行业标准的制定。应该说通过大家的努力,我们国家现在风电机组、风电场整个的安全运行水平正在提 高。

白建华:国家风光储输示范工程是国网风电创新“代表作”

国家风光储输示范工程项目可以说是国家电网公司在风电创新发展方面的“代表作”。该项目投资32.26亿元,是世界上规模最大的风光储输示范基地,通过风光互补、储能调节、智能输电,实现平稳可控的电力输出,国家风光储输示范工程的成功投产,标志着我们国家清洁能源大规模接入和高效利用方面取得了重大的突破。

国家电网公司近些年来安排了4.35亿元开展了257项重大科技攻关项目,取得了一批具有自主知识产权的创新成果。我们掌握了风功率预测系统、监控技术、建模技术、控制技术。目前我们可以做到对风电场的可监测、可预报、可模拟、可控制,对风电以后的高效利用非常有利。

还有,我们投资3.45亿元,建成了风电技术和检测研究中心。这个中心在我们国家风电技术进步方面起了很大的作用。同时我们还建成了移动式的风电检测装置,应该说我们目前风电检测水平在世界上处在第一位。

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这货来去如风,什么鬼都没留下!!!
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