中德风电发展的比较与分析

尹 明王成山葛旭波张义斌

（1. 国网能源研究院 北京 100052 2. 天津大学电气与自动化工程学院 天津 300072）

中德风电发展的比较与分析

尹 明1,2王成山2葛旭波1张义斌1

（1. 国网能源研究院 北京 100052 2. 天津大学电气与自动化工程学院 天津 300072）

近年来，随着我国风电事业的迅速发展，将会在技术上、管理上遇到各种问题。在客观认识我国国情基础上，充分借鉴风电发达国家的成功发展经验，是解决这些问题的有益途径。本文分析了中、德两国风电发展历程，从风电的作用、发展模式、面临的问题三方面比较了两国风电发展的特点，并指出未来我国风电事业的健康持续发展，需要风电与电力系统的统一规划、科学的标准规范以及完善的政策法规体系。

风力发电 发展模式 比较 规划 智能电网

1 引言

近年来，随着全球能源安全和环境保护问题的日益突出，风电作为技术成熟、最具规模化开发条件和商业化发展前景的可再生能源发电技术在全球范围内得到了快速发展[1]。由于风能资源分布、风机技术水平、政策导向和负荷需求的差异，世界各国风电发展呈现出多样性特点。德国作为世界上风电发展较早、规模最大、技术最发达的国家之一，在风电管理、规划、建设和运营等方面，已积累了大量经验。在我国，发展风电已成为应对气候变化，优化能源结构的重要举措。从2005～2008年，风电装机连续 3年实现翻番式增长[2]。在快速发展过程中，我国风电事业将会在技术上、管理上遇到各种各样的问题。如何避免和解决这些问题就成为了一个十分紧迫的课题。在客观认识我国国情基础上，充分借鉴风电发达国家的成功发展经验，是一条有益的途径。

本文将我国和德国风电进行了深入比较，在分析各自发展历程基础上，从风电的作用、发展模式、面临的问题三方面比较了两国风电发展的特点，继而对我国风电发展提出了相关建议。

2 我国和德国的风电发展历程

2.1 德国风电发展历程

德国政府为了促进风电的发展，制定了一系列相关法规、政策。这些法规政策一方面支持风机制造商进行高新技术研发，降低风电投资成本；另一方面在保证风电投资者正常投资收益的前提下，调动其开发风电的积极性。

自20世纪90年代初以来，德国风电发展快速。2000年底，其累计风电装机容量为 609.5万 kW；2008年新增风电装机172.6万kW，累计风电装机达到2390.3万kW，居世界第二位。在2007年以前，德国已多年在风电总装机容量方面位居世界第一。图1给出了从2004～2008年德国的累积风电装机容量变化情况[3]。

图1 2004～2008年德国风电装机容量Fig.1 Germany’s wind turbine capacity in 2004～2008

德国风电设备制造水平高，拥有 Enercon、Siemens、Nordex等多家国际知名制造商。在德国可以生产 5MW机组时，我国生产的最大机组只有750kW。目前Enercon生产的6MW E126机组已在Emdon投入运行[4]。

2.2 我国风电发展历程

我国风力发电始于20世纪80年代，发展相对滞后，但起点较高，主要经历了三个重要的发展阶段。

第一阶段（1985～1995年，试点阶段）：利用丹麦、德国、西班牙政府贷款，建设小型示范项目，如我国的第一个风电场—山东荣成马兰风电场。

第二阶段（1995～2003年，探索阶段）：在第一阶段取得的成果基础上，我国各级政府相继出台了各种优惠的鼓励政策。

第三阶段（2003年～至今，高速发展阶段）：国家发展和改革委员会通过风电特许权经营，下放5万 kW 以下风电项目审批权，制定了国内风电项目国产化比例不小于70%等优惠政策。

2008年底我国风电累积装机达到1221万kW，位居世界第四。图2给出了从2004～2008年我国累积风电装机容量变化情况[2]。比较图1和图2可知，2004～2008年期间，德国累积风电装机共增长了29.8%（远低于近十年全球年均31.9%的增长速度），而我国增长了近15倍！这表明，我国风电近五年来正处于快速发展阶段，市场增量空间巨大。

我国风电机组制造企业从2004年只有6家，快速发展到2008年的70家左右，基本掌握了MW级风力发电机组制造技术，但是一些核心技术和设备仍要依赖进口。2008年累计市场份额：我国内资与合资企业产品占 61.8%，外资企业产品占38.2%[5]。

3 我国和德国风电发展特点比较

由于中、德两国在基本国情、资源条件、经济发展程度等方面存在较大差异，所以各自风电发展特点也不尽相同，主要体现在风电所起的作用、发展模式和面临的主要问题三方面。

3.1 风电所起的作用

德国作为欧盟成员，其能源政策更强调环境保护和可持续发展，采取了限制核电、大火电发展，鼓励风电、太阳能发电的政策。图 3给出了 2008年欧盟27国新增装机容量情况[6]。德国作为发达的工业化国家，经济发展进入相对稳定时期，电力需求趋于饱和，市场增长空间有限。为了确保风电等可再生能源发展，政府为可再生能源发展提供资金支持和补贴，保障可再生能源发展所需的市场空间，确保所有用户都可接入电网，并容易获得可再生、高效、清洁能源等。德国在内的欧盟国家已把风电作为了未来的主要能源支柱之一。欧洲可再生能源发展目标指出，2020年可再生能源比例大部分来自风能，即由目前的 6.5%提高到 20%[7]。德国 2007年可再生能源发电量占总电力供应的14%，2020年可再生能源将占总能源消费的25%～30%[8]。

我国经济正处于快速发展阶段，电力需求旺盛，装机增量空间大，预计我国2020年装机需求将超过16亿kW。然而，我国“多煤、少油、乏气”的能源资源条件（一次能源消费中煤炭占70%左右，发电结构中燃煤发电量占80%左右[9]），决定了在今后较长一段时期内，煤电仍将占据我国能源结构的主体地位。随着我国温室气体减排压力的增加，国家在对已有发电设施进行以洁净化为核心的技术改造的同时，在新增发电部分加大了对于风电在内的可再生能源的开发利用。风电等可再生能源发电将在改善电源结构、应对气候变化等方面发挥日益重要的作用。在2009年9月的联合国气候变化峰会开幕式上，我国郑重承诺将“大力发展可再生能源和核能，争取到2020年非化石能源占一次能源消费比重达到15%左右”[10]。据估计，2020年我国风电装机规模将超过 1亿 kW。通过采取支持性政策，风电等可再生能源发电将获得更大的市场发展空间，成为未来重要的电能来源。

图3 2008年欧盟新增装机容量Fig.3 EU’s new power capacity installed in 2008

3.2 风电发展模式

德国优先开发距离负荷近、可就地平衡的风能资源，风电场大多分散接入110kV及以下电压等级的电网（约占风电装机总量的 70%）。其中，超过50MW的风电场基本接入110kV、60kV、30kV的电网，而容量较小的风电场则接入20kV、10kV电网，因此，前期建设的风电场大部分是分散接入的。德国《可再生能源法》（Renewable Energy Source Act，EEG）规定[11]，可再生能源可以优先接入电网，德国的四个输电运营商必须接收所有可再生能源发电。德国除联邦政府所在地柏林外，其余15个州，尤其是临海的3个州，陆上风能资源利用较充分，继续建设陆上大型风电场的可能性很小。在这种情况下，德国通过两种方法进一步开发风能：一是通过“Repowering”方法[12]，将大量早期容量小、效率低的机组更换为容量大、效率高的现代机组；二是大力发展海上风电[13]，近年来德国风电开发重点由陆地分散开发转向海上大规模开发，如北海和波罗的海上风电。据预测到2020年，德国陆上和海上风电装机将分别达到4500万kW和1000万kW。

我国风能资源丰富，主要集中在“三北”地区（东北、华北和西北，占全国陆上风能的 85%）。未来，内蒙古、甘肃、河北和新疆等地将建成若干个大型风电基地。这些风能资源富集区大多远离负荷中心分布，具有规模大、分布集中的特点，并且多处于电网末端，当地电网薄弱，消纳能力有限。风资源丰富的西部和北部地区，距离负荷集中的华东沿海地区约1200～2000km，而西北新疆风电富集区距离东部负荷中心有2000～3000km的距离。图4给出了我国未来大型风电基地的分布情况。所以我国大部分风能开发需要采用远距离、大容量、高电压传输和全国范围内资源优化配置的发展模式。

图4 我国未来风电基地分布Fig.4 Distribution of future wind bases in China

3.3 面临的主要问题

德国风电发展面临的主要问题是改善电网结构和提高风能开发利用效率的问题。在电源结构方面，德国具有大量的水力、生物质能、天然气、燃油和抽水蓄能等适于调峰的灵活电源。另外在风电大发时，德国可将多余风电在UCTE电网实现跨国境转移。图5给出了德国风电大发时，风电在UCTE内部转移情况。可见，德国的电源结构和电网互联情况适应风电的大规模发展。但是在德国本身电网结构方面，目前风电的接入已导致部分110kV线路过载。随着距离负荷较近的优质风资源开发殆尽，德国风能资源开发也有远离南部负荷中心的趋势，未来风电发展将通过220kV和380kV等更高电压线路输送，需要全国坚强电网的支持。2005年由德国能源署 dena主持开展了未来风电并网的相关规划研究（dena Grid Study Ⅰ和dena Grid Study Ⅱ）[14]，包括对现有架空线的升级、建设新的超高压线、采取控制潮流的措施及提供无功功率补偿等方面的研究。此外，dena继续推进研究和开发海上风力及其输送技术，为将来风电发展做好技术储备。

在我国，风电发展面临的主要问题是电源结构单一造成的调峰问题和风电远距离、大容量输送带来的经济性问题。首先，由于风电具有间歇性、随机性的特点，大规模风电并网会明显增大电网运行控制难度和安全稳定运行风险，影响电力系统保持供需平衡的能力[15-18]。特别是，我国以煤电为主的电源结构中，缺少快速响应的灵活调节电源，调峰问题突出，成为电网接纳风电的主要限制之一。其次，由于风力发电设备利用小时数低（据统计，2007年我国主要风电省份风电场的年利用小时数仅1787h[19]），大规模风电开发利用的经济性问题突出。在我国，大量的风电需要通过特高压输电实现远距离、大容量输送，输送通道建设成本高，并且还将开展配套的电网改、扩建工程。然而建设使用风电专用通道经济性差。同时，在系统运行过程中，煤电等其他电源还需要承担更多的调频、调峰、电压/无功调节等功能，造成电力系统运行成本增加。

4 德国风电发展对我国的启示

由于我国风电事业起步晚、发展快、成熟期短，核心技术未完全掌握，相关法规政策不完善，所以风电大规模开发势必会产生一些值得关注的问题。结合我国国情和风电发展的特点，德国风电发展的经验给我国的风电发展带来以下启示。

4.1 风电发展需要电力系统统一规划

德国非常重视风电与电网的统一规划问题。德国能源署（dena）开展了“电网研究Ⅰ、Ⅱ”（dena Grid StudyⅠ、Ⅱ）：针对2015年和2020年及以后风电等可再生能源的发展规划分两期对电网的适应性和建设改造进行了系统研究，组织输电运营商及专家对输电资产的优化利用和电网长期规划进行专题研究。第一阶段成果dena Grid Study Ⅰ已于2005年3月出版，现正在进行第二阶段dena Grid StudyⅡ的研究。dena Grid Study Ⅰ研究2015年前德国电网为接纳更多风电所采取的扩展升级问题，提出新建850km长的380kV输电线路，改造220kV的输电线路，以及采用 FACTS技术中的移相器等措施。dena Grid Study Ⅱ着眼于2020年及以后，随着海上风电、分布式发电（光伏发电、热电联产等）技术的商业化，在考虑能源效率目标的情况下，对电网进行扩展升级，如采用高压直流输电、新建线路、动态载荷和储能技术等。该项研究重点解决风电大发展情况下电网的中、长期规划和风电并网影响的应对措施等。

反观我国，风电发展偏重以资源定规划，在鼓励大规模风电开发的同时，对其送出和消纳问题重视不够。因此，我国应加强风电等可再生能源发电与电网的统一规划和有序开发，突出坚强智能电网建设的引领作用。坚强智能电网是包括发电、输电、变电、配电、用电、调度等各个环节和各电压等级的有机整体，具有坚强的网架结构和灵活的运行方式[10,20]。坚强智能电网能够显著提高我国电网对风电等间歇性能源接入的适应性以及运行控制的灵活性、安全稳定的可控性，增强电网优化配置资源能力和抵御事故风险能力。一是将风电发展规划与其他电源规划和电网规划相协调，强调因地制宜、统筹兼顾、合理布局、有序发展的原则，加快跨区电网建设，扩大风电消纳范围。二是优化电源结构和布局，科学配置常规电源，合理规划建设抽水蓄能电站等调峰电源建设，解决大规模风电并网引起的调峰问题。三是合理安排风电开发建设时序，避免风电项目的无序开发，实现风电的科学有序发展。四是加强风电并网技术研究，特别是针对与我国风电发展模式紧密相关的技术，例如风电与火电、水电等“打捆”送出技术研究，常规电源的深度调峰技术，风功率预测技术，适用于风电输送的新型输电技术（如 VSC-HVDC[21-22]等），以及考虑风电的电网调度技术、安全稳定控制技术等。

4.2 科学的标准规范是风电发展的有力支撑

纵览德国风电发展，科学的技术标准和检测认证制度提供了重要支撑作用。

首先，德国针对大规模风电并网制定了一系列的技术标准和规范，并且德国技术规范的要求高于国际电工委员会（IEC）标准。2008年德国颁布的《可再生能源法》规定，所有新装风电机组都应满足风电并网导则的规定，包括低压穿越能力、功率控制能力等。我国当前采用的风电场接入技术标准（GB/Z 1996～2005）主要针对小型风电场接入电网制定的，且并不是强制性标准[23]，在很多方面都不能满足风电大规模开发的要求。例如，我国技术标准未对风电场的低压穿越能力做出规定，运行频率、无功功率、有功功率控制等要求偏低[24]。所以我国应尽快修订和出台科学合理的、具有强制性的技术标准和管理规定，并应严格执行。

其次，德国建立了完善的风电发电并网检测认证制度，对风电有明确的入网检测和认证规定，包括风电机组的入网检测和大型风电场的并网运行检测评价等。以此保证风电机组性能和风电场运行特性满足系统安全稳定运行的要求，提高电网运行的可靠性和安全性。德国风能研究所DEWI是国际认可的检测和认证机构[25]。检测认证的内容包括风电机组特性检测、并网检测和风电场并网测试三部分。下表列出了具体检测项目。而我国风电发电设备并网检测和认证环节缺失，新产品未经严格论证、检测、试运就大规模投入商业化批量生产，风机本身质量难以得到保证，并可能会对电网安全稳定运行带来隐患。建议加快建设国家风电研究检测中心，严格并网检测认证制度。

表 德国DEWI风电检测内容Tab. Test items by DEWI of Germany

4.3 完善的政策法规体系是风电发展的保障

德国注重风电政策法规的导向作用，并根据发展实际，适时调整。在风电发展初期，德国就着手制定了相关法规体系。在风电发展到一定规模后，根据风电技术水平、电网规划和运行等情况，及时进行风电评估，对相关政策法规进行修订，并强调其强制性，以通过严格的政策要求、电网规划、检测认证、标准制订促进风电技术进步。1991年，德国出台《可再生能源购电法》（feed-in law），强制要求公用电力公司收购可再生能源电力；2000年，《可再生能源法》代替《可再生能源购电法》，规定可再生能源可以优先接入电网；2009年实施的《可再生能源法修正案》，对收购电价和风机技术要求进行了修改。例如，该法案要求新风电机组必须满足输电导则和中压电网技术规范要求；已经并网运行且不能满足新并网导则要求的老旧机组，限期进行改造。在电价上，针对新机组和老旧改造机组分别制定了补贴政策，支持鼓励老旧机组技术改造以满足并网导则要求。

随着我国大规模风电的快速发展，其在电力系统中所处地位正发生着重大变化。相关政策法规也应随着风电产业的发展，适时进行相应调整，充分发挥法规体系的导向作用。通过法规体系的不断完善和技术的不断进步，促进风电机组和风电场技术性能达到或接近常规机组和常规电源的性能，推动风电产业和整个电力系统的健康、协调发展，保证能源战略的有效实施。一是从法律层面强化国家规划对地方规划的指导调控作用，强调风电发展规划必须要与电网建设规划相统筹。二是完善风电“全额收购”政策。在保证电力系统安全稳定运行条件下，对风电执行全额收购，在必要条件下，应允许风电参与系统调峰调频。如德国的输电系统运营商E.on公司提出的发电管理规定中，允许临时降低风电机组出力，必要时风电应参与系统调峰[26]。三是兼顾利益相关方的合法权益。随着风电的大量开发，政策制定者也应关注风电对电网建设运行成本、对其他能源发电的效率和效益的影响等问题。

5 结论

本文在比较了中、德两国风电发展历程的基础上，从风电所起的作用、发展模式和面临的主要问题三方面深入对比了两国之间风电发展特点。未来我国风电事业的健康持续发展，需要以风电与电力系统的统一规划作前提，需要以科学的标准规范作支撑，还需要以完善的政策法规体系作保障。结合我国的能源资源分布和消费的基本国情，正确认识我国风电开发的特点，充分借鉴国外风电发达国家的经验，对于实现我国风电的科学、有序、持续、健康发展，将是十分有益的。

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Comparison and Analysis of Wind Power Development Between China and Germany

Yin Ming1,2Wang Chengshan2Ge Xubo1Zhang Yibin1
(1. State Grid Energy Research Institute Beijing 100052 China 2. Tianjin University Tianjin 300072 China)

China’s wind power industry develops rapidly in recent years. Probably, some problems, either technological or managerial, will emerge. One approach to coping with the problems is to resort to the successful experiences of the advanced-in-wind-industry countries based on understanding of China’s basic conditions. The paper analyzes the developing history of China and Germany in wind power industry and compares the characteristics of wind power industry in terms of function, development mode and the problems faced. Finally, the paper points out that the healthy sustainable development of China’s future wind power industry needs unified planning for both wind power and grids, scientific technical standards and grid codes, and complete policy systems.

Wind power generation, development mode, comparison, planning, smart grid

TM715

尹 明 男，1974年生，博士，副教授，研究方向包括电力系统规划、风力发电、智能电网等。

2009-10-15 改稿日期 2010-03-09

王成山 男，1962年生，博士，教授，博士生导师，研究方向包括电力系统优化规划、电力系统的安全性与稳定性等。