我国风电大规模集中并网的消纳市场和消纳策略

黄怡，张琳，刘建琴，王智冬

(国网北京经济技术研究院，北京市 100052)

0 引言

研究指出，风电消纳受多种因素影响［5-6］，包括电源发展秩序、风机技术水平、网架条件、管理制度等。目前，我国风电实行“先省内、再区域、后全国”的消纳原则，国家能源局提出“提高风电就地消纳能力是促进风电消纳的根本措施”［7］，有关研究进一步提出按照地区全社会用电量或负荷比例安排本地风电消纳的思路。文献［8］提出借鉴国外风电消纳良好政策机制的措施建议。文献［9］提出了一套基于电源结构、负荷特性和调峰能力的电网接纳风电评估体系，根据实际系统特性、条件安排风电消纳。基于以上成果，本文对比国内外风电消纳特征，明确我国风电消纳条件，结合国情研究风电的合理消纳市场及消纳策略，为大规模风电发展提供参考。

1 国内外风电消纳特征

1.1 国外风电消纳特征

根据世界风能协会(world wind energy association，WWEA)统计，2011年全球风电总装机容量2.37亿kW，同比增长20.3%，约62%的风电装机位于欧洲及北美洲地区［10］。上述地区已有风电场大多装机规模较小、集中度不高，除近期集中开发的大规模海上风电场采用高电压远距离输送外，主要是分散接入配电网就地消纳［11］。其风电消纳特征及保障措施主要为:

(1)大量的灵活快速调节电源为风电发展提供充裕备用，平衡风电出力波动。2010年西班牙电网装机与最大负荷比达2.2∶1，其电源构成以联合循环机组、风电、水电为主，装机占比分别为26%、19%和16%，其中具备良好调峰性能的装机容量比例达到47.9%［12］。

(2)完善的坚强互联电网支撑，实现风电大范围消纳。丹麦是世界上风电装机比例最高的国家，2010年风机规模约占本国容量的22%［13］。丹麦东部电网通过交流输电线路与挪威、瑞典、芬兰等国组成北欧电网(Nordel)，具有统一的电力市场交易平台;丹麦西部电网通过德国电网与欧洲大陆互联电网(UCTE)进行电量交易［11］。跨国/跨区输电网为丹麦电网提供了充足备用，扩大消纳范围保障了较高的风电消纳比例。

(3)以降低其他电源利用时间为代价，保证风电的高比例消纳。在风电大规模发展和优先调度的情况下，其他常规机组配合风电出力，设备利用率明显下降。2010年，西班牙煤电、风电利用时间基本相当，分别为 2 174、2 153 h［12］。丹麦电网将供热机组低限出力降到额定出力的20%，5 min时段内的低限出力还能更低，以备必要时的风电消纳［14］。

(4)严格的风电并网标准、明确的奖惩机制和有效的调度运行措施，允许对风电场进行调控。以西班牙为例，在某些特定情况下，控制中心有权切除部分风电或要求风电场降低出力运行，而不给予风电损失电量补偿［12］。

正常女性生殖道中的血液屏障和精子胞质中的免疫抑制物可抑制免疫应答反应的产生。如果女性生殖道损伤或发生炎症反应，原有的屏障被破坏，可发生免疫应答，产生抗精子抗体。抗精子抗体可分为IgM、IgA、IgG、IgE 4种，在不孕女性中IgM的检出率最高，IgA次之[55]。抗精子抗体对于不孕的影响主要表现在：①阻止精子进入宫腔并降低精子活性；②干扰精子获能并抑制顶体反应；③阻止精子穿过透明带；④干扰精卵结合过程；⑤通过诱导巨噬细胞及杀伤细胞损伤受精卵和胚胎，引起流产[56]。

1.2 我国风电消纳特征

根据我国风能资源分布格局，我国风电开发主要集中于远离负荷中心的“三北”地区，并网风机容量占到全国总量的78%。其中，蒙西、蒙东、甘肃、河北、辽宁等省(区)并网风电规模均超过300万kW。除蒙西、蒙东、甘肃分别有约170万、100万、110万kW的风电经500/750 kV省间交流通道送至省外，大部分省(区)风电经220 kV及以下线路接入本地电网消纳，造成部分省份弃风严重。2011年6月，冀北、蒙西、吉林、黑龙江、蒙东、甘肃、新疆等省(区)弃风比例分别为4.2%、12.7%、13.8%、12.4%、25.9%、12.8%、4.1%［15］。

目前我国风电消纳特征及相关政策主要有:

(1)电源结构以火电为主，供热机组比重大，缺乏灵活快速调节的电源支撑。截至2010年底，我国煤电装机占全国总装机的72%，其中供热机组占煤电装机的20%以上。在风能资源丰富的“三北”地区，供热机组占火电装机的比例更高。受电源结构制约，电网调峰压力较大。

(2)电网结构相对薄弱，省区间联网能力不强，难以提供风电消纳支持。我国风电富集地区大多相对偏远，受本地负荷及系统规模限制，风电消纳能力不足。在以分省分区平衡为主的格局下，各省(区)间电网互联规模有限，互济能力不足，难以提供大规模风电消纳支持。

(3)实行风电全额保障性收购制度，常规电源适应性调节将付出较大的经济代价。目前我国实行风电全额保障性收购制度，规定国家根据规划批准建设的风电场发电量，电网必须保障性全额收购［16］。为满足风电消纳需要，在充分调动调峰电源能力后，目前主要采用丰水期弃水、供热期机组启停调峰等手段，经济代价较大。

因此，限于我国电网结构模式，目前我国风电消纳主要以就地平衡消纳为主。受系统规模、电源结构等因素影响，部分地区弃风严重。

2 我国风电消纳市场

2.1 风电规划发展情况

根据资源分布及开发情况，我国有12个风电发展重点省(区)(简称12省区)，包括甘肃、冀北、蒙西、蒙东、吉林、新疆、江苏、山东省(区)8个千万kW级风电基地，以及黑龙江、辽宁、山西、宁夏4个省(区)。根据风电项目前期工作、国家及地方规划，预计2015年和2020年全国风电装机规模将达到1.2亿kW和1.9亿kW。其中，12省区2015年风电装机约占全国的85%，2020年约占全国的95%。2020年蒙西、吉林、甘肃、新疆等省(区)风电装机将超过2 000万kW。

2.2 风电消纳原则及思路

风电消纳基本原则为:以确保电网安全运行为前提，以全社会电力供应总成本最低为目标，兼顾风电发展经济性;统筹各类型电源调峰能力，挖掘电网消纳风电潜力，优先消纳风电;按照“先省内、后区域、再全国”的消纳原则，合理提高风电利用效率，最大限度满足风电规模化发展需要。

综合现有风电消纳研究，可以归纳出以下2类风电消纳计算方法。本文通过生产模拟，对比测算2种方法下的风电弃风情况，重点针对我国12省区规划规模，研究合理的风电消纳市场需求。

方法一:调峰平衡的风电消纳计算方法。根据各省(区)电网调峰能力和风电特性，通过生产模拟计算，控制弃风电量在风电可发电量的5%以下［17-18］，计算省内可消纳风电装机规模，作为省内消纳规模;如果规划装机大于省内消纳规模，按照跨省、跨区的顺序消纳。

方法二:用电占比的风电消纳计算方法。将按本省(区)全社会用电量10%推算的风电规模与规划装机比较，如果规划装机小于推算的规模，规划装机全部在省内消纳;如果规划装机大于推算的规模，超出部分按照跨省、跨区的顺序消纳。通过生产模拟计算，分析是否出现弃风，并计算弃风电量水平。

风电弃风情况如图1所示，风电出力、负荷规模随时间变化。为充分发挥风电效益，其他电源充分参与调峰，但在风电大发的部分情况下，常规电源按照最小出力运行，电源总出力仍高于负荷需求规模，高出的时段将被迫弃风运行。

图1 风电弃风情况示意图Fig.1 Wind abandonment in wind power

2.3 风电消纳市场需求

2.3.1 弃风情况

根据上述研究思路，方法一中，各地年风电弃风电量不超过风电可发电量的5%。计算显示，方法二中，2015年、2020年，12省区年弃风总电量分别约占规划风机发电总量比例的13%、12%，明显高于方法一。其中弃风较严重省(区)情况如图2所示。

可以看出，12省区中，2015年，除江苏、辽宁、山西、山东省无弃风外，其他省(区)风电弃风比例均大于5%;2020年除江苏、辽宁、山西、宁夏省无弃风外，其他省(区)风电弃风比例均大于5%。方法二下，我国风电发展重点省区大多存在较严重的弃风现象。

此外，受负荷特性、电源结构、电源出力及调节特性等多种因素影响，各地区风电消纳能力及弃风情况存在较大差异，简单按照用电占比安排各省(区)风电消纳方法的科学性、合理性较差。风电消纳的关键仍在于系统的调峰能力。

图2 风电弃风大于5%省(区)情况(方法二)Fig.2 Provinces of wind abandonment in wind power more than 5%(method 2)

2.3.2 风电消纳市场

方法一:根据调峰平衡结果，2015年、2020年，12省区可消纳风电约5 100万、7 400万kW，区域内跨省消纳约1 000万、1 700万kW，需要跨区域消纳约4 200万、9 200万kW，跨区消纳比例为41%、50%。其中，东北、西北、华北电网2015年跨区消纳比例分别为49%、44%、38%，2020年分别为 56%、49%、53%。按照方法一，风电开发主要省(区)2015年、2020年风电消纳市场比例情况如图3所示。

图3 风电消纳需求(方法一)Fig.3 Wind power consumption demand(method one)

方法二:2015年、2020年，按照本省(区)风电发电量10%原则，12省区内需消纳约7 500万、10 200万kW，区域内跨省消纳约 2 500万、5 500万kW，需要跨区域消纳约300万、2 500万kW，跨区消纳比例约为3%、14%。其中，东北、西北、华北电网2015年跨区消纳比例分别为11%、0%、0%，2020年分别为32%、13%、5%。按照方法二，风电开发主要省(区)2015年、2020年风电消纳市场比例情况如图4所示。

可见，随着风电装机构成占比的增大，调峰电源占比降低，本地风电消纳规模占地区规划风机规模的比例总体呈下降趋势，但依据地区负荷、电源等特性不同存在较大差异。

图4 风电消纳需求(方法二)Fig.4 Wind power consumption demand(method two)

根据我国电源及市场发展趋势，跨区消纳将是未来风电消纳的重要形式，东北、西北目前已存在风电消纳不足问题，随着风电持续大规模发展，“十二五”期间华北风电也需寻求区外市场。考虑负荷发展及资源互补，华中、华东将是未来我国大规模风电消纳的重要市场。

3 结论及建议

综合以上分析可以看出，风电消纳受区域负荷特性、电源结构及出力特性、环境及政策等多种因素影响，存在较大的地域差异。按照现有负荷特性及电源结构，根据用电占比安排各省区风电消纳，还需因地制宜、研究落实保障风电消纳的合理措施。风电消纳必须结合电网实际情况，按照调峰能力确定。

根据我国风电发展条件及规划情况，考虑负荷发展及资源互补，华中、华东将是未来我国大规模风电消纳的重要市场，大范围跨区域风电消纳将是应对大规模风电集中开发的重要手段。

［1］中国电力企业联合会.电力行业2010年发展情况综述:中电联发布《中国电力行业年度发展报告2011》综述篇［EB/OL］.［2012-07-12］.http://tj.cec.org.cn/niandufazhanbaogao/2011-06-27/58873.html

［2］中国电力企业联合会.2012年6月全国风电生产情况统计表［R］.北京:中国电力企业联合会，2012.

［3］唐维.风电并网 出路何在［J］.节能与环保，2011(4):42-44.

［4］王赵宾.风电业“整风运动”［J］.中国经济和信息化，2011(10):62-63.

［5］邱国福.我国风力发电如何良性“消纳”［J］.大众用电，2011(5):17-18.

［6］胡志鹏.大规模风电的并网瓶颈及其对策［J］.电气制造，2011(7):72-74.

［7］史丰蕾.风电并网要更重视“就地消纳”:本报专访国家能源局新能源和可再生能源司副司长梁志鹏［N］.中国能源报，2011-08-29(2).

［8］李琼慧.看异域之风如何并网［J］.国家电网，2011(5):78-80.

［9］孙荣富，张涛，粱吉.电网接纳风电能力的评估及应用［J］.电力系统自动化，2011，35(4):70-76.

［10］The World Wind Energy Association.World Energy Report 2011［EB/OL］:［2012-07-01］.http://www.wwindea.org/webimage/worldwindEnergy Report 2011.PDF.

［11］程路，白建华，贾德香，等.国外风电并网特点及对我国的启示［J］.中外能源，2011，16(6):30-34.

［12］刘德伟，黄越辉.西班牙风电高比例消纳研究及启示［J］.可再生能源，2011，33(3):25-28.

［13］Danish Energy Agency(DEA).Energy statistics 2010［R/OL］.［2012-05-31］http://www.ens.dk/en-US/Info/FactsAndFigures/Energy_statistics_and_indicators/Annual%20Statistics/Documents/Energy%20Statistics%202010.pdf.

［14］中国可再生能源发展战略研究项目组.中国可再生能源发展战略研究丛书:风能卷［M］.北京:中国电力出版社，2008:101-102.

［15］国家电网公司.关于“十二五”第一批拟核准风电项目接入计划安排建议的报告［R］.北京:国家电网公司，2012.

［16］全国人大常委会.中华人民共和国可再生能源法(修正案)［Z］.2009.

［17］董谷媛.尽快让风电进入稳定健康发展期:访中国可再生能源学会风能专业委员会副理事长施鹏飞［J］.国家电网，2011(5):76-77.

［18］张云.风电发展需要新思维［J］.国家电网，2011(3):16-17.