江苏地区海上风电产业及其非并网模式研究

◎李展聪 钟妍

一、前言

我国拥有丰富的风力资源，但目前开发的程度仍只占总储量的一小部分，如果得到开发能大大缓解我国能源紧缺的问题。但由于风力产生的电能具有不稳定性，风能并网发展并不是最优选择。出于这样一个环境下，我们把目光放在江苏地区海上风电产业上，并对其非并网模式发展做一个研究，通过局部的发展探究全国海上风电产业的发展方向。

二、江苏地区发展海上风电产业的优势

1.地理位置优越，风能丰富。

江苏省是我国风能资源最大的地区之一，且风力状况良好，适合风力发电。江苏为我国东南沿海地区，由于背靠世界上最大的大陆——亚欧大陆，面向世界上最大的还有——太平洋，海陆热力性质明显，冬夏季风力强。

且江苏的海域面积大，海岸线长度长，约900 多公里，近海有大陆架支持，海拔低，海上风电机组安装难度较低，同时还能减少占用陆地面积，节约土地成本。

2.科研技术水平高，投入大。

3.经济发达，对能源需求旺盛。

江苏省作为我国的经济大省，其能源消耗也是巨大的。

据江苏省统计局统计：

2018 年江苏省全社会用电量累计6128.27 亿千瓦小时，比上一年累计增长5.5%，其中工业用电量累计4396.06 亿千瓦小时，比上一年度累计增长2.9%。江苏省每年电力消费都十分巨大，而其中有一部分电力是依靠省外调进。 2018 年发电量为5085.08 亿千瓦小时，仅占社会用电量的83.00%，这说明有超过一成的电力是由省外调进。若由省外调进的电力能由省内生产代替，必然带动省内电力相关产业进一步发展。

三、江苏海上风电并网和非并网模式对比分析

1.海上风电并网存在劣势。

（1）风电具有不稳定性，会对电网安全造成影响。

由于风力本身具有一定的波动性，因此由风力产生的电能具有不稳定性，贸然接入电网会对电网的稳定性产生影响。据统计，江苏风电场的风电在24 小时内具有同期性，即风电场的风电波动情况基本一致，其风场负荷基本是在22：00-00：00 左右达到最高峰，在06：00-08：00 左右为整一天风场负荷的低峰期。从整体上看，风电场产生的风电无法在风电场之间进行互补，促使发电量稳定。因此，风电场发电具有不稳定性，会对供电质量造成影响，贸然接入电网会破坏电网原本的稳定。

（2）我国风电难以使用其他电能进行调峰。

我国发电方式主要以火力发电为主。如图1 所示，2018 年，在全国发电量中，其中有73.32%的发电量来源于火力发电，16.24%来源于水力发电，接着依次是核能发电、风力发电和其他发电方式，分别占比为4.33%、1.32%和4.79%。

近年来，中国社会人口老龄化程度正在逐步加深，《中国老龄产业发展报告》指出，2022-2030年，我国60岁以上老年人将由2.6亿增长到3.7亿，“空巢老人”占老年人口比例近50%，失能、半失能老年人占比达18.3%。预计到2030年，我国需要专业化养老护理员6800万人，养老护理员越来越稀缺。

图1 全国不同发电方式的发电量比例图

我国这样的发电方式结构很难为风电进行调峰。用于火力发电的锅炉燃烧系统，其原理是将热能转化为机械能再转化为电能，以这种方式产生的电能具有滞后性，无法准确地为风电即时性地调峰。同理，核电的发电方式也决定了其很难为风电进行调峰。即使水电也会受到季节的影响，水电厂对其它电能的调峰作用一般是在枯水期期间完成的，且水电厂建设还会受到地形的影响，江苏地势平坦，水能并不丰富，难以为风电进行调峰。

2.海上风电非并网模式的优越性

（1）高能产业低碳化——电解铝。

目前我国已经掌握了将非并网风电用于电解铝生产的技术。我国科研人员已在实验室炼出第一块由非并网风电供能的铝锭，并以此为风电电解铝的建设奠定基础，着手建设年产1000吨铝的风电电解铝示范工程。

将非并网风电用于电解铝行业，不仅能够促进我国能源消费结构调整，还能通过海上风电与电网同时供电的新型供电系统，能够最大程度地保证电解槽的连续供电，减少因风力波动造成的电力波动的影响，保证了铝电解液温度的稳定。电解铝行业通过加大海上风电的使用率，减少对电网的依赖性，达到一个节能减排的效果，也为自身找到一个低碳化的道路。

（2）电解水制氢，促进绿色能源发展。

我国是一个煤炭大国，传统的制氢方法是通过煤的焦化和气化来制作氢气，这是具有我国特色的制氢方式。这种方式碳排放量大，不利于绿色发展。电解水制氢无污染，而且制作的氢气纯度极高，若将海上风电与电解水制氢相结合，这样能省去并网的辅助设备，直接使用直流电制氢，既保证了电网的安全，同时又使海上风电的利用率达到最大化，避免了弃风问题造成能源浪费。

2019 年3 月，国内首个风电制氢项目设备在河北张家口完成安装，这个项目建成后，每年能够提供1752 万标准立方米的氢气。这种不并网直接利用风电制氢同样适合江苏发展。

（3）非并网风电与海水淡化相结合。

海水淡化是一项高耗能的技术，新型的海水淡化设备能够适应风电波动所引起的电力波动，更好地保持内部热能平衡，提高能源利用效率。

运用海上风力发电机为海水淡化设备进行供能，不仅能更好地利用风力，还能就近为沿海海岛等淡水资源缺乏的地区输送淡水，解决这些地区淡水资源运输困难的问题。且现非并网风电海水淡化技术已经成熟，已经逐步在各地运行。

2018 年，北京顺利通过了评审非并网风电海水淡化一体化装备（12000 吨/日）示范项目。

（4）构建智能供电网。

江苏省是我国经济大省，同时也是用电大省。在2018 年中，江苏省以6128.27 的电力消费量在全国所有地区中位列第二，仅次于广东省。

对电力的需求旺盛的江苏地区，虽然海风资源丰富，但是由于风电的不稳定性，如不将海上风电调峰再接入电网，会对电网稳定造成破坏。有没有一种两全之策，又能充分利用海上风电，又能避免风电直接冲击电网。如能构建一个新型智能供电网。

构建一个智能供电网，海上风电不入电网将直接向智能供电网输送，智能供电网根据分析风电波动周期，当风力发电能满足日常电力需求时，采用风电直供给终端用户；同理，当风力发电不能满足终端用户需求时，将按一定比例输送电网电力以满足终端用户的用电需求。这样既避免了风电并网对电网的破坏，又能最大程度地使用海上风电。而且比起传统的将风电并网再输送给用户，这样的新模式减少了并网的中间环节，一定程度上降低了发电成本。

四、结语

我国海上风电产业的发展前景仍然非常广阔，然而江苏省作为我国经济发达的地区，其对能源的需求必然是庞大的，并且江苏本身也有能力去开发海上风能，所以如何开发，如何利用成为我们值得思考的问题。海上风电非并网模式是江苏地区海上风电产业发展的一条可行且崭新的道路。在未来，海上风电非并网模式必然是大势所趋，成为风电产业发展的主要模式。