中國儲能網訊：從世界上第一艘帆船的誕生開始，人類就一直在探索風能的各種利用方式，而風力發(fā)電是迄今為止人類找到的最具規(guī)模化和商業(yè)化的風能利用方式。就風電的開發(fā)形式而言，分為并網型和離網型風電。并網型風電又包括大規(guī)模建設集中接入電網和分散建設分布式接入電網兩種形式。但無論采用哪種并網形式，由于風電的資源稟賦和電力的特性所決定，并網風電是最現實，最有效，最經濟，最普適的開發(fā)模式。世界包括我國在內并網風電裝機迅猛發(fā)展的現狀，也證明了沒有并網風電技術的大規(guī)模應用，風電不可能擔當起從補充能源到替代能源，以至主流能源的重任。
誠然，伴隨著我國并網風電的大規(guī)模發(fā)展，棄風限電成為目前我國風電發(fā)展的主要矛盾。但這個問題的本質是風電從補充能源向替代能源轉變，其在電力系統(tǒng)格局中重新定位時與舊有格局產生利益沖突導致的。有些專家所謂的“風電波動性會直接破壞電網的穩(wěn)定性、連續(xù)性和可調性，危及電網安全”都是受舊有觀念影響下的主觀臆斷，而不是客觀事實。歐洲的實踐經驗以及我國電網企業(yè)的研究都表明，風電并網面臨的根本障礙不是技術限制，而是不符合發(fā)展需要的電力體制和利益協(xié)調機制。因此符合我國國情的風電發(fā)展特色之路，是正確認識制約風電發(fā)展的根本問題，按照十八屆三中全會對全面深化改革作出的戰(zhàn)略部署，深刻理解三中全會精神，深化生態(tài)文明體制改革，加快建立生態(tài)文明制度，通過體制機制的改革，堅定不移的走能源轉型之路，不斷提高可再生能源的消費比重。
風電并網有利于電網的穩(wěn)定運行
電力系統(tǒng)本身就是一個動態(tài)系統(tǒng)，電力系統(tǒng)中的所有電源都是恒定電源并不是一件好事，因為需求側的變化是每時每刻都在發(fā)生，所以一個穩(wěn)定的電力系統(tǒng)應該具有更好的靈活性和平衡能力。核電和某些燃氣燃煤電廠能夠保持恒定的發(fā)電出力，但靈活性很差。如果單獨來看，這是一個缺點，因為電力需求整天都有明顯而持續(xù)的變化。各種技術和電力需求模式的綜合效應才對電網運營商有意義。從歐洲的大規(guī)模風電并網研究結論來看，對風電并網的爭議中存在的最大誤區(qū)之一，是將風電從電力系統(tǒng)中割裂看待。
風電等波動性電源，恰恰可以為電網調度中的削峰填谷發(fā)揮積極的作用。從電源角度來看，沒有哪一種電源類型是100%可靠的，當一座火電廠或核電站從系統(tǒng)中解列時，會瞬間發(fā)生上百萬千瓦的擾動。實際上，電力系統(tǒng)從未完全避免這類事件的發(fā)生，并一直不得不應對大型發(fā)電廠的這些瞬間出力變化和用電需求變化。這一點證明，電網系統(tǒng)有技術能力和現成方法解決電網的穩(wěn)定性問題。盡管風電是一種可變能源，但電網運營商完全可以通過在處理負荷變化中積累的經驗來控制這種波動性，所以在多數情況下電網已經做好了應對這種波動性的準備。
風功率預測等工具的發(fā)展也有助于風電并網。通過擴大風電消納范圍以及制定在時間上更加細化的調度方案，電網能更好地統(tǒng)籌各種電源，充分利用由于地理差異性產生的風電出力的穩(wěn)定性。據美國國家可再生能源實驗室（NREL）的研究報告顯示，隨著并網風電機組的增加，風電在電網中的變化就會越來越小，更大范圍內（或電網覆蓋區(qū)域）的電力平衡有助于平抑風電波動幅度。事實證明，1 億千瓦的風電與單臺風電機組的運行截然不同。單個機組通常在一年內產生超過1000小時的零出力現象，而在廣闊地理范圍內大規(guī)模集群的風電機組的出力幾乎總是大于零。同時時間尺度越短，變化幅度也就越小。
風電并網比例沒有上限
雖然風電是一種變化出力的電源，但是以往的運行經驗以及詳細的風電并網研究并未發(fā)現電網在接納多少風電方面存在明確的技術限制。 一些國家已經使用了大量的風電。資料顯示，2012年，丹麥風電占比早已超過30%，2020年計劃風電占比達到50%；西班牙和葡萄牙的風電占比達到了11%，高峰時能夠達到30%，德國風電占比也達到了7.7%。多國都已提出2050年達到100%使用可再生能源的目標。我國蒙西風電并網比例不斷刷新歷史記錄，也是一個很好的證明。據悉，蒙西電網在2012年3月至5月間，日上網風電量占蒙西電網總供電量20％以上的有33天，超過25％的有17天，4月26日甚至達到了30.53％，風電已成為蒙西電網第二大主力電源。在國家電網范圍內，也有很好的例子。遼寧阜新地區(qū)風電裝機容量基本與火電裝機持平，風電供電量占遼寧網架中的13%，電網未受絲毫影響。目前風電在我國電力結構中的占比僅有2%，盡管已經成為繼火電和水電之后的第三大主力電源，但對于電力系統(tǒng)的汪洋大海而言就如涓涓細流，發(fā)展的空間依然非常巨大。
據歐洲大規(guī)模風電并網研究結果顯示：“提高風電比例面臨的障礙，不是因為風電的不穩(wěn)定性，而是因為既不自由也不公平的電力市場存在的一系列障礙，再加上新技術威脅到舊的思考和行為模式時遇到的自然反彈。”電力系統(tǒng)中擁有大量風電的西班牙、丹麥和德國等國家的經驗表明，在現有電網中可再生能源發(fā)電比例是否存在上限的問題是一個經濟和監(jiān)管問題，而不是技術問題。
大規(guī)模并網風電具有成本效益
風電之所以能夠成為目前最具競爭力、商業(yè)化程度最高的可再生能源發(fā)電技術，完全得益于風電大規(guī)模開發(fā)利用所展現出的規(guī)模效益，從而推動技術進步、成本降低、管理完善和產業(yè)快速走向成熟。這也為風電的其他利用形式打下了基礎。
關于風電的成本之爭，主要集中在兩個方面，一是風電增加電力系統(tǒng)基礎設施及運行管理成本，二是風電是否享受了過多的補貼。
任何發(fā)電形式，其實都需要電網進行調峰，這是一個系統(tǒng)問題。當風電成為電源之一時，風電并網成本是除風電以外的電力系統(tǒng)設計和運行的額外成本。美國國家可再生能源實驗室的研究結論指出，風電占比達到20%時，因風電所增加的平衡成本約為風電整體銷售價的10%或更低。風電的變化并不與負荷的變化完全一致，這意味著現存系統(tǒng)變量能夠攤配一定的風電變量，也意味著電力系統(tǒng)中這種新變量的介入，并不會恰巧導致總變量或極端變量的增大，因為與極端變量重合的幾率微乎其微。風電在較大的消納區(qū)域內的并網運行成本要比在較小的區(qū)域更低。如果風電遍布整個區(qū)域，那么每臺機組的波動降低而整體的預測能力會提高，這樣就降低了并網的成本?？赡苄枰嗟倪\行備用容量，但不一定非要增加新的發(fā)電廠。按照風電占比較高的國家和地區(qū)的經驗，風電場建成后已有備用容量得到了更多的利用，而不需要新增備用電源。就輸電成本而言，并不需要新建單獨輸送風電的通道，但是一些研究發(fā)現，盡管風電輸送通道造價高昂，消費者仍然受益，原因在于風電取代其他發(fā)電方式能夠降低發(fā)電成本。此外，與電力生產成本（如燃料、運行和維護等）及開發(fā)電力所需的資本金相比，電力輸送支出在消費者所有電力支出中的比重，已經微不足道。美國電網協(xié)調系統(tǒng)規(guī)劃（JCSP）研究表明，增加的傳輸成本預計將占2024年全部能源銷售額的2%。
再來看看補貼成本的問題。有專家提到風電成本高，這主要體現在風電銷售價格中的補貼部分。對可再生能源電力進行適當補貼，培育其市場生存能力，從而助力能源結構調整并打造新的經濟增長極，這是世界各國為占領未來技術制高點所采取的通行做法。隨著學習曲線的下降，補貼水平將逐漸降低直至取消。風電享受補貼后的電價，即全國不同區(qū)域的風電上網電價，與火電電價相比，依然具有明顯的成本效益優(yōu)勢。這是因為我國的銷售電價并未反映出各種電源的全部真實成本。以火電為例，其所享受的隱形補貼是驚人的。煤炭在開采、運輸、燃燒以及污染治理上，每年都在耗費著以萬億來計算的社會成本，而且未來這個成本還會更高。就目前情況看來，霧霾的嚴重程度充分表明，這些成本也遠未計算在內，民眾因為呼吸道疾病所付出的醫(yī)療成本，以及相關城市因環(huán)境惡劣所丟掉的投資，均應算在其中。而開采煤礦所產生的土地環(huán)境破壞、耕地減少、人員傷亡也遠遠未算到煤電成本之中。據美國落基山研究所以及歐洲相關機構研究表明，僅就經濟成本而言，火電成本就是其電價水平的3倍以上，而在綜合各類環(huán)境因素和社會成本的情況下，火電成本會高出目前的數十倍。
而國外對于風電全生命周期的碳足跡測算表明，各種規(guī)格的風電機組，在發(fā)電的前半年內就可平衡掉從其材料生產到報廢回收整個過程的碳排放，使用中幾乎是零碳排放。成本效益孰優(yōu)孰劣，一目了然。尤其是在歐洲許多國家已經確立了100%可再生能源利用目標的情況下，我們還用陰謀論思維、還想用零打碎敲的方式去發(fā)展風電，顯然是一種“還未出發(fā)就已失敗”的行為。各國都看到了風電在服務環(huán)保、建設低碳經濟、替代化石能源方面的突出成效，制定出一個高過一個的宏偉目標。我國也將風電列入戰(zhàn)略性新興產業(yè)范疇加以大力扶持，在已經具備的基礎上，抓住歷史機遇，將我國風電打造成為具有領先世界優(yōu)勢的高端產業(yè)。而這一些都必須有穩(wěn)定的和大規(guī)模的市場作為支撐，也只能以并網型風電為主，其他形式作為有益的補充。
經濟的一體化、網絡化、信息化要求包括能源在內的要素必須高效流動和優(yōu)化配置，從這個意義上講，并網風電符合資源優(yōu)化配置的原則，仍是未來發(fā)展的主流，國內外的理論和實踐都清楚地表明了這一點。真正的風電離網（非并網）應用，到目前為止，還只限于偏遠的電網無法到達的地區(qū)，要靠離網應用達到大規(guī)模開發(fā)利用風能的目標恐怕不切實際。所謂的風電非并網應用在電解鋁等高耗能產業(yè)，也仍然要基于電網的基本支撐，這和風電分散式并網分布式應用并無區(qū)別，更非新鮮事物。顯然，科學地認識可再生能源發(fā)展現狀，認識中國風電發(fā)展國情以及風能利用途徑很有必要。在認識提高后，針對利益糾葛，各方專家也應該站在正確的科學觀和價值觀上思考可再生能源的未來發(fā)展方向，這樣我們才能切實轉變發(fā)展模式、呵護碧水藍天、建設美麗中國。
（作者為中國可再生能源學會風能專業(yè)委員會秘書長）
