北京風電產業鏈發展環境及柔性優化策略研究﹡

文 | 趙振宇 侯麗穎

北京風電產業鏈發展環境及柔性優化策略研究﹡

文 | 趙振宇 侯麗穎

增加能源供應、保障能源安全、保護生態環境，是實現首都經濟和社會可持續發展的重大戰略任務。風電作為清潔能源，可以有效降低碳排放、減少環境污染，緩解對化石能源發電的需求。在倡導綠色能源的當下，風力發電憑借其技術相對成熟、成本相對較低等優勢發展迅速并得到了北京市的政策支持和大力推進。但影響風電產業的因素多，北京風電產業在快速發展的同時也遇到諸多難題，對風電產業鏈柔性也提出了更高的要求。因此，北京風電產業的發展環境、風電產業鏈柔性優化策略亟待深入分析和研究。

北京風電產業鏈發展現狀與特點

（一） 北京市風電裝機及風電場概況

自2011年發布《北京市“十二五”時期新能源和可再生能源發展規劃》以來，北京市一直大力發展新能源與可再生能源。近年來北京市累計風電裝機的數據如表1。

北京市風電場數量少。鹿鳴山官廳風電場是北京最具代表性的風電場，目前與北京電網并網運行，位于延慶縣西北端官廳水庫兩岸，在10m高度年平均風速為5m/s，在70m的高度年平均風速為7.11m/s，平均風功率密度約為422W/m2。國家能源局“十二五”第二批風電項目核準計劃中擬核準的鹿鳴山官廳風電場三期項目，目前已經相繼完成風電機組主機、輔機、塔筒吊裝施工招標以及工程項目管理招標。除鹿鳴山官廳風電場外，其他幾座風電場一般只做示范或政府項目用，如位于延慶縣的八達嶺風力發電試驗站以及在2014年6月啟動建設的位于昌平區的大唐昌平青灰嶺風光發電示范項目。

（二） 北京倡導風電等綠色能源具示范作用

北京是國際型大都市，每年需消耗大量能源以滿足巨大的城市需求。隨著能源供應的日益緊張以及對低碳生活理念的倡導，大力推廣應用綠色電力將有利于首都的環境保護和可持續發展。根據國家風電政策導向，北京市出臺了相應的配套政策，如《北京市能源發展及節能規劃》、《北京市節能監察辦法》、《加快發展循環經濟建設資源節約型環境友好型城市行動計劃》等。作為首都，北京有責任有義務根據國家的方針政策，挑起能源改革的重擔，改善當前的用電結構，逐步增加可再生能源發電比例，并以其具有標志性、示范性、導向性、形象性的首都效應，引領全國綠色能源發展。

表1 2007年-2013年北京市累計風電裝機情況

（三） 風電產業鏈延伸至外省，自身主要定位于研發設計環節

風電產業鏈主要涉及研發設計、風電設備制造、風電場開發建設、風電電網接入以及相關服務等。依附大城市功能定位的優勢，北京主要側重于風電產業鏈中的研發設計環節，每年邀請國內外風電行業專家和學者在京舉辦技術交流會、展覽會等，大力推動了全國風電產業的發展。此外，憑借第三產業發展優勢，北京地區的物流、保險、金融等服務業相對發達，為風電產業鏈需要的相關服務提供了有力支持。同時，北京優良的市場和人力資源也吸引了眾多大型風電企業落戶，如國電聯合動力、金風科技、華銳風電、中廣核風電有限公司等。大企業的紛紛落戶加速了北京地區風電市場資源的流轉，使得北京逐漸具備了發展風電產業鏈中高端產業的環境優勢。

影響北京風電產業鏈發展的環境因素分析

北京風電產業鏈已初具規模，要優化配置風電產業鏈柔性，必須首先識別影響北京風電產業鏈發展的環境因素，然后再針對這些因素構建產業鏈柔性的優化配置模式，從而形成應對復雜環境問題時的解決思路，提出解決方案并做好相應準備，實現北京風電產業鏈健康穩定發展。

（一） 資源開發因素

北京地區自身風能資源并不豐富，開發潛力有限。北京地處平原，屬于風能資源一般區域，其風向有明顯的季節性變化，且風速受地理環境的影響較大，城區、谷地、盆地年平均風速較小，山區和風口處風速較大；北京地區僅有三個主要風口，分別位于延慶縣康莊地區、密云縣古北口地區以及永定河兩岸，形成三條風帶，風帶內年平均風速大于3m/s，最大風速約在20m/s－23m/s之間?？傮w匱乏的風能資源導致北京地區風電開發潛力不足，風電場建設和長遠發展受到極大限制。

（二） 電網建設因素

北京地區電網基礎條件對風電接入構成限制。從區域分布來看，北京風電的發展主要集中在延慶地區，大容量風電進入延慶電網后，由于當地不能完全消納，要向北京主網架推送。然而，延慶電網卻是典型的受電電網結構，物質基礎薄弱，如被迫轉為送電電網，則需改變本地區的電網結構以及與北京主網架的聯絡能力，使其盡快具備大規模風電接入電網系統的條件，提升電網接納風電的能力。另外，北京有不少變電站和輸電線路已運行超過20年，為了保障電網的安全運行，需要盡快改造升級。但北京地區土地資源日益緊張，變電站站址和線路走廊資源十分有限，偏高的工程造價使得針對開發風電的電網項目啟動難度大、收益率低，新增風電供電能力的經濟性也受到限制。

（三） 調控技術因素

風電并網加大了電網調控的難度。一方面，北京電網的負荷呈日峰谷差大、年波動大、尖峰負荷持續時間短等特點，給電網調峰帶來困難；另一方面，由于北京地區裝機基本上都是供熱機組，使得電源的調峰能力小，兩者之間形成了很大矛盾。不僅如此，北京電網的電源結構目前正在發生改變，風電機組、太陽能發電裝置、燃氣供熱機組、“三聯供”等電源快速發展且對電網運行的影響日益明顯。風電的間歇性、不穩定性特點對北京電網提出了更高的技術要求，如有功功率和無功功率的要求、并網電壓的要求、繼電保護的要求、低電壓穿越的要求和電能質量的要求等，這使電網面臨嚴峻的安全運行考驗，加大了電網調控的難度。此外，北京電網為非獨立控制區，電力平衡在京津唐電網內統一安排。在冬季，特別是夜間，風力大而電網負荷處于低谷時段，華北地區富余風電出力會大量輸送到京津唐電網消納，從而導致北京本地風電機組并網受到一定限制。

（四） 市場競爭因素

較之風電，其他一些清潔發電項目更具競爭潛力。北京地區受到環保壓力相繼關停淘汰了百萬千瓦小火電機組，火電發展受到限制。目前，北京電網的外受電比例高達70%以上，因此，充分開發本地資源、大力推廣可再生能源和能源綜合利用已是大勢所趨。由于北京市的生物質、太陽能、燃氣等可再生或清潔能源資源較之風能資源更加豐富、來源更有保證，北京市開發生物質、太陽能以及燃氣資源初具發展潛力。從清潔能源開發力度看，北京市發展燃氣發電和生物質發電較之風力發電的力度更大，燃氣和生物質發電勢必會對風電發展產生一定的替代效應并帶來競爭壓力。

（五）政策支持因素

北京風電產業發展的配套政策尚未健全。北京市風電起步較晚，需要政府大力扶持，因此政府出臺的相關配套政策以及明確的專項規劃會對風電產業的發展狀況產生顯著影響。然而，有關風電發展的很多方面目前尚沒有配套政策，如大型風電機組成套裝備的標準如何制定，風電場建設與電網建設如何協調，風電場項目立項審批階段電網企業如何參與，用以風能電源接入的電網建設費用如何承擔，電網配套接入設備的投資如何回收，以及風能電源的并網準入條件，風能電源的并網調度管理等。這些標準、運行管理辦法及其配套政策尚在探索研究，亟待盡快出臺并有效實施。

柔性優化配置模式與策略研究

基于上述影響北京風電產業鏈發展的環境因素分析，同時考慮風電產業發展特點，可進一步構建北京風電產業鏈柔性優化配置模式，如圖1。該模型提出了北京風電產業鏈在多種環境因素影響下的柔性優化模式和策略，并具體分析如下。

（一） 探索風電發展新模式

圖1 北京風電產業鏈柔性優化配置模式

北京風能資源相對匱乏，應探索對風電發展模式的創新。結合北京風能資源特點，可以轉變發展思路，積極探索分布式發電與分散式發電的風能利用形式，以擺脫風能資源不足的限制。分布式發電主要在用戶側并網，電壓較低、容量較小，適合采用中小型風電機組；而分散式發電采用的風電機組單機容量較大，能解決北京局部地區用電問題，避免遠距離送電，且由于總容量較小，對電網影響也較小。此外，北京還可嘗試將分散式風力發電與光電、小水電互補，并配以儲能，建成微網系統。

（二） 改善電網建設加大風電比例

由于北京市風能資源有限，單純靠本地區的風力發電很難滿足自身發展需要，所以可以考慮從外省購入風電。位于北京周邊的內蒙古、河北、山西等?。ㄗ灾螀^）擁有豐富的風電資源，年發電量也非?？捎^。較多地購入這些省份的風電，不僅可以促進北京地區用電結構的改善，還可帶動北京周邊風能資源豐富省份風電的發展，改善當地的環境狀況，從而也間接緩解北京地區霧霾、大氣污染等環境問題。因此，為促進對風電的規模開發和高效利用，必須加快首都跨區輸電通道及受端跨區電網的建設，電網基礎條件的改善是大力發展風電的重要前提。

（三） 提高風電并網能力

由于風力發電具有間歇性特點，對北京地區電網的風電容納能力提出挑戰，需要北京地區電網加強自身建設，強化技術和調度管理，提高風電功率輸出的預測精度、優化調度。同時，為確保電網穩定運行也需對大規模風電上網的電能質量有更高要求。在提高風電并網能力時，可以考慮建立風電場功率預測預報體系，從而顯著提高風電集中開發區域電網運行消納風電的比例；建成北京周邊風電基地配套外輸通道，從而解決風電遠距離輸送北京地區的消納問題；還可利用儲能技術，如抽水蓄能以輔助并網運行。

1.1 一般資料 選取自2010—2017年北部戰區總醫院行原位心臟移植術的34例患者為研究對象。按心臟移植術后是否出現過排斥反應分為排斥組(n=12)及無排斥組(n=22)。排斥組中，男性10例，女性2例；年齡45～63歲，平均年齡(56±6)歲。無排斥組中，男性16例，女性6例；年齡30～66歲，平均年齡(50±10)歲。兩組患者一般資料比較，差異無統計學意義(P>0.05)，具有可比性。本研究經醫院倫理委員會批準，患者均簽署知情同意書。

（四） 加強風電場安全運行管理

2011年，酒泉、張家口等地風電機組因不具備低電壓穿越能力在系統電壓跌落時脫網，引起系列反應，造成大規模脫網事故。國內其他地方還有風電機組燒毀、風塔倒塌、葉片材料不合格成批更換報廢等現象發生，造成巨大經濟損失。風電機組的質量是風電質量的重要方面，但也有不少質量問題并非緣自風電機組本身，而是由于安裝和運行維護過程中存在的管理缺陷。因此，北京地區必須高度重視已建風電場的安全運行管理問題，嚴格執行國家出臺的一系列規范風電開發建設的管理辦法，在風電設備、風電場建設、風電場管理、電網接入以及運行安全監管等方面嚴格把控，加強風電場的安全運行管理。

（五）把握風電和清潔能源政策動向

北京風電行業起步較晚，目前發展仍然需要當地政府和國家政策的推動。在行業標準方面，2011年，國家能源局相繼批準發布了《大型風電場并網設計技術規范》、《風電機組振動狀態監測導則》等18項能源行業風電標準，涉及風電并網、風電場運行維護管理、風電場規劃設計、風力機械設備、風電電氣設備，覆蓋了風電產業的關鍵部分；而風能資源測量評價和預報、風電場施工與安裝的標準還在制定中，不久也將出臺。屆時，一套全面完整的風電標準體系將在我國首次確立。在國家標準方面，關于并網機組的國家標準已經頒布40項，尚有26項正在編制中。在緊跟國家政策的同時，北京風電行業還要能夠預判國家政策動向，準確把握未來國家清潔能源政策的發展趨勢，提前做好相關準備工作；風電相關企業也要加強自身對新機制的認識與學習能力，提高自身的應變能力和轉型能力。

（六）規范風電行業發展

在風電公共技術研發及測試方面，我國公共技術服務平臺還不完善，尚未掌握大型風電機組測試關鍵技術，且缺少先進完備的公共測試系統，也沒有完善的測試標準體系，與國外先進國家的差距仍然較大。雖然國內部分風電企業建設有風電測試平臺，但是功能相對簡單，不具備公共性和獨立性，難以提供高質量的第三方服務。北京地區具有全國領先的區位、資源、技術與研發優勢，應積極爭取承擔國家級風電公共測試平臺和測試風電場的建設工作，提供面向全國的風力發電檢測、認證和權威機構評估服務。

（七） 將風電納入電力系統規劃

目前，北京周邊風能資源豐富省份普遍存在風電場棄風、并網難、整體運行效率低等問題，風電在電力系統中處于邊緣地位。面向清潔能源的電力統一規劃功能的缺失使得風電并網難的矛盾更加突出。為了充分發揮風電的效益、提升北京地區消納風能等清潔能源的比例，必須把風電納入電力系統進行統籌規劃：應將風電和其他電源、電網、蓄能及負荷進行優化配置，制定綜合規劃、協調發展；研究火電、水電和風電的打捆外送方案，以及抽水蓄能和天然氣調峰電源的配置；研究大規模風電輸出功率預測和調度管理方案；研究間歇供電的適應性問題；研究堅強智能電網對大規模風電的輸送和消納等。

（八） 發展培養風電專業人才

專業及復合型人才數量及素質是整個風電產業鏈發展的基礎，對風電產業鏈有著深層影響。目前，雖然國家對風電行業扶持態度明確，風電發展保持著高速增長態勢，但風電領域的專業人才卻相當匱乏。預計到2020年，風電人才缺口將在40萬左右，其中高端人才缺口占比將高達40%。而目前國內開設風電專業的高校尚少，高校培養的相關人才僅為2000多人，即使加上每年其他各層次專業技能教育培養的風電人才，也不超過5000人，遠遠不能滿足風電發展的需要，實際經驗豐富、技術水平高的專業人才更為缺乏。北京具有全國領先的教育資源，應積極提供相關教育支持，增加培養風電專業人才，尤其要大力培養自主設計研發人員和高技能人才，為風電產業的可持續發展提供人才保證。

結論

發展風電是北京綠色能源發展的重要內容。要實現北京風電產業鏈的可持續發展，必須認清北京風電產業鏈的發展環境，識別影響風電發展的資源開發、電網建設、調控技術、市場競爭和政策支持因素；進而構建北京風電產業鏈柔性優化配置模式，提出北京風電產業鏈在多種環境因素影響下的柔性優化配置路徑；通過探索風電發展新模式、改善電網建設、加大風電比例、提高并網能力、加強風電場安全運行管理、把握清潔能源政策動向、規范行業發展等方式實現北京風電產業的健康可持續發展。

（作者單位：華北電力大學經濟與管理學院）

2012年北京市哲學社會科學規劃項目（12JGB067）；教育部人文社會科學研究規劃基金項目(12YJAZH205)