吉林省“棄風”問題及風電消納政策綜述

李偉　楊薏霏

[摘要]吉林省是全國八大千萬千瓦級風電基地之一，然而“棄風”問題已經嚴重影響了風電出力情況，風電資源豐富的優勢不能完全發揮。文章主要針對吉林省分析了“棄風”的主要原因，并調研了國內外的相關風電消納政策，給出了相應的政策建議。并簡要介紹了目前吉林省的一些技術及政策的應用現狀。通過“十三五”的政策規劃，在未來風電能夠取得更大的發展。

[關鍵詞]風電消納；調峰能力；風電預測；風電供暖

[DOI]10.13939/j.cnki.zgse.2018.20.021

隨著經濟的發展，能源消耗日益增長，化石能源環境污染的問題也越發嚴重。風電、水電等非化石能源成為近年來發展的重點。截至2017年，我國風電的并網裝機總容量1.64億千瓦，占全部發電裝機容量的9.2%。然而由于國內“棄風”現象較為嚴重，以及能源需求增速減緩，風電的裝機容量增速也逐漸減慢?！皸夛L”現象指的是風電不能完全出力，機組部分或完全關閉的現象。2017年新增并網風電裝機容量為1503萬千瓦，增速是5年來最低值，增速減緩的大部分是“三北地區”的風電裝機量。

根據《吉林省能源發展“十三五”規劃》，“十三五”期間吉林省風電新增裝機容量應達到105萬千瓦，占裝機總量的比例應提高到9.5%。解決“棄風”問題將成為“十三五”規劃完成的關鍵。風電消納的主要困難在于風電出力狀況不穩定，波動性很大，且具有反負載的特性。本文將深入研究吉林省的“棄風”現象的產生原因，并結合國內外的風電消納策略提出改善該現象的方法。

1 吉林省“棄風”原因

吉林省地處平原且受溫帶季風性氣候影響風電資源豐富，主要集中在中西部的松原、白城地區，風速在3～5m/s，有效風能密度120W/㎡。2017年第一季度，吉林省棄風率達到了44%，是國內棄風率最高的省份，“棄風”問題已嚴重影響到了吉林省以及全國的風能發展。圖1為2017年3月至9月吉林省的風電月產量圖，可以明顯看出風電出力的季節性波動，風電的產量增速在個別月份為負增速?！皸夛L”問題通常由多種因素引起，綜合吉林省現狀以及環境特點，主要原因包括以下四點。

第一，系統調峰能力不足。風能出力的波動性和反負載特性決定了大規模接入風電需要電力系統具備很強的調峰能力。風電的輸出功率在達到額定功率前是與風速的立方成正比，風速的波動2倍，風電的輸出功率波動倍數為8倍。這樣導致功率的波動是很難預測的，電網系統的控制就非常困難。如圖2所示，系統調峰能力受限時，風電按最大出力能力供電會使得總供電量超過系統負荷，圖2（a）系統沒有調峰能力，風電在用電低谷時段或風電出力高峰時段被迫“棄風”，圖2（b）中系統具有足夠調峰能力，風電能夠完全出力。

第二，用電需求不足，電力供應量過剩。吉林省是全國八大風電基地之一，風電裝機量占總裝機量比例已經達到了丹麥、西班牙、德國等風電發達國家的水準。但受限于吉林省地區人口密度低，用電量需求不高。此外，內蒙古自治區、河北省壩上地區兩個千萬千瓦級風電基地與吉林省距離很近，故風電資源就地或就近消納壓力大。2017年全年吉林省發電總量782.94億千瓦時，同比增長5.38%，用電量702.98億千瓦時，同比增長5.3%，需求量增速慢，且供端能力大于受端需求。

第三，冬季供暖影響風電消納。吉林省冬季供暖持續時間長，與風電資源豐富的時間重合，2016年冬季供暖期東北地區的棄風量占到全年棄風總量的68.97%。截至2017年，吉林省火電機組占到供熱機組占火電機組的70%，其中80%以上的是供熱機組，供暖期供熱機組出力必須維持在一定水平之上，留給風電出力的余量減小，大大影響了冬季風電消納。

第四，電網的接入能力不足，無法保障風電上網。電網是電能輸送的載體，風電資源富集區大多是相對落后區域，電網的相關配套設施建設較為落后，且由于風電的功率具有很大的隨機性，因而對電網的總容量要求很高。電網等配套建設滯后時，電場的發電量就無法保證全部上網，會產生“棄風”現象。

2 國內外風電消納政策

針對以上分析的各種原因，可參考國內外政府提出的相關消納政策。圖3為風電消納政策狹義上包括針對風電所制定的政策，包括價格補貼和電力調度等；廣義上則包括電網的建設及其他輔助服務。

通過調研國內外地區的風電消納政策，主要措施包括：增強調峰能力、增強就地消納和跨區消納能力、加強風電預測技術。

2.1 增強調峰能力

依據《國家電網公司促進新能源發展白皮書》，電網的電源側要提高電源靈活性，增加抽水蓄能、燃氣發電等靈活調節電源，充分發揮火電機組調節能力。國外先進地區的燃油、燃氣、抽水蓄能等具備靈活調節能力的機組占比達30%～50%，靈活調節能源增強了系統調峰能力，降低了風電消納難度。如西班牙原本能源結構為火電與水電為主，隨后著重發展了調峰能力強的燃氣機組以及抽水蓄能機，提高電力系統的備用率，在2010年靈活能源占比已達到了45.9%，為風電裝機量的2倍多，將風電發電量提高到了總用電量16%的水平。

2.2 加強就地消納能力

通過提升負荷側需求，可以在風電富集區加強就地消納，包括推進以電代煤和以電代油，以及風電供暖技術等。2013年國家電網蒙東公司開始探索風電供暖以解決冬季風電消納的問題，赤峰市林西縣和通遼市扎魯特旗兩個風電站每年可節約標煤8152.6噸，將節省一部分火電機組的發電能力用于調峰。

此外可通過負電價引入耗電高的企業，例如在丹麥西部電網、北歐電網、美國的一些電網運營商（NYISO）已經建立了相應的負電價制度，風電消納不足時，通過制定負電價補貼用電單位將吸引負荷側增強用電。

2.3 增加跨區消納能力

“三北”地區的風電預計在2020年60%的需要本地消納，40%的需要跨區消納。在歐洲，多個國家的電網相互連通，風電消納能力得到很大的加強。根據國家的規劃，“三北”地區未來將風電輸送至中東部地區，進行跨區消納。

2.4 風電預測技術

準確的風電功率預測可有效地降低系統備用容量要求，充分發揮系統調峰能力。西班牙于2006年建立的可再生能源調度中心通過與風電場互聯，并不斷監控風電的功率、溫度、風速的運行數據，基于預測模型進行功率預測，48小時內預測誤差在30%以內，24小時內預測誤差在15%以內，借助于此，西班牙的風電消納水平達到了國際先進水準。

2.5 加強電網建設

風電上網以及跨區消納都需要電網建設的支持，歐美等發達國家都通過法規來確保電網的建設能夠滿足發電和配電需求。例如，歐洲輸電網運營商聯盟每兩年更新其《歐洲電網十年發展規劃》，對風電的發展布局進行了詳細的規劃。德國通過制定《可再生能源法》來激勵運營商加強和改造電網，通過《加速電網擴展法案》簡化了電網建設的相關審批程序，通過《鼓勵電網發展管理條例》來激勵電網運營商進行建設。建立合理的電網規劃是風電消納的重要舉措之一。

3 吉林省消納技術應用情況

通過近幾年的規劃與政策研究，吉林省逐步提升風電消納水平。

首先，加強了電網建設并增加了靈活能源比例?！笆濉逼陂g，吉林省將建設延吉、平安、長嶺、甜水、昌盛、吉林等地的500千伏輸變電工程，以及中部500千伏電網和雙陽500千伏輸變電工程。風電地區的上網能力得到加強，風能資源能夠有效上網。此外，吉林省還將在未來增強靈活調節能源比重，“十三五”期間，吉林省將在豐滿、敦化建設抽水蓄能電站，全省靈活性改造熱電聯產機組1000萬千瓦。

其次，為解決冬季供熱對熱電機組調峰性能的影響，2013年3月起，國家能源局和吉林省能源局開始試點風電供暖，截至2016年12月，洮南熱力站累計用電7892萬千瓦時，累計提供清潔熱能284112吉焦，電量電費4252萬元，85.04%的制熱用電量發生在電網用電負荷的低谷時段，充分發揮了風電減少排放的環保優勢。

此外，在電網的管理方面，通過發展供熱在線監視系統、風電功率預測、智能風電控制等技術，構成了一套吉林電網風電智能調度系統，提升了風電功率預測精度，增強了系統調度能力。2017年，利用新能源智能控制系統，吉林省1～10月份累計多消納風電1.6億千瓦時。

4 總結

通過電網建設、增強靈活能源、發展風電供熱以及相關的風電控制技術，吉林省針對“棄風”產生的種種原因做出了穩步有效的改善，風電消納得到了很大提升。在未來仍需要深入研究風電的電價交易機制，例如引入負電價機制，通過發揮市場調節作用引導風電的消納。依靠吉林省風電資源豐富的優勢，必將為社會帶來更高的環保和經濟價值。