海上風電出力特性及其消納問題探討

李桂超

（廣東省風力發電有限公司，廣東 廣州 510630）

1 海上風電出力特性分析

目前，海山風電項目正處于初步發展階段，有較多阻礙性因素制約該項目工程的正常、有序發展，基本表現為海上風力監測工作不到位、有用數據較少和出力歷史數據不足。因為因素嚴重阻礙了海上風電項目的有效建設，所以需要應用研究框架，結合相關數據，研究出力特性。探究該框架研究風力出力問題時，需要綜合分析實際數據和數據模擬兩方面的數據，以獲得風力出力參數，研究人員再結合測風數據模擬出力的具體情況得出出力特性。其一為波動性，主要因為風能的隨機性特征，在此種特性影響下，會導致風電出力具備波動性特性。海上風速與陸上風速在不同氣候條件的影響下有較大差異性。在海上風能分散性的影響下，海上風力分布范圍較廣，功率密度低。基于上述內容，可以了解到海上風電出力期間會有較大的波動情況，無明顯的變化規律可循，且出力波動通常在0%～100%，因此海上風電會發生連續數日大出力、小出力情況[1]。其二為隨機性，此種特性可以間歇性出現。若對單獨研究一個風電場，對每日發電量進行連續數天的平均計算，最終可能會出現相同的結果，但是對每天不同時段平均發電量進行計算，結果差異明顯。

2 海上風電消納問題分析

2.1 風電消納特點與消納問題

現階段，處理海上風電消納問題時多采用安裝布置電力儲能設備法，以此在控制出力波動性的前提下，可以有效進行消納。但是，我國在近幾年才開始研究海上風電，消納處理方面還存在一定問題，這對風電并網、能源有效存儲與傳輸會產生不良影響。當前海上風電消納特點主要表現為海上風電場以裝機容量為標準判斷、處理問題。如果出力情況為標準值的85%左右，分析出力密度曲線可見其明顯升高，此為單一海上風電場消納特點。觀察多個風電場出力隨總裝機容量變化的情況，可以了解到出力總裝機容量在35%～80%，呈現出反調峰情況，具有較高的出力概率且程度非常強烈。若在有較大差異的系統負荷峰谷處應用海上風電場，會增加系統調峰難度，且潮流呈現多樣性。分析系統負荷情況，發現其具有季節性特點，即冬低、夏高，這說明冬季處理海上風電場的消納問題難度較大，夏季解決消納問題較為容易。

常規情況下，觀測海上風速可知海上風電較為穩定，而陸地的風速較大，陸上風電穩定性非常差。與陸上風電特性相比，海上風電具有自相關函數衰減系數較小、出力波動性相對較小、大多分布在海岸附近的特點，在海上風電接入期間，一般不會對系統調頻造成嚴重影響，且接入要求少、流程簡單。不同海上風電項目開發需要分區域進行，由此產生的風電消納難度較小。海上風電場有非常高的整體出力水平和能力，需要大力此種風電場的施工建設和應用力度[2]。分析海陸的風電場開發情況可知，陸上風電場多集中在一個區域，具有集中性特點。整體電網規劃工作涉及的內容與環節較多，但在海上風電場規劃建設期間，風電場基本是根據建設所在地的海岸線分布情況分區設計、施工和運行。實際工作中，海上風電場可參考附近修建的陸上風電場，按照就近原則直接進行接入處理，無需修建大量的輸電通路，直接按照風電接入正常工作即可，消納難度將顯著的降。

此外，風電場出力特性與海上風速有著直接關系。因為風速由風電場的具體分布位置、附近的海洋性氣候決定，所以風速是海上風電場建設中需要重點研究的問題，但目前海上風速測試資料數量少、質量一般。因此，要求海上風電場繼續研究海上風速，進而科學、有效處理風電場工作過程中出現的各種問題，保證基于風電的電能生產工作高效進行。本文系統總結、分析了當前學界研究的海上風電場消納特性，以期從不同角度得出的風電消納特點，為后續解決風電消納問題提供參考。工作人員需要掌握上述內容，以有效做解決風電消納問題。

分析當前海上風電消納問題，主要包括三方面。第一，海上風電發展機制不完善。現階段，風電場建設管理制度具有一定的滯后性，很多內容與當前的發電管理工作脫節，特別是跨省風電和跨區消納有較多問題，需要從制度層面改進完善，進而有效實施風電消納工作[3]。第二，消納市場開發緩慢。目前，開展海上風電項目開發的地區多處于沿海、東中部地區，風電并網較為頻繁，導致風電出力較大、電網運行壓力較大，在有限的消納市場中不能完全完成消納工作。第三，控制風電波動性的效果差。目前，用于波動性控制的主要措施是采用電能存儲設備，但由于符合存儲要求的設備數量較少、靈活電源占比少，導致控制效果不理想。

2.2 解決問題的對策

上述消納問題對海上風電場工作質量、效率影響較大，需要按照以下方法進行解決。

首先，國家相關清潔能源項目開發管理部門需要研究常規使用的制度內容，從消納問題的基礎上完善、優化相關消納法律規范，增加一些風電消納有效措施、消納要求和標準，以便不同區域的海上風電場可以實現跨省份、跨區域的消納[4]。

其次，增強海上風電發電能力。由于當前一些海上風電場開展發電工作時多使用集中式的發電方式，導致并網工作難度升高且電能損耗嚴重，這需要海上風電項目建設人員加強學習、研究新型發電模式，以提高工作質量。在應用新模式時，海上風電建設的相關單位需要詳細調查該項目范圍，據此修建工業園區，在園區內有效擴大風電消納市場，從而完成風電消納的工作任務。

再次，研究先進的風電預測技術。由于我國研究海上風電的時間較晚，在核心技術和應用方面與國外發達國家之間有著較大差距。針對此種情況，海上風電消納研究人員需積極學習、了解國外的現代化風電預測技術，總結我國此項技術研發過程中的問題，積累研發經驗，且研究部門需要投入大量的資金，綜合一切有利條件研發風電預測技術，構建預測模型，結合測試獲得的風力數據，在模型中預測風電工作情況。如此一來，在高精度預測情況下可以科學、合理控制風電出力波動性，避免由于出力波動性控制不良造成風電場運行問題[5]。

最后，加強海上風電場運行的安全管理。當前海上風電場日常運營期間面臨著消納問題，這對風電場的安全生產、經濟效益、社會效益產生諸多不良影響，因此安全管理工作刻不容緩。海上風電場需設置專門的安全運營管理部門，依照安全生產、預防為主的管理原則，高質量、高效率完成任務；工作人員需要具有較強的管理能力和安全生產風險排除能力，在發生安全問題時能夠快速解決問題，保障電力生產、傳輸的有效性，降低各類事故的發生率。

3 結 論

海上風電有助于生產高質量、高效率的電能資源，在項目建設期間，需要把握好風電出力特性，以此保證項目順利建設。另外，深入研究項目開發利用時出現的消納問題，找出產生消納問題的原因，以此制訂有效的解決方案，確保海上風電項目可以在投入應用后取得理想效果，盡快回收成本，獲得較高的經濟收益。