江蘇地區(qū)海上風(fēng)電產(chǎn)業(yè)及其非并網(wǎng)模式研究

◎李展聰 鐘妍

一、前言

我國擁有豐富的風(fēng)力資源，但目前開發(fā)的程度仍只占總儲量的一小部分，如果得到開發(fā)能大大緩解我國能源緊缺的問題。但由于風(fēng)力產(chǎn)生的電能具有不穩(wěn)定性，風(fēng)能并網(wǎng)發(fā)展并不是最優(yōu)選擇。出于這樣一個環(huán)境下，我們把目光放在江蘇地區(qū)海上風(fēng)電產(chǎn)業(yè)上，并對其非并網(wǎng)模式發(fā)展做一個研究，通過局部的發(fā)展探究全國海上風(fēng)電產(chǎn)業(yè)的發(fā)展方向。

二、江蘇地區(qū)發(fā)展海上風(fēng)電產(chǎn)業(yè)的優(yōu)勢

1.地理位置優(yōu)越，風(fēng)能豐富。

江蘇省是我國風(fēng)能資源最大的地區(qū)之一，且風(fēng)力狀況良好，適合風(fēng)力發(fā)電。江蘇為我國東南沿海地區(qū)，由于背靠世界上最大的大陸——亞歐大陸，面向世界上最大的還有——太平洋，海陸熱力性質(zhì)明顯，冬夏季風(fēng)力強。

且江蘇的海域面積大，海岸線長度長，約900 多公里，近海有大陸架支持，海拔低，海上風(fēng)電機組安裝難度較低，同時還能減少占用陸地面積，節(jié)約土地成本。

2.科研技術(shù)水平高，投入大。

3.經(jīng)濟發(fā)達(dá)，對能源需求旺盛。

江蘇省作為我國的經(jīng)濟大省，其能源消耗也是巨大的。

據(jù)江蘇省統(tǒng)計局統(tǒng)計：

2018 年江蘇省全社會用電量累計6128.27 億千瓦小時，比上一年累計增長5.5%，其中工業(yè)用電量累計4396.06 億千瓦小時，比上一年度累計增長2.9%。江蘇省每年電力消費都十分巨大，而其中有一部分電力是依靠省外調(diào)進(jìn)。 2018 年發(fā)電量為5085.08 億千瓦小時，僅占社會用電量的83.00%，這說明有超過一成的電力是由省外調(diào)進(jìn)。若由省外調(diào)進(jìn)的電力能由省內(nèi)生產(chǎn)代替，必然帶動省內(nèi)電力相關(guān)產(chǎn)業(yè)進(jìn)一步發(fā)展。

三、江蘇海上風(fēng)電并網(wǎng)和非并網(wǎng)模式對比分析

1.海上風(fēng)電并網(wǎng)存在劣勢。

（1）風(fēng)電具有不穩(wěn)定性，會對電網(wǎng)安全造成影響。

由于風(fēng)力本身具有一定的波動性，因此由風(fēng)力產(chǎn)生的電能具有不穩(wěn)定性，貿(mào)然接入電網(wǎng)會對電網(wǎng)的穩(wěn)定性產(chǎn)生影響。據(jù)統(tǒng)計，江蘇風(fēng)電場的風(fēng)電在24 小時內(nèi)具有同期性，即風(fēng)電場的風(fēng)電波動情況基本一致，其風(fēng)場負(fù)荷基本是在22：00-00：00 左右達(dá)到最高峰，在06：00-08：00 左右為整一天風(fēng)場負(fù)荷的低峰期。從整體上看，風(fēng)電場產(chǎn)生的風(fēng)電無法在風(fēng)電場之間進(jìn)行互補，促使發(fā)電量穩(wěn)定。因此，風(fēng)電場發(fā)電具有不穩(wěn)定性，會對供電質(zhì)量造成影響，貿(mào)然接入電網(wǎng)會破壞電網(wǎng)原本的穩(wěn)定。

（2）我國風(fēng)電難以使用其他電能進(jìn)行調(diào)峰。

我國發(fā)電方式主要以火力發(fā)電為主。如圖1 所示，2018 年，在全國發(fā)電量中，其中有73.32%的發(fā)電量來源于火力發(fā)電，16.24%來源于水力發(fā)電，接著依次是核能發(fā)電、風(fēng)力發(fā)電和其他發(fā)電方式，分別占比為4.33%、1.32%和4.79%。

近年來，中國社會人口老齡化程度正在逐步加深，《中國老齡產(chǎn)業(yè)發(fā)展報告》指出，2022-2030年，我國60歲以上老年人將由2.6億增長到3.7億，“空巢老人”占老年人口比例近50%，失能、半失能老年人占比達(dá)18.3%。預(yù)計到2030年，我國需要專業(yè)化養(yǎng)老護(hù)理員6800萬人，養(yǎng)老護(hù)理員越來越稀缺。

圖1 全國不同發(fā)電方式的發(fā)電量比例圖

我國這樣的發(fā)電方式結(jié)構(gòu)很難為風(fēng)電進(jìn)行調(diào)峰。用于火力發(fā)電的鍋爐燃燒系統(tǒng)，其原理是將熱能轉(zhuǎn)化為機械能再轉(zhuǎn)化為電能，以這種方式產(chǎn)生的電能具有滯后性，無法準(zhǔn)確地為風(fēng)電即時性地調(diào)峰。同理，核電的發(fā)電方式也決定了其很難為風(fēng)電進(jìn)行調(diào)峰。即使水電也會受到季節(jié)的影響，水電廠對其它電能的調(diào)峰作用一般是在枯水期期間完成的，且水電廠建設(shè)還會受到地形的影響，江蘇地勢平坦，水能并不豐富，難以為風(fēng)電進(jìn)行調(diào)峰。

2.海上風(fēng)電非并網(wǎng)模式的優(yōu)越性

（1）高能產(chǎn)業(yè)低碳化——電解鋁。

目前我國已經(jīng)掌握了將非并網(wǎng)風(fēng)電用于電解鋁生產(chǎn)的技術(shù)。我國科研人員已在實驗室煉出第一塊由非并網(wǎng)風(fēng)電供能的鋁錠，并以此為風(fēng)電電解鋁的建設(shè)奠定基礎(chǔ)，著手建設(shè)年產(chǎn)1000噸鋁的風(fēng)電電解鋁示范工程。

將非并網(wǎng)風(fēng)電用于電解鋁行業(yè)，不僅能夠促進(jìn)我國能源消費結(jié)構(gòu)調(diào)整，還能通過海上風(fēng)電與電網(wǎng)同時供電的新型供電系統(tǒng)，能夠最大程度地保證電解槽的連續(xù)供電，減少因風(fēng)力波動造成的電力波動的影響，保證了鋁電解液溫度的穩(wěn)定。電解鋁行業(yè)通過加大海上風(fēng)電的使用率，減少對電網(wǎng)的依賴性，達(dá)到一個節(jié)能減排的效果，也為自身找到一個低碳化的道路。

（2）電解水制氫，促進(jìn)綠色能源發(fā)展。

我國是一個煤炭大國，傳統(tǒng)的制氫方法是通過煤的焦化和氣化來制作氫氣，這是具有我國特色的制氫方式。這種方式碳排放量大，不利于綠色發(fā)展。電解水制氫無污染，而且制作的氫氣純度極高，若將海上風(fēng)電與電解水制氫相結(jié)合，這樣能省去并網(wǎng)的輔助設(shè)備，直接使用直流電制氫，既保證了電網(wǎng)的安全，同時又使海上風(fēng)電的利用率達(dá)到最大化，避免了棄風(fēng)問題造成能源浪費。

2019 年3 月，國內(nèi)首個風(fēng)電制氫項目設(shè)備在河北張家口完成安裝，這個項目建成后，每年能夠提供1752 萬標(biāo)準(zhǔn)立方米的氫氣。這種不并網(wǎng)直接利用風(fēng)電制氫同樣適合江蘇發(fā)展。

（3）非并網(wǎng)風(fēng)電與海水淡化相結(jié)合。

海水淡化是一項高耗能的技術(shù)，新型的海水淡化設(shè)備能夠適應(yīng)風(fēng)電波動所引起的電力波動，更好地保持內(nèi)部熱能平衡，提高能源利用效率。

運用海上風(fēng)力發(fā)電機為海水淡化設(shè)備進(jìn)行供能，不僅能更好地利用風(fēng)力，還能就近為沿海海島等淡水資源缺乏的地區(qū)輸送淡水，解決這些地區(qū)淡水資源運輸困難的問題。且現(xiàn)非并網(wǎng)風(fēng)電海水淡化技術(shù)已經(jīng)成熟，已經(jīng)逐步在各地運行。

2018 年，北京順利通過了評審非并網(wǎng)風(fēng)電海水淡化一體化裝備（12000 噸/日）示范項目。

（4）構(gòu)建智能供電網(wǎng)。

江蘇省是我國經(jīng)濟大省，同時也是用電大省。在2018 年中，江蘇省以6128.27 的電力消費量在全國所有地區(qū)中位列第二，僅次于廣東省。

對電力的需求旺盛的江蘇地區(qū)，雖然海風(fēng)資源豐富，但是由于風(fēng)電的不穩(wěn)定性，如不將海上風(fēng)電調(diào)峰再接入電網(wǎng)，會對電網(wǎng)穩(wěn)定造成破壞。有沒有一種兩全之策，又能充分利用海上風(fēng)電，又能避免風(fēng)電直接沖擊電網(wǎng)。如能構(gòu)建一個新型智能供電網(wǎng)。

構(gòu)建一個智能供電網(wǎng)，海上風(fēng)電不入電網(wǎng)將直接向智能供電網(wǎng)輸送，智能供電網(wǎng)根據(jù)分析風(fēng)電波動周期，當(dāng)風(fēng)力發(fā)電能滿足日常電力需求時，采用風(fēng)電直供給終端用戶；同理，當(dāng)風(fēng)力發(fā)電不能滿足終端用戶需求時，將按一定比例輸送電網(wǎng)電力以滿足終端用戶的用電需求。這樣既避免了風(fēng)電并網(wǎng)對電網(wǎng)的破壞，又能最大程度地使用海上風(fēng)電。而且比起傳統(tǒng)的將風(fēng)電并網(wǎng)再輸送給用戶，這樣的新模式減少了并網(wǎng)的中間環(huán)節(jié)，一定程度上降低了發(fā)電成本。

四、結(jié)語

我國海上風(fēng)電產(chǎn)業(yè)的發(fā)展前景仍然非常廣闊，然而江蘇省作為我國經(jīng)濟發(fā)達(dá)的地區(qū)，其對能源的需求必然是龐大的，并且江蘇本身也有能力去開發(fā)海上風(fēng)能，所以如何開發(fā)，如何利用成為我們值得思考的問題。海上風(fēng)電非并網(wǎng)模式是江蘇地區(qū)海上風(fēng)電產(chǎn)業(yè)發(fā)展的一條可行且嶄新的道路。在未來，海上風(fēng)電非并網(wǎng)模式必然是大勢所趨，成為風(fēng)電產(chǎn)業(yè)發(fā)展的主要模式。