电力生产的特点是发电、输电、用电同时完成,因此不存在电力已经生产但无法上网的情况。当用电需求量和发电供应量不一致时,必须根据用电需求调整发电量。电力生产的特点决定了包括火电、水电和风电在内全部发电企业均必须在电网统一调度下运行。按调度指令调整发电量是各发电企业并网运行的前提条件。当用电需求小于发电供应能力时,发电企业服从调度要求,使得发电量低于发电设备额定能力的情况称为“限电”。由于风能资源不能储存,因此“限电”使得风力发电企业的部分风能资源没有得到充分利用,该情况称为“弃风”。“限电”和“弃风” 是针对同一问题从不同角度做出的描述,习惯上统称为“弃风限电”。
我国风力发电的限电现象是一个渐进的过程。2008年之前,风电装机容量占全国总装机容量比例不足1%。由于风电发电量较小,对当地电网的消纳没有压力,因此风力发电基本没有出现限电现象。但随着全国风电装机容量和发电量的不断增长,逐步出现了“弃风限电”情况。
造成“弃风限电”的主要原因:一是新疆、甘肃、吉林、内蒙等风电开发集中地区近年来风电发展速度较快,但电网建设速度跟不上风电发展的步伐,向省外输出电力的电网建设不足,无法实现风电的远距离调配与输送。二是我国的能源结构以煤电为主,而煤电发电能力的调整范围较小,当用电需求大幅降低,煤电的调整范围不足以满足要求时,风电则需要降低发电能力参与调峰。三是近两年来我国GDP增速下降,全国用电需求增长缓慢,而全国电力装机规模仍在较快增长,电力供给能力增长速度快于电力需求增长速度,全国电力供应能力总体富余、部分地区过剩,风电的整体发电能力受到限制。
根据2013年度《中国风电建设统计评价报告》,2013年全国因“弃风”限电造成的损失电量为162.31亿千瓦时,同比下降46亿千瓦时,“弃风”率10.74%,同比下降6个百分点。其中蒙东地区19.54%,蒙西地区12.17%,吉林省21.79%,甘肃省20.65%。
根据2014年度《中国风电建设统计评价报告》,2014年全国因“弃风”限电造成的损失电量为148.8亿千瓦时,同比下降13.5亿千瓦时,“弃风”率8%,同比下降3个百分点。其中蒙西地区 10.54%,甘肃省10.77%,吉林省15.74%,新疆14.80%。
根据2015年度《中国风电建设统计评价报告》,2015年全国因“弃风”限电造成的损失电量为338.8亿千瓦时,同比增加190亿千瓦时,“弃风”率15.5%,同比上升7个百分点。全国大多数有弃风限电现象的省份弃风率均有升高,其中甘肃省39.26%,新疆31.94%,吉林省31.91%,蒙西地区22.78%。
从改善人类赖以生存的环境质量以及可持续发展战略看,充分利用包括风电在内的可再生能源、减少使用化石能源是大势所趋。我们认为,由于能源中心向负荷中心输电通道建设速度低于风电发展速度而导致的“弃风限电”问题,不是技术上的问题,而是输电通道建设问题和国家工作重心问题,是阶段性的、可以解决的问题。
电力建设发展具有较长的周期性和路径依赖,要加快解决《可再生能源法》中明确的包括风电在内的新能源的应发尽发问题,一方面要强化电力统一规划,真正做到各类电源之间、电源电网之间相协调,区域及项目布局与消纳市场、配套电网以及调峰电源相统筹,健全国家规划刚性实施机制;另一方面要调整新能源发电发展思路,风电等新能源发展应坚持集中与分散相结合原则,鼓励中东部地区分散、分布式开发。更重要的是要在电力系统运行中采取综合性解决措施:一是建设跨区跨省通道,扩大可再生能源发电消纳市场。要结合规划尽快提出“三北”地区等可再生能源基地的跨省区消纳输电通道,提高跨省区输电通道利用效率,在更大范围内解决弃风限电等新能源消纳问题。二是全面落实可再生能源发电全额保障性收购制度,优化系统调度运行,严格执行可再生能源优先发电制度,完善风电机组区域最低保障收购年利用小时数补偿机制,提高区域内可再生能源消纳水平。三是建立系统调峰调频等辅助服务补偿机制或辅助服务市场,调动各类机组参与辅助服务市场的积极性,提高系统对非化石能源发电消纳能力。四是加快实施电能替代,采取灵活电价机制等手段挖掘需求侧潜力,实现电力增供扩销,千方百计提高消纳可再生能源发电能力。
(2)风资源稳定性对节能风电经营的影响
风是一种自然现象,波动性是其明显的物理特性,通常以年度平均风速来反映当年的风资源情况。年度平均风速的变化即反映了风资源的变动情况。
不同的地区、不同的气候环境下,其物理特性有一定的差异。在同一地区风也存在日变化、月变化、年变化和年际变化。特别是风的年际变化会造成不同年份风电场发电量变化,然而这种年际变化并非无限制的,而是有一定的变化范围。
对风资源稳定性的分析有两种可行的方式。第一是预测式分析。根据气象学理论,风电场处的气候特性与所在地气象站的气候特性具有相似性,因此可以根据气象站数据的年际变动情况,反映风场风资源在运行期可能的波动。经统计节能风电分别在河北张北、甘肃玉门、新疆达坂城和内蒙古兴和风电场投运前十年的气象数据,风资源的波动范围一般不超过±10%,多数在±5%范围内。由于节能风电的风电场分布范围不同,风的成因也不同,出现相同波动的年份较少,因此从全节能风电风场风资源波动情况来看,波动会更小。第二是实际分析。通过统计各风电场风机顶部测风仪年平均风速的变化,可以了解风场风资源实际的变动情况。
风资源的波动情况对节能风电的经营有直接影响。通常情况下,平均风速越高,发电量越大,收入越高。但风力发电机组对风速大小也有设计上的要求:风力发电机组一般设计的发电风速范围为3.5-25m/s,即风速在低于3.5m/s时不发电,当风速高于25m/s时为保护风机安全会自动切出也不发电。
(3)设备利用率对节能风电经营的影响
风电场的主要设备由发电设备、输电设备和变电设备组成。由于变电、输电设施相对已经非常成熟,因此风电场的设备利用率主要是由风机稳定性决定。风机的稳定性由风机可利用率来表示。在同等条件下,设备利用率越高,发电量越大,收入越高。
上半年内,节能风电设备利用率一直保持在较高水平,未对节能风电盈利情况产生重大影响。
根据国家能源局发布的《2016年上半年风电并网运行情况》,2016年上半年,全国因“弃风” 限电造成的损失电量为323亿千瓦时,同比增加148亿千瓦时,“弃风”率21%,同比上升6个百分点,其中河北省12%,甘肃省47%,新疆45%,内蒙古30%。
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