風(fēng)電發(fā)展的出路在哪里？這11個問題直指要害！

近年來，美國及全球范圍內(nèi)風(fēng)電的快速發(fā)展吸引了越來越多的媒體和公眾對風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的關(guān)注。由于風(fēng)力發(fā)電的某些特性，尤其是風(fēng)電機(jī)組只有在有風(fēng)時才可以運(yùn)行發(fā)電的特性，一些錯誤的認(rèn)知便隨之產(chǎn)生。

在他們看來，風(fēng)電不像傳統(tǒng)能源那樣易于調(diào)度，發(fā)電量的多少取決于風(fēng)速的大小;風(fēng)能主要是一種能量來源而不是容量來源;風(fēng)電的主要價值在于能夠替代傳統(tǒng)能源的消耗以及由此導(dǎo)致的包括二氧化碳在內(nèi)的污染物的排放;在用電高峰時刻，風(fēng)電只占電力系統(tǒng)中相對很小的部分，所以風(fēng)電的容量價值有限。這些疑問導(dǎo)致了媒體和公眾對風(fēng)電的可靠性以及如何保持負(fù)荷側(cè)與電源側(cè)的平衡等問題的擔(dān)憂。

本文對普遍關(guān)注的風(fēng)電相關(guān)問題作了回答。文章從風(fēng)能的變化性講起，討論了風(fēng)電是否具有保證容量，探討了風(fēng)在所有地區(qū)戛然而止的可能性，風(fēng)力發(fā)電的可預(yù)測性，風(fēng)電并網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)性，對新輸送通道的需求，以及風(fēng)電是否需要備用電源或?qū)Ｓ脙δ茉O(shè)備等問題。

最后，文章討論了系統(tǒng)是否具備足夠的靈活性以接入風(fēng)電，火電是否因其具有更高的容量系數(shù)而優(yōu)于風(fēng)電，以及電網(wǎng)在接納風(fēng)電上是否存在極限。

1、電網(wǎng)能應(yīng)對風(fēng)電出力的持續(xù)變化嗎?

早在風(fēng)電技術(shù)出現(xiàn)之前，電力系統(tǒng)的設(shè)計就可以應(yīng)對負(fù)荷的顯著變化。電力需求在從幾秒到幾年的時間尺度上變化，圍繞這樣的變化，電力系統(tǒng)運(yùn)行程序進(jìn)行了相應(yīng)的設(shè)計，基于相關(guān)分析和運(yùn)行經(jīng)驗，大體上可以掌握負(fù)荷的變化規(guī)律。

相對于用電高峰來說，極短時間內(nèi)(幾秒到幾分鐘)負(fù)荷的變化很小，其主要是由許多不相關(guān)事件在不同流向上改變用電需求所引起。從較長時間段(幾小時)來看，用電量需求的變化往往會更具有關(guān)聯(lián)性，例如早晨負(fù)荷增加而夜間負(fù)荷減少。

單個或多個風(fēng)電場的發(fā)電量是隨時間而變化的。風(fēng)電的變動性加之電力系統(tǒng)原本就存在的變動性，可能會增加變動的復(fù)雜性，需要電網(wǎng)運(yùn)營商進(jìn)行管理和調(diào)控。風(fēng)能每發(fā)1度電，其他發(fā)電形式就可以少發(fā)1度電，所以其他的發(fā)電系統(tǒng)只需要滿足除風(fēng)電之外的負(fù)荷需求，這部分負(fù)荷經(jīng)常被稱作凈負(fù)荷(除風(fēng)電外負(fù)荷)。

因此，整個電力系統(tǒng)的非風(fēng)力發(fā)電部分就要被調(diào)控至凈負(fù)荷，即整個電力系統(tǒng)負(fù)荷與風(fēng)電負(fù)荷之差。圖1顯示了丹麥西部地區(qū)一周內(nèi)的實際負(fù)荷與凈負(fù)荷，兩條曲線之間部分就是風(fēng)電部分。圖2更清晰地表示了實際負(fù)荷與風(fēng)電負(fù)荷之間的對比。

從圖1可以看出，在風(fēng)電大規(guī)模接入時，會在兩個方向上引起明顯變化，這就要求其他發(fā)電機(jī)組降出力運(yùn)行。在風(fēng)電的接入比例很大時，如果現(xiàn)有的發(fā)電機(jī)組沒有較好的降功率運(yùn)行能力，應(yīng)付這一部分增加的變量可能就會比較難。

總的來說，隨著并網(wǎng)風(fēng)電機(jī)組增多，風(fēng)電在電網(wǎng)中的變化就會越來越小。圖3是從美國國家可再生能源實驗室風(fēng)電場數(shù)據(jù)收集項目中截取的具有幾個互聯(lián)點的某風(fēng)電場約9小時內(nèi)每一秒的數(shù)據(jù)。

這一數(shù)據(jù)來自同一時間段，并將每個機(jī)組群的平均輸出值進(jìn)行了規(guī)范化處理。圖3(a)顯示了200臺機(jī)組數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理后的變化情況。圖3(b)顯示了15臺機(jī)組數(shù)據(jù)的巨大變化。從這些數(shù)據(jù)及圖示中可以得出結(jié)論，隨著風(fēng)電機(jī)組的集群化，標(biāo)準(zhǔn)化處理過的風(fēng)電變量在下降。這一規(guī)律同時適用于較小區(qū)域內(nèi)和大范圍的風(fēng)電集群，也適用于電網(wǎng)運(yùn)行的所有時間尺度。

一些國家的電網(wǎng)運(yùn)營商在積累高比例風(fēng)電并網(wǎng)及其變化規(guī)律的運(yùn)營經(jīng)驗。圖4顯示了從2009年5月7日至10日，愛爾蘭風(fēng)電的每小時接入比例，范圍從很小的比例到高達(dá)40%。

同樣，圖1(如上所述)顯示了2005年1月丹麥的實際負(fù)荷與凈負(fù)荷(減去風(fēng)電后的負(fù)荷)。該圖顯示風(fēng)力發(fā)電量逐漸增加，而后由高風(fēng)速導(dǎo)致停機(jī)使發(fā)電量減少。更高的風(fēng)力發(fā)電量使得凈負(fù)荷在某些時段接近于零。

正如本文后面討論的，電網(wǎng)運(yùn)營商通過使用現(xiàn)有的靈活發(fā)電資源、風(fēng)力預(yù)測以及時間調(diào)度等手段，來應(yīng)對風(fēng)力的變化。在以更接近于實時的情況下進(jìn)行評估時，發(fā)電量更具可預(yù)測性，而小于小時單位的調(diào)度方案也使電網(wǎng)運(yùn)營方可以充分利用其他發(fā)電設(shè)備的靈活性。