風電發展的出路在哪里？這11個問題直指要害！

近年來，美國及全球范圍內風電的快速發展吸引了越來越多的媒體和公眾對風力發電技術的關注。由于風力發電的某些特性，尤其是風電機組只有在有風時才可以運行發電的特性，一些錯誤的認知便隨之產生。

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

本文對普遍關注的風電相關問題作了回答。文章從風能的變化性講起，討論了風電是否具有保證容量，探討了風在所有地區戛然而止的可能性，風力發電的可預測性，風電并網的經濟性，對新輸送通道的需求，以及風電是否需要備用電源或專用儲能設備等問題。

最后，文章討論了系統是否具備足夠的靈活性以接入風電，火電是否因其具有更高的容量系數而優于風電，以及電網在接納風電上是否存在極限。

1、電網能應對風電出力的持續變化嗎?

早在風電技術出現之前，電力系統的設計就可以應對負荷的顯著變化。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，電力系統運行程序進行了相應的設計，基于相關分析和運行經驗，大體上可以掌握負荷的變化規律。

相對于用電高峰來說，極短時間內(幾秒到幾分鐘)負荷的變化很小，其主要是由許多不相關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聯性，例如早晨負荷增加而夜間負荷減少。

單個或多個風電場的發電量是隨時間而變化的。風電的變動性加之電力系統原本就存在的變動性，可能會增加變動的復雜性，需要電網運營商進行管理和調控。風能每發1度電，其他發電形式就可以少發1度電，所以其他的發電系統只需要滿足除風電之外的負荷需求，這部分負荷經常被稱作凈負荷(除風電外負荷)。

因此，整個電力系統的非風力發電部分就要被調控至凈負荷，即整個電力系統負荷與風電負荷之差。圖1顯示了丹麥西部地區一周內的實際負荷與凈負荷，兩條曲線之間部分就是風電部分。圖2更清晰地表示了實際負荷與風電負荷之間的對比。

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

總的來說，隨著并網風電機組增多，風電在電網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電場數據收集項目中截取的具有幾個互聯點的某風電場約9小時內每一秒的數據。

這一數據來自同一時間段，并將每個機組群的平均輸出值進行了規范化處理。圖3(a)顯示了200臺機組數據進行標準化處理后的變化情況。圖3(b)顯示了15臺機組數據的巨大變化。從這些數據及圖示中可以得出結論，隨著風電機組的集群化，標準化處理過的風電變量在下降。這一規律同時適用于較小區域內和大范圍的風電集群，也適用于電網運行的所有時間尺度。

一些國家的電網運營商在積累高比例風電并網及其變化規律的運營經驗。圖4顯示了從2009年5月7日至10日，愛爾蘭風電的每小時接入比例，范圍從很小的比例到高達40%。

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

正如本文后面討論的，電網運營商通過使用現有的靈活發電資源、風力預測以及時間調度等手段，來應對風力的變化。在以更接近于實時的情況下進行評估時，發電量更具可預測性，而小于小時單位的調度方案也使電網運營方可以充分利用其他發電設備的靈活性。