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风电消纳需多管齐下 储能技术、微电网、分布式一个都不能少

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大规模风电消纳一直是世界性难题,我国风电资源条件和系统调峰能力与国外差距很大,风电消纳问题更为突出。面对我国风资源集中、规模大、远离负荷中心、难以就地消纳等现状,相关政府部门、电网企业将通过加快发展电网友好型可再生能源技术、进行大规模储能技术研究、发展智能电网及分布式能源系统、微电网等途径来解决风电消纳难题。

图为国家风光储输示范工程一期工程光伏西区。

国家电网公司/图

大力发展新能源是我国经济社会可持续发展的客观要求,然而,去年发生的风电大规模脱网事故,不仅影响了电网的安全稳定运行,也使得风电并网、尤其是消纳问题受到社会的广泛关注。那么,风电并网和消纳的核心问题是什么?如何才能进一步加大风电消纳力度,实现《可再生能源发展“十二五”规划》的指标?如何推动我国风电产业可持续发展呢?近日《中国能源报》记者带着这些问题采访了国家电网公司以及辽宁、蒙东、河北等地方电力公司和风电企业。

风电可持续发展需要整体规划

“整个电力系统是瞬间平衡,因此,努力将风电改造为电网友好型风电有利于推动可再生能源的应用,”8月10日,辽宁省电力有限公司总工程师王芝茗告诉记者:“风电场开发要注重可持续性,风电资源不要一次性全开发完,不能再出现以前的‘跑马圈地’现象,要有规划的开发风电场,因为风电机组也在不断优化、改进,避免重复投资建设。”

去年,我国多个风电场发生了风机脱网事故,究其原因,是风机的低电压穿越能力缺陷所致。对此,辽宁、蒙东等地要求新上风电机组必须具备低电压穿越功能,并对此前安装的风电机组进行低电压穿越功能改造。8月10日下午,记者在华能阜新风力发电有限责任公司扎兰山风电场采访时了解到,该风场一期工程正在进行低电压穿越测试。华能阜新风力发电有限责任公司副总经理黄海燕告诉记者:“扎兰山风电场一期工程组要采用的是华锐生产的1.5兆瓦风机,后续项目将优选其他风机。”

据了解,我国风电产业经历了2009年、2010年的快速发展阶段后,从2011年下半年开始,各大发电集团开始放缓风电场的投资建设的步伐,各地方政府、电力公司对风电场项目的批复也有所控制,如弃风率超过20%的地区就不再审批新项目。一方面是由风电产业进入相对健康的发展阶段;另一方面,由于外送通道没有打开,风电消纳问题严重,被迫降低发电小时数,以致影响到风电企业的效益,风电业主自然也放缓了开发速度。

“就好比是原来1个人吃一碗饭,现在10个人吃一碗饭,自然每人配给的量就少了。以辽宁电网为例,预计2015年风电装机将达700万千瓦,与原来预期接纳能力差200—300万千瓦,电网接纳能力有限的矛盾就显现出来。”王芝茗说,“而且,电网建设速度有限。风电场审批、建设一般要20多个月,配套的电网建设从规划、审批到建完,一般要40多个月。”

能源基地消纳风电能力有限

加快外送通道建设才治本

8月11日,记者在蒙东通辽供电公司了解到,目前该公司经营范围内的风电装机已达350多万千瓦,占通辽地区总装机容量的46.53%。截至2012年6月底,通辽风力发电达21.07亿千瓦时,占全社会用电量的比重超过20%。通辽供电公司发展策划部主任李文学告诉记者:“这是在合理调度、尽量压火电上清洁能源,并保证电网安全稳定运行、大多数客户正常用电的情况下让风电出力的最大结果。”

据了解,2008年通辽风电装机仅9.9万千瓦,目前为350多万千瓦,远景规划为1500余万千瓦。通辽供电公司工会主席于成勇对此表示:“随着通辽风电装机进一步增加,我们不可能无限度的继续压低火电出力,否则不仅将影响到火电厂的生产、效益,还将对整个电力系统的安全稳定运行产生影响。”目前通辽供电公司正在给经营区域内各大电网加装安稳装置,将在8月底投运,届时可大幅提高风电并网能力。如科尔沁500千伏电网上送能力原为50万千瓦,加装安稳装置后,可以提高至190万千瓦。

“但是,加装安稳装置等措施都治标不治本,毕竟通辽地区工业有限,不能完全消纳。即使送给辽宁、吉林等地区,也不能从根本上解决风电的消纳问题。一方面辽宁等地也在发展风电、核电,且辽宁的电解镁等工业产业受宏观经济影响很大,”李文学表示,“另一方面,当地现有的电网结构是否能承受这么多风电的扰动、波动都是问题。因此,要解决通辽甚至蒙东地区的风电消纳,最终还需要特高压电网将这些风电送到华东、华中、华南等缺电地区。”

面对未来风电并网消纳的压力,李文学进一步解释说:“各种能源在电网中要有一个优化比例,否则将影响到电网的安全稳定运行。就目前看来,通辽500千伏的电网结构已难以满足风电发展的要求,电压等级不高迫使我们必须控制风电出力。相比之下,特高压电网的承载能力有极大提升,足够支撑旋转备用功能,不仅可大幅提高电网抗扰动、波动等能力,支撑大风电集群,还能有从根本上解决风电地消纳问题。”

按照相关规划,风电2015年并网装机容量1亿千瓦,2020年2亿千瓦。增加的风电装机主要集中在河北、蒙东、蒙西、吉林、甘肃、山东、江苏、新疆和黑龙江等9个大型风电基地,这些地区往往难以实现就地消纳。对此,国家电网新闻发言人张正陵指出:“为实现这一战略目标,国家电网逐个研究各大型风电基地的出力特性,分析每个风电场的同时率、出力概率分布,按照由近及远的原则,“先省内、后区域、再全国”安排风电消纳市场,统筹风电和其他电源建设,将‘三北’风电基地和‘三华’电力市场规划为一个整体。”

实现可再生能源发展目标

仍需电网、风电场等多方协作

记者在辽宁、蒙东等地采访时了解到,尽管这些地区风电装机占当地电源的比例较高,如通辽的风电装机甚至占到当地电源比重将近一半,但却较好的解决了风电并网问题,华能阜新风力发电有限责任公司扎兰山风电场、大唐新能源兴盛风电场等从未出现过“跳机”事故,其中有哪些原因呢?

通辽、阜新等多位基层电力公司的负责人告诉记者,在国家电网的统一要求下,地方电力公司对所经营地区内风电场的可研、设计审查严格,严格检测风电机组的低电压穿越能力,同时严格把关风电场的线路、升压站等验收细节,再加上积极与风电业主协调配合,保证了风电的并网运行。据了解,现在风电场项目上马必须要有“电网入网承诺”才能得到相关部门的批复。

作为风电场出力方,黄海燕告诉记者:“我们在风电场可研、规划到建成投运,始终注重与电网企业密切沟通,注重配合电网的建设工期,使得扎兰山风电场一期工程没有出现并网问题。”

大唐(通辽)霍林河新能源有限公司副总工程师王丛发认为:“要保证风电场顺利并网,必须要有中国电科院对风电机组进行‘低电压穿越’检测,风电场要安装SVG动态无功补偿装置,配置功率远程控制系统,同时风电场还要有较准确的风电预测系统,尤其是电网企业要配合做风力预测等方面的技术支持。”

据了解,前几年开发风电时,风电机组生产商、风电开发商、电网企业等各方没有沟通,各干各的,没有统一的标准,没有统一的技术要求。同时,风电企业没有充分考虑电网运行规律,不太清楚电力系统要实时平衡,当时也没有风电场风力预测、低电压穿越……

张正陵指出:“面对风电与电网规划前期工作不同步、建设工期不匹配等困难,国家电网积极跟踪风电项目进展,主动与风电业主协调配合,超前开展前期工作,千方百计加快风电送出工程建设,尽最大努力满足了风电接入电网的需要。截至目前,风电、电网各方对风电的相关标准、技术等已形成共识。”

大容量储能技术仍待突破

统计数据显示,我国风电集中的“三北”地区电源结构单一,以火电为主,且供热机组比重大,燃油燃气及抽水蓄能等灵活调节电源不足2%,调峰能力有限,冬季调峰尤为困难。因此,辽宁、蒙东等电力公司的多位人士都向记者表示,随着风电装机比例越来越大,且风电装机往往处于电网末端,能在当地消纳最好,但要与经济环境相匹配,而“三北”地区的经济结构往往难以消纳这些风电。对此,国家电网副总经理舒印彪指出:“大规模储能研究是应对大规模可再生能源的技术之一,当地消纳最大的问题就是储能,大规模的风电就需要大规模的储能。”

为进一步了解储能技术在风电消纳中所发挥的作用,8月14日,记者来到位于河北省张北县的国家风光储输示范工程进行了采访调查。据介绍,国家电网在河北省张北县建设的国家风光储输示范工程一期工程已于2011年11月投产。记者在现场看到,一期工程由10万千瓦风电、4万千瓦光伏发电和2万千瓦储能组成。其中,储能电站采用磷酸铁锂电池14兆瓦、钠硫电池4兆瓦和液流电池2兆瓦,总容量95兆瓦时,多类型储能系统协调应用规模居世界首位。

国网新源张家口风光储输示范电站有限公司储能专责牛虎向记者介绍:“风电、光伏发电与储能进行智能互补,送至220千伏变电站,使平稳的电能送到千家万户。其中,储能的作用并不单纯是把风电、光伏发出的电储存起来以后再送出,而是通过实时充放电对风电、光伏所发出的电进行平抑,使风电、光伏变得可控、可调、可调度,甚至接近常规的火电。”

国网新源张家口风光储输示范电站有限公司副总经理徐明也强调:“国家风光储输示范工程的技术路线就是让风电、光伏发电在接入电力系统时变的稳定可靠,对电力系统的影响会越来越低,是解决风电消纳的方法之一。”

然而,目前化学储能的经济性还无法实现商业化运营。舒印彪指出:“国家风光储输示范工程的储能技术是国际领先的,但目前储能成本较高,达3.5—5万元/千瓦时,因此大规模储能技术要实现商业化还有待发展。”

因此,为进一步加大风电消纳力度,国家电网建议,要加快调峰电源建设,深度挖掘火电机组调峰能力,加快快速调节电源建设,统筹新能源发展与其他电源发展,建设抽水蓄能电站等快速调节电源,研究压缩空气蓄能、电化学储能等大规模蓄能技术及应用。同时,加快跨区输电通道建设,扩大新能源消纳范围。此外,完善配套政策,保障风电快速可持续发展。

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