我國風(fēng)電高效利用技術(shù)趨勢及發(fā)展建議

石文輝，白宏，屈姬賢，王偉勝，黃其勵(lì)

（1. 新能源與儲(chǔ)能運(yùn)行控制國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室（中國電力科學(xué)研究院有限公司），北京 100192；2. 國家電網(wǎng)有限公司，北京 100031）

一、前言

近幾年，我國風(fēng)電發(fā)展迅速，裝機(jī)規(guī)模不斷增大[1,2]。截至2017年，我國風(fēng)電累計(jì)裝機(jī)容量已連續(xù)8年位居世界第一，全國累計(jì)并網(wǎng)容量約為1.64×108kW，與2007年相比，增長了約29倍。2017年全國風(fēng)電上網(wǎng)電量達(dá)3.057×1011kW·h，占當(dāng)年全部發(fā)電量的4.8% [3]，風(fēng)電已成為我國第三大電源。風(fēng)能開發(fā)與利用是我國能源轉(zhuǎn)型的核心內(nèi)容和應(yīng)對氣候變化的重要途徑。

我國風(fēng)能資源集中地區(qū)電源結(jié)構(gòu)以火電為主，受本地負(fù)荷水平以及常規(guī)機(jī)組調(diào)峰能力等因素影響[4]，消納空間有限。隨著風(fēng)電的快速發(fā)展，風(fēng)電消納矛盾逐漸顯現(xiàn)。2011年，甘肅棄風(fēng)電量達(dá)到1.04×109kW·h，之后棄風(fēng)情況加劇，2016年棄風(fēng)電量攀升至4.97×1010kW·h，棄風(fēng)率達(dá)17.1% [5]，棄風(fēng)問題引起社會(huì)各界廣泛關(guān)注。隨后，國家出臺一系列政策措施促進(jìn)風(fēng)電的高效消納，棄風(fēng)現(xiàn)象有所緩解。2017年全國棄風(fēng)電量為4.19×1010kW·h，棄風(fēng)率達(dá)12%，比2016年減少了5%，但消納難題仍然是制約我國風(fēng)電行業(yè)持續(xù)健康發(fā)展的重要因素之一。

我國政府承諾到2020年、2030年非化石能源消費(fèi)占一次能源消費(fèi)比重將分別達(dá)到15%和20%。國家能源局于2016年11月發(fā)布的《風(fēng)電發(fā)展“十三五”規(guī)劃》指出，到2020年年底，風(fēng)電累計(jì)并網(wǎng)裝機(jī)容量將達(dá)到2.1×108kW以上，年發(fā)電量達(dá)到4.2×1011kW·h，約占全國總發(fā)電量的6%。此外，根據(jù)國家可再生能源中心發(fā)布的《中國風(fēng)電發(fā)展路線圖2050》，2050年風(fēng)電裝機(jī)將達(dá)1×109kW，能夠滿足全國17%的電力需求[6]。未來我國風(fēng)電行業(yè)仍將維持較高速度增長。由于風(fēng)能資源的隨機(jī)波動(dòng)性，發(fā)電設(shè)備的弱支撐和低抗擾性，隨著風(fēng)電在電力系統(tǒng)中比例越來越高，風(fēng)電等新能源的高效消納和電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行都將面臨更大挑戰(zhàn)。

為推進(jìn)和保障我國風(fēng)電行業(yè)持續(xù)規(guī)?；】蛋l(fā)展，實(shí)現(xiàn)未來我國風(fēng)電高比例發(fā)展目標(biāo)，使風(fēng)電成為對我國能源結(jié)構(gòu)調(diào)整、應(yīng)對氣候變化有重要貢獻(xiàn)的新能源，亟需解決風(fēng)電高效消納利用難題。

二、我國風(fēng)電利用技術(shù)現(xiàn)狀及存在的問題

為促進(jìn)風(fēng)電的高效利用,過去幾年間我國多措并舉，取得了一定的成績，但在風(fēng)電并網(wǎng)運(yùn)行、風(fēng)電多種利用、多能互補(bǔ)利用、分布式開發(fā)利用等方面仍存在一些問題。

（一）風(fēng)電并網(wǎng)運(yùn)行

在風(fēng)電功率預(yù)測方面，國內(nèi)高校和科研機(jī)構(gòu)在風(fēng)電功率預(yù)測領(lǐng)域開展了大量研究工作，針對我國風(fēng)電發(fā)展模式和特點(diǎn)，從超短期、短期、中長期等多時(shí)間尺度建立了較為完善的風(fēng)電功率預(yù)測體系。預(yù)測模型涵蓋基于多數(shù)據(jù)源的統(tǒng)計(jì)方法[7]，基于微尺度氣象和計(jì)算流體力學(xué)的物理方法[8]，并創(chuàng)造性地提出自適應(yīng)組態(tài)組合預(yù)測方法[9]，能夠充分利用碎片化的多元?dú)v史數(shù)據(jù)，結(jié)合局地氣候特征，自適應(yīng)選擇多樣本空間下的最優(yōu)耦合方式，有效提高了預(yù)測精度和算法的普適性。目前，我國已自主研發(fā)出電網(wǎng)側(cè)和電站側(cè)的風(fēng)電功率預(yù)測系統(tǒng)，并在主要風(fēng)電并網(wǎng)運(yùn)行省區(qū)實(shí)現(xiàn)了應(yīng)用覆蓋。但在復(fù)雜地型、極端天氣以及海上風(fēng)電功率預(yù)測等方面，預(yù)測技術(shù)和方法仍需不斷完善，功率預(yù)測也以確定性預(yù)測為主。

在風(fēng)電集群控制方面，研發(fā)了以公共連接點(diǎn)電壓穩(wěn)定為目標(biāo)的風(fēng)電場電壓無功綜合控制系統(tǒng)；研制了風(fēng)電場有功協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)，已成功應(yīng)用于甘肅電網(wǎng)，對該地區(qū)電網(wǎng)調(diào)度部門提高風(fēng)電的管理和控制水平及風(fēng)電利用率具有顯著意義。國內(nèi)研究機(jī)構(gòu)在IEC 61850的基礎(chǔ)上，開展了基于IEC 61400-25的風(fēng)電場綜合監(jiān)控技術(shù)研究，并基于成熟的變電站自動(dòng)化系統(tǒng)平臺技術(shù)，開發(fā)了可擴(kuò)展性較強(qiáng)的風(fēng)電場綜合監(jiān)控系統(tǒng)平臺。總體來看，我國對于新能源電站有功、無功控制技術(shù)研究已經(jīng)積累了一定經(jīng)驗(yàn)并研發(fā)應(yīng)用了控制系統(tǒng)，有功控制研究主要集中在控制策略、控制方法評價(jià)等方面，在大型新能源電站多工況自適應(yīng)調(diào)頻控制、基于多源數(shù)據(jù)融合的大型新能源電站有功分層控制技術(shù)方面研究較少；無功控制研究集中于風(fēng)電機(jī)組的控制策略、無功的優(yōu)化選址以及風(fēng)電場當(dāng)?shù)乜刂撇呗缘确矫?；研發(fā)應(yīng)用的控制系統(tǒng)存在不同風(fēng)電廠家接口不規(guī)范、在線控制調(diào)節(jié)響應(yīng)不一致等問題。此外，風(fēng)電場/集群主動(dòng)支撐電網(wǎng)運(yùn)行控制性能還需提升。

在風(fēng)電優(yōu)化調(diào)度方面，采用的主要調(diào)度模型和方法包括：考慮自動(dòng)發(fā)電控制（AGC）備用的優(yōu)化調(diào)度方法、考慮風(fēng)電接入系統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)備用容量優(yōu)化調(diào)度方法和以風(fēng)險(xiǎn)概率為約束的新能源隨機(jī)優(yōu)化調(diào)度方法等[10,11]。國內(nèi)已開發(fā)了新能源優(yōu)化調(diào)度支持系統(tǒng)，并應(yīng)用于我國23個(gè)省級（區(qū)）的電力調(diào)度控制中心。但在適應(yīng)大規(guī)模風(fēng)電集中送出的調(diào)度運(yùn)行技術(shù)和促進(jìn)風(fēng)電消納的電力市場及輔助服務(wù)技術(shù)等方面仍需加強(qiáng)。

相對于陸上風(fēng)電而言，我國海上風(fēng)電的研究工作明顯滯后，海上風(fēng)電并網(wǎng)的影響、高壓直流送出、遠(yuǎn)程集群控制等還處于研發(fā)初級階段，相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)程規(guī)范等還在制定中。

（二）風(fēng)電多種利用

在風(fēng)電制氫方面，目前國外多個(gè)國家均投入大量資金用于風(fēng)電制氫相關(guān)技術(shù)研究和示范工程建設(shè)。其中，美國能源部“Wind2H2”計(jì)劃研究內(nèi)容包括：可再生能源功率控制、氫儲(chǔ)能技術(shù)、風(fēng)-氫系統(tǒng)容量化配置、風(fēng)電上網(wǎng)和電解水制氫的功率分配問題、技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析與成本效益分析、電解技術(shù)對風(fēng)-氫系統(tǒng)的影響及系統(tǒng)的規(guī)?；彤a(chǎn)業(yè)化。國內(nèi)風(fēng)電制氫系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究還處于起步階段，包括了風(fēng)電場耦合制氫系統(tǒng)、風(fēng)電制氫在海上風(fēng)電場環(huán)境下的可行性等，并開展了多項(xiàng)風(fēng)電制氫項(xiàng)目示范，風(fēng)電制氫為風(fēng)電的綜合利用提供了一個(gè)方向，需要突破風(fēng)電間歇性功率波動(dòng)對制氫系統(tǒng)的影響問題、風(fēng)電耦合氫能系統(tǒng)的集成控制和優(yōu)化運(yùn)行以及氫氣的儲(chǔ)運(yùn)技術(shù)[12]等，另外其經(jīng)濟(jì)效益問題也有待進(jìn)一步深入研究。

在風(fēng)電供暖方面，國內(nèi)已有部分風(fēng)電開發(fā)企業(yè)開展了小規(guī)模風(fēng)電供暖示范工程，風(fēng)電供暖理論也在完善之中，主要技術(shù)難點(diǎn)在于熱-電協(xié)調(diào)優(yōu)化調(diào)度?，F(xiàn)有電采暖運(yùn)行模式多采用綁定結(jié)算模式，未考慮協(xié)調(diào)優(yōu)化和調(diào)度控制。文獻(xiàn)[13]提出了電儲(chǔ)熱-棄風(fēng)聯(lián)動(dòng)的實(shí)時(shí)運(yùn)行模式，該模式基于風(fēng)電歷史運(yùn)行和棄風(fēng)數(shù)據(jù)，優(yōu)化出電儲(chǔ)熱最優(yōu)電加熱功率和儲(chǔ)熱容量，在運(yùn)行時(shí)調(diào)度機(jī)構(gòu)基于風(fēng)電功率預(yù)測和電力系統(tǒng)實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)，評估得到日前和實(shí)時(shí)棄風(fēng)電力曲線，并下發(fā)電儲(chǔ)熱；在結(jié)算時(shí)實(shí)時(shí)記錄風(fēng)電場棄風(fēng)電力和電儲(chǔ)熱用電電力，確保電儲(chǔ)熱用的是該風(fēng)電場的棄風(fēng)電，維護(hù)各方利益。國內(nèi)在熱-電協(xié)調(diào)優(yōu)化與調(diào)度策略研究方面也已開展了棄風(fēng)供熱項(xiàng)目試點(diǎn)。

目前在考慮風(fēng)電消納的熱-電聯(lián)合運(yùn)行監(jiān)控系統(tǒng)研發(fā)方面，已有一些實(shí)際應(yīng)用的軟件系統(tǒng)，例如吉林電網(wǎng)供熱機(jī)組在線實(shí)時(shí)監(jiān)測系統(tǒng)、江蘇電網(wǎng)供熱機(jī)組可調(diào)出力監(jiān)測系統(tǒng)等。但是，熱-電聯(lián)合運(yùn)行監(jiān)控軟件的開發(fā)和應(yīng)用還處于初級階段，大多數(shù)監(jiān)控系統(tǒng)還處于開發(fā)研究和試驗(yàn)階段。

（三）多能互補(bǔ)利用

多能互補(bǔ)是按照不同資源條件和用能對象，采取多種能源相互補(bǔ)充，以緩解能源供需矛盾，合理保護(hù)和利用自然資源，同時(shí)獲得較好的環(huán)境效益的用能方式[14,15]。風(fēng)光水氣火儲(chǔ)等不同電源具有時(shí)空互補(bǔ)特性，《電力發(fā)展“十三五”規(guī)劃》明確指出，多能互補(bǔ)是提高風(fēng)電等新能源消納能力的重要手段，包含小型的多能互補(bǔ)系統(tǒng)及電力系統(tǒng)級多能互補(bǔ)兩個(gè)方面。

目前，我國在小型含風(fēng)電的互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)應(yīng)用較多的是風(fēng)水互補(bǔ)發(fā)電和風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電，運(yùn)行的互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)有：村級風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電站、用于氣象站的風(fēng)能太陽能混合發(fā)電站、太陽能風(fēng)能無線電話離轉(zhuǎn)臺電源系統(tǒng)等，這些發(fā)電系統(tǒng)可以解決一些偏遠(yuǎn)地區(qū)的供電、供能問題。

在電力系統(tǒng)級的多能互補(bǔ)方面，國內(nèi)提出了基于可靠性和設(shè)備調(diào)控能力的電力系統(tǒng)靈活性指標(biāo)[16]，采用確定性的電力系統(tǒng)規(guī)劃準(zhǔn)則，提出了側(cè)重于風(fēng)光互補(bǔ)的多點(diǎn)布局規(guī)劃設(shè)計(jì)方法等[17]，分析了風(fēng)電與其他電源聯(lián)合運(yùn)行的可靠性和經(jīng)濟(jì)性等，并開展了國家風(fēng)光儲(chǔ)輸?shù)榷囗?xiàng)多能互補(bǔ)集成優(yōu)化工程的建設(shè)。目前還缺乏考慮多種電源復(fù)雜特性的電力系統(tǒng)靈活性分析方法，電網(wǎng)調(diào)度與控制尚未充分考慮多種電源、多時(shí)間尺度的全局優(yōu)化與實(shí)時(shí)控制，現(xiàn)有控制系統(tǒng)難以充分利用動(dòng)態(tài)變化的調(diào)峰能力來最大化消納風(fēng)電等新能源。

（四）分布式開發(fā)利用

分布式開發(fā)利用是風(fēng)電除大規(guī)模集中開發(fā)遠(yuǎn)距離外送消納外的另一種形式。一般通過35 kV及以下電壓等級接入電網(wǎng)，位于用戶附近，以就地消納為主，并采用多點(diǎn)接入，統(tǒng)一監(jiān)控的并網(wǎng)方式。國內(nèi)風(fēng)電分布式開發(fā)利用尚處于示范應(yīng)用階段，落后于國外風(fēng)電大國。目前已建成示范工程，但大多沿襲集中式風(fēng)電場開發(fā)經(jīng)驗(yàn)或沒有充分考慮當(dāng)?shù)嘏潆娋W(wǎng)承載能力，帶來了投資較高、影響電網(wǎng)和用戶供電質(zhì)量等問題。

分布式風(fēng)電的關(guān)鍵技術(shù)主要有適用于分布式利用的資源評估技術(shù)、優(yōu)化規(guī)劃技術(shù)、功率預(yù)測技術(shù)、信息采集與監(jiān)控技術(shù)等。在資源評估方面，風(fēng)電分布式開發(fā)靠近用戶側(cè)，需要考慮障礙物的影響，同時(shí)風(fēng)電分布式開發(fā)地理位置較為分散，不可能每個(gè)開發(fā)地點(diǎn)都安裝測風(fēng)塔，因此分析風(fēng)電分布式開發(fā)的固有特點(diǎn)，研究綜合利用遠(yuǎn)距離測風(fēng)塔、氣象站及衛(wèi)星氣象數(shù)據(jù)的風(fēng)電分布式開發(fā)的風(fēng)能資源評估方法，可以為風(fēng)電分布式開發(fā)的前期規(guī)劃奠定基礎(chǔ)。在功率預(yù)測方面，國內(nèi)目前基本都是針對大規(guī)模集中式風(fēng)電場，在分布式風(fēng)電出力預(yù)測方面還需要進(jìn)行深入研究，提高預(yù)測精度。此外，國內(nèi)對風(fēng)電分布式開發(fā)的并網(wǎng)規(guī)劃技術(shù)、信息采集與監(jiān)控技術(shù)研究較少[18]。

微電網(wǎng)是分布式風(fēng)電應(yīng)用的有效形式之一。近幾年，我國建起數(shù)個(gè)以風(fēng)電為主、多能源互補(bǔ)的分布式微電網(wǎng)系統(tǒng)，如以大型風(fēng)電機(jī)組為主的分布式智能微網(wǎng)示范項(xiàng)目——江蘇大豐商業(yè)園區(qū)分布式微電網(wǎng)示范項(xiàng)目，為園區(qū)提供了37%的電力供應(yīng)；舟山東福山島風(fēng)光儲(chǔ)柴微網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)，全島負(fù)荷用電基本由風(fēng)電等新能源提供。獨(dú)立供電系統(tǒng)在不同運(yùn)行方式下的電能質(zhì)量能夠達(dá)到國標(biāo)要求，為偏遠(yuǎn)地區(qū)供電提供了一種新模式。但目前存在系統(tǒng)雙向互動(dòng)、優(yōu)化運(yùn)行等方面的技術(shù)瓶頸。

三、未來我國風(fēng)電高效利用技術(shù)趨勢

大力發(fā)展風(fēng)電等新能源，是構(gòu)建我國清潔低碳、安全高效的能源體系的必由之路。為支撐未來我國風(fēng)電的大規(guī)模開發(fā)和高效利用，需要不斷完善大規(guī)模風(fēng)電并網(wǎng)運(yùn)行技術(shù)、市場機(jī)制下的風(fēng)電多能互補(bǔ)以及分布式利用等技術(shù)，不斷探索風(fēng)電多種利用形式，順應(yīng)“互聯(lián)網(wǎng)+”趨勢，研究建立基于大數(shù)據(jù)技術(shù)的輔助風(fēng)電運(yùn)行管理平臺等。

（一）安全可靠的大規(guī)模風(fēng)電并網(wǎng)運(yùn)行技術(shù)

1. 風(fēng)電大規(guī)模并網(wǎng)集群控制與優(yōu)化調(diào)度技術(shù)

我國風(fēng)能資源與負(fù)荷中心逆向分布的特點(diǎn)，決定了未來我國風(fēng)電仍以遠(yuǎn)距離大規(guī)模送出并網(wǎng)為主。風(fēng)電大規(guī)模集群并網(wǎng)控制技術(shù)將向智能化、自動(dòng)化方向發(fā)展。通過建成大規(guī)模風(fēng)電集群控制技術(shù)支持系統(tǒng)，做到基于多源數(shù)據(jù)融合的大型新能源電站有功分層控制，實(shí)現(xiàn)風(fēng)電集群控制的智能化、自動(dòng)化，進(jìn)一步提高大型風(fēng)電基地的運(yùn)行控制水平。通過發(fā)展風(fēng)電主動(dòng)支撐及協(xié)調(diào)控制技術(shù)，實(shí)現(xiàn)風(fēng)電并網(wǎng)從被動(dòng)適應(yīng)到主動(dòng)支撐的轉(zhuǎn)變。

風(fēng)電功率預(yù)測是實(shí)現(xiàn)優(yōu)化調(diào)度的基礎(chǔ)，功率預(yù)測技術(shù)還需補(bǔ)充和完善概率預(yù)測和誤差評估體系。同時(shí)建立適用于我國氣候和地形特點(diǎn)的數(shù)值天氣模式和風(fēng)能資源評估軟件，發(fā)展多時(shí)空尺度、多預(yù)測對象的新一代功率預(yù)測方法，進(jìn)一步提升新能源資源評估觀測以及發(fā)電功率預(yù)測的分辨率和精度。風(fēng)電優(yōu)化調(diào)度將向不確定性調(diào)度、在線風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警、主動(dòng)防御方向發(fā)展。通過突破風(fēng)電與電化學(xué)儲(chǔ)能、抽水蓄能、熱力、油氣等多種形式儲(chǔ)能優(yōu)化配置及聯(lián)合運(yùn)行調(diào)度技術(shù)、風(fēng)電基地特高壓跨區(qū)外送調(diào)度運(yùn)行關(guān)鍵技術(shù)等，最終建立適合多種能源應(yīng)用的市場機(jī)制下的新能源優(yōu)化調(diào)度體系，實(shí)現(xiàn)最大化消納風(fēng)電，在提高風(fēng)電等新能源利用率的同時(shí)降低運(yùn)行成本。

2. 大規(guī)模海上風(fēng)電并網(wǎng)技術(shù)

海陸并舉已成為我國風(fēng)電發(fā)展的必然趨勢。隨著未來我國海上風(fēng)電規(guī)模的不斷增加，海上風(fēng)電并網(wǎng)運(yùn)行的相關(guān)問題也將逐步凸顯，這必將成為行業(yè)關(guān)注的熱點(diǎn)和研究的重點(diǎn)。直流匯集及并網(wǎng)技術(shù)以其獨(dú)特的優(yōu)勢將成為未來海上風(fēng)電并網(wǎng)的主要選擇之一。

通過開展適應(yīng)于海上風(fēng)電規(guī)劃技術(shù)、資源評估與預(yù)測技術(shù)以及大型海上風(fēng)電基地交直流混聯(lián)匯集及送出的直流電網(wǎng)拓?fù)鋬?yōu)化、協(xié)調(diào)運(yùn)行控制、故障保護(hù)等關(guān)鍵技術(shù)研究，全面建成大規(guī)模海上新能源接入直流電網(wǎng)協(xié)調(diào)運(yùn)行和控制保護(hù)技術(shù)體系，突破交直流混合電網(wǎng)接口技術(shù)瓶頸，實(shí)現(xiàn)海上風(fēng)電接入電網(wǎng)，促進(jìn)海上風(fēng)能資源的規(guī)?；咝Ю?。

（二）高效率低成本的風(fēng)電多種利用技術(shù)

1. 經(jīng)濟(jì)高效的風(fēng)電制氫技術(shù)

未來，在風(fēng)電制氫方面，隨著新型低成本儲(chǔ)氫材料以及規(guī)模儲(chǔ)氫技術(shù)的進(jìn)步，風(fēng)電制氫儲(chǔ)運(yùn)問題有望得到有效解決，制氫成本有望越來越低，為風(fēng)電制氫的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展提供了可能。

未來，通過突破高電壓大功率氫儲(chǔ)能系統(tǒng)的協(xié)調(diào)控制技術(shù)、氫儲(chǔ)能系統(tǒng)成套技術(shù)方案、風(fēng)電-氫儲(chǔ)能聯(lián)合優(yōu)化運(yùn)行控制調(diào)度系統(tǒng)以及配合風(fēng)電并網(wǎng)接入的能量管理策略與協(xié)調(diào)優(yōu)化控制策略，破解風(fēng)電制氫技術(shù)瓶頸，使風(fēng)電制氫逐漸成為風(fēng)電開發(fā)利用的重要形式，實(shí)現(xiàn)規(guī)模化應(yīng)用，提高風(fēng)電消納能力。

2. 市場機(jī)制下的風(fēng)電供暖技術(shù)

風(fēng)電供暖技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵在于突破熱-電聯(lián)合優(yōu)化運(yùn)行策略與控制技術(shù)，通過統(tǒng)籌考慮大容量儲(chǔ)熱單元流程結(jié)構(gòu)、運(yùn)行特性、集成設(shè)計(jì)原理和優(yōu)化方法、大容量儲(chǔ)熱單元優(yōu)化配置和運(yùn)行機(jī)制，深入挖掘城市供熱系統(tǒng)調(diào)峰能力，突破熱-電聯(lián)合優(yōu)化運(yùn)行策略與控制技術(shù)，促進(jìn)風(fēng)電供熱規(guī)模化發(fā)展，提高風(fēng)電利用率。

（三）能源互聯(lián)下的多能互補(bǔ)技術(shù)

在未來能源互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展背景下，多能互補(bǔ)技術(shù)為風(fēng)電的高效利用提供了一種很好的選擇，其關(guān)鍵在于利用不同能源資源在能量/功率上的時(shí)空互補(bǔ)特性，通過多能源電力系統(tǒng)的協(xié)調(diào)規(guī)劃、協(xié)調(diào)優(yōu)化調(diào)度與控制體系建立多能源互補(bǔ)體系。

通過分析包括風(fēng)光互補(bǔ)、風(fēng)水互補(bǔ)、風(fēng)火互補(bǔ)、微電網(wǎng)多能互補(bǔ)等方式的不同運(yùn)行特性，開展含分布式風(fēng)電的多能互補(bǔ)開發(fā)利用形式及優(yōu)化規(guī)劃技術(shù)研究，在此基礎(chǔ)上充分考慮我國資源中心和負(fù)荷中心逆向分布以及我國能源結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，通過多能互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)配置技術(shù)，以及考慮多種電源、多時(shí)間尺度的互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)的能量管理控制技術(shù)，充分挖掘系統(tǒng)調(diào)峰能力，實(shí)現(xiàn)互補(bǔ)發(fā)電設(shè)備的動(dòng)態(tài)優(yōu)化組合，降低系統(tǒng)運(yùn)行成本，提高整個(gè)能源系統(tǒng)的運(yùn)行效率。

（四）分布式接入與控制技術(shù)

有序接入、協(xié)調(diào)控制和能量優(yōu)化管理是未來風(fēng)電分布式利用的關(guān)鍵問題，通過分布式發(fā)電運(yùn)行集中監(jiān)視與運(yùn)行控制技術(shù)、基于區(qū)域分布式發(fā)電的虛擬電廠的能量管理技術(shù)，以及多微電網(wǎng)的集群協(xié)調(diào)控制技術(shù)等方面研究，實(shí)現(xiàn)未來分布式供電與微電網(wǎng)向即插即用、高效運(yùn)行、靈活互動(dòng)方向發(fā)展。

研究分布式發(fā)電運(yùn)行集中監(jiān)視與控制技術(shù)，建立相應(yīng)的集中監(jiān)控平臺和運(yùn)行管理系統(tǒng)，采取多種形式在分布式發(fā)電與監(jiān)控中心之間建立穩(wěn)定的通信聯(lián)系。在對分布式發(fā)電進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控的基礎(chǔ)上，通過多元分布式發(fā)電接入的雙向自適應(yīng)保護(hù)及控制技術(shù)、基于多分布式發(fā)電/儲(chǔ)能及微電網(wǎng)的供電網(wǎng)絡(luò)快速重構(gòu)技術(shù)、多能聯(lián)供交直流混合的協(xié)調(diào)控制與智能化調(diào)度技術(shù)、分布式發(fā)電與微能網(wǎng)群控群調(diào)技術(shù)和多元化用戶互動(dòng)技術(shù)等，破解多元分布式發(fā)電安全接入與微電網(wǎng)控制難題，實(shí)現(xiàn)分布式能源靈活高效利用，有力支撐我國分布式能源發(fā)展。

（五）基于大數(shù)據(jù)的風(fēng)電輔助支撐技術(shù)

未來，隨著“云計(jì)算”“互聯(lián)網(wǎng)”“物聯(lián)網(wǎng)”的快速發(fā)展，大數(shù)據(jù)引起了越來越多的人關(guān)注，風(fēng)電行業(yè)應(yīng)順應(yīng)未來科技發(fā)展趨勢，充分利用在風(fēng)電場的設(shè)計(jì)、運(yùn)行、調(diào)度等各個(gè)方面增長迅速的風(fēng)電大數(shù)據(jù)，建立包含氣象影響要素、風(fēng)電機(jī)組類型、風(fēng)電場運(yùn)行、調(diào)度運(yùn)行等信息的完備風(fēng)電數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。

通過建立風(fēng)電并網(wǎng)消納大數(shù)據(jù)技術(shù)支撐平臺、風(fēng)能資源評估與風(fēng)電功率預(yù)測大數(shù)據(jù)分析平臺、風(fēng)電運(yùn)行對環(huán)境生態(tài)影響的大數(shù)據(jù)分析平臺，以及風(fēng)電大數(shù)據(jù)運(yùn)維管理平臺等，在全社會(huì)共享風(fēng)電開發(fā)與運(yùn)行信息資源，做到風(fēng)電場海量數(shù)據(jù)在線稽查、風(fēng)電實(shí)時(shí)消納全景展示、棄風(fēng)精細(xì)化統(tǒng)計(jì)等，從而優(yōu)化風(fēng)電運(yùn)行，推進(jìn)能源市場化改革，促進(jìn)風(fēng)電的高比例、安全、可靠、高效運(yùn)行。

四、相關(guān)建議

為促進(jìn)風(fēng)電的高效利用，除在技術(shù)上進(jìn)行不斷創(chuàng)新突破之外，還需要注重風(fēng)電和其他能源的協(xié)調(diào)規(guī)劃、風(fēng)電等新能源激勵(lì)政策、消納市場機(jī)制和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系等的不斷完善。提出如下四點(diǎn)建議。

（一）大力推進(jìn)風(fēng)電與大能源電力系統(tǒng)共贏發(fā)展

在發(fā)電側(cè)做到一體化協(xié)同發(fā)展，在發(fā)展集中式風(fēng)電基地同時(shí)，重視分布式風(fēng)電的發(fā)展；在發(fā)電裝機(jī)總量增加同時(shí)，加快電源結(jié)構(gòu)調(diào)整和儲(chǔ)能技術(shù)的發(fā)展；用能產(chǎn)業(yè)布局要與能源資源稟賦特點(diǎn)結(jié)合。為有效支撐上述工作，需要高度重視能源電力行業(yè)統(tǒng)一規(guī)劃，強(qiáng)化區(qū)域能源規(guī)劃，統(tǒng)籌常規(guī)能源電源與風(fēng)電等新能源電源的統(tǒng)一、協(xié)同規(guī)劃布局，實(shí)現(xiàn)電源與電網(wǎng)的協(xié)調(diào)發(fā)展。

（二）建立均衡發(fā)展的風(fēng)電等新能源激勵(lì)政策體系

建立涵蓋包括發(fā)電、并網(wǎng)、用電在內(nèi)的完整的激勵(lì)政策體系。在電源側(cè)，加強(qiáng)調(diào)峰能力建設(shè)，加快完善火電機(jī)組靈活性改造和參與調(diào)峰的補(bǔ)償政策。在電網(wǎng)側(cè)，在突破大規(guī)模風(fēng)電場集群控制能力的基礎(chǔ)上，加快跨省跨區(qū)通道建設(shè)，擴(kuò)大新能源配置范圍，統(tǒng)籌發(fā)揮大電網(wǎng)配置及平衡能力。在用戶側(cè)，推進(jìn)電能替代，兼顧分布式發(fā)展，用市場辦法引導(dǎo)用戶參與調(diào)峰調(diào)頻、主動(dòng)響應(yīng)新能源出力變化，健全鼓勵(lì)用戶購買新能源的電價(jià)政策。

（三）加快建立完善風(fēng)電等新能源消納的市場機(jī)制

強(qiáng)化風(fēng)電等新能源優(yōu)先消納。省內(nèi)優(yōu)先調(diào)度新能源，打破省內(nèi)火電發(fā)電計(jì)劃；打破省間壁壘，區(qū)域內(nèi)實(shí)行跨省輔助服務(wù)。加快構(gòu)建全國統(tǒng)一電力市場。構(gòu)建以中長期交易為主、臨時(shí)交易為補(bǔ)充的交易體系。啟動(dòng)跨區(qū)跨省現(xiàn)貨市場。放開電力用戶跨省跨區(qū)購買新能源的選擇權(quán)。盡快完善市場規(guī)則、新能源交易機(jī)制。建立新能源接受省與輸出省利益補(bǔ)償機(jī)制。鼓勵(lì)用戶積極參與電力需求側(cè)響應(yīng)和市場交易。研究完善上網(wǎng)側(cè)峰谷分時(shí)電價(jià)機(jī)制。將新能源上網(wǎng)電價(jià)與政府補(bǔ)貼分離，上網(wǎng)電價(jià)部分通過市場方式定價(jià)，補(bǔ)貼部分通過政府定價(jià)。

（四）完善風(fēng)電行業(yè)管理和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范體系

建立統(tǒng)一的風(fēng)電發(fā)展管理體系，重點(diǎn)整合各方面的國家資源，開展國家風(fēng)電發(fā)展戰(zhàn)略、規(guī)劃和扶持政策的設(shè)計(jì)，建立部門間綜合協(xié)調(diào)機(jī)制，統(tǒng)籌電網(wǎng)、發(fā)電、氣象、技術(shù)研發(fā)、規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)、裝備制造等各個(gè)部門，協(xié)調(diào)資金和技術(shù)力量等資源的分配，負(fù)責(zé)重要工程的組織與實(shí)施，為風(fēng)電發(fā)展創(chuàng)造良好的發(fā)展環(huán)境。其次，政府應(yīng)在每五年發(fā)展規(guī)劃中，結(jié)合風(fēng)電技術(shù)的發(fā)展變化，開展一定規(guī)模的先進(jìn)技術(shù)示范項(xiàng)目，展示技術(shù)、資源、電網(wǎng)與市場的有效融合。

完善中國的風(fēng)電標(biāo)準(zhǔn)、檢測和認(rèn)證體系。首先，不斷完善風(fēng)電機(jī)組、風(fēng)電場標(biāo)準(zhǔn)、檢測和認(rèn)證體系。其次，修訂中國現(xiàn)用的國際電工委員會(huì)（IEC）等標(biāo)準(zhǔn)，使之符合中國風(fēng)電資源和環(huán)境條件。同時(shí)，隨著風(fēng)電利用形式和策略的多樣化，相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)需要及時(shí)更新。此外，制定與之對應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)、設(shè)計(jì)和認(rèn)證指南作為標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施的補(bǔ)充，為風(fēng)電設(shè)備研發(fā)及認(rèn)證工作提供具體的實(shí)施辦法。最后，建立與國際接軌的檢測和認(rèn)證體系，完成必要的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，逐步推行對整機(jī)及關(guān)鍵零部件的強(qiáng)制性檢測和認(rèn)證。

五、結(jié)語

本文闡述了目前我國風(fēng)電利用方面的現(xiàn)狀及存在的問題，并提出了未來風(fēng)電高效利用的關(guān)鍵技術(shù)：大規(guī)模風(fēng)電并網(wǎng)集群控制與優(yōu)化調(diào)度技術(shù)、大規(guī)模海上風(fēng)電并網(wǎng)技術(shù)、風(fēng)電綜合利用技術(shù)、能源互聯(lián)網(wǎng)下多能互補(bǔ)技術(shù)、即插即用靈活控制的分布式接入技術(shù)等。最后從風(fēng)電與大能源電力系統(tǒng)發(fā)展、市場機(jī)制建立、行業(yè)管理和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)制定等方面提出了促進(jìn)風(fēng)電高效利用的相關(guān)建議。