大規(guī)模風(fēng)電接入電網(wǎng)的相關(guān)問題及措施研究

明陽智慧能源集團股份公司 崔 磊

理論上風(fēng)力發(fā)電方式產(chǎn)生的電能與火力發(fā)電模式產(chǎn)生的電能間并無本質(zhì)區(qū)別，但受電網(wǎng)自身性能的影響，當(dāng)大規(guī)模風(fēng)電接入電網(wǎng)時會產(chǎn)生一系列問題，必須尋求妥善解決之道。

1 大規(guī)模風(fēng)電接入電網(wǎng)時常見的問題與原因

1.1 有一定幾率對電網(wǎng)運行造成較嚴(yán)重干擾

風(fēng)力發(fā)電具有兩種類型，分別為獨立運行的離網(wǎng)型及接入電力系統(tǒng)運行的并網(wǎng)型。離網(wǎng)型風(fēng)力發(fā)電主要解決偏遠地區(qū)的供電問題、無需并網(wǎng)，不在本文討論范圍。用于并網(wǎng)型風(fēng)力發(fā)電的發(fā)電廠一般規(guī)模較大，最少有數(shù)十臺風(fēng)電機組構(gòu)成，最多可達上千臺風(fēng)電機組，容量介于幾兆瓦到幾百兆瓦不等。并網(wǎng)型風(fēng)力發(fā)電廠能夠得到大電網(wǎng)的補償和支持，從而能在開發(fā)利用風(fēng)力資源方面更加充分。但大規(guī)模風(fēng)力發(fā)電接入電網(wǎng)時，并不是簡單地將風(fēng)力發(fā)電產(chǎn)生的電能并入電網(wǎng)即可[1]，須重點考慮風(fēng)力發(fā)電的電能進入電網(wǎng)時產(chǎn)生的沖擊電流對整個電網(wǎng)正常運行造成的干擾。

這種干擾不僅會造成閃變現(xiàn)象（指電壓閃變，即當(dāng)電壓波動達到一定規(guī)模之后會引起照明異常，如恰好被看到，則此種現(xiàn)象會對人類視覺系統(tǒng)產(chǎn)生一種另類視覺感受。換言之，當(dāng)人類能通過肉眼看到電力線纜中出現(xiàn)電壓閃變，意味著電力線纜中出現(xiàn)了較為強烈的電能激蕩，危險性極大），還有可能時電力系統(tǒng)內(nèi)多個設(shè)備在運行期間產(chǎn)生諧波（會降低電能質(zhì)量）。此外，由于電網(wǎng)中本身便存在無功功率等因素，故電網(wǎng)原本處于平穩(wěn)運行狀態(tài)的電壓會出現(xiàn)較為劇烈的波動變化，會在不同程度上影響電網(wǎng)的正常運轉(zhuǎn)，進而無法為用電戶提供穩(wěn)定、優(yōu)質(zhì)的電能。

1.2 會提高電網(wǎng)調(diào)峰難度

風(fēng)力發(fā)電接入電網(wǎng)的過程可視為“一種傳統(tǒng)電能來源之外的電能向供電網(wǎng)絡(luò)中匯入”的過程。如此種“額外電能匯入”能在較長時間內(nèi)保持相對穩(wěn)定的狀態(tài)，則電網(wǎng)中的各種設(shè)備會逐漸適應(yīng)，經(jīng)過一段時間的調(diào)整后可使電網(wǎng)重新回到穩(wěn)定運行的狀態(tài)。但由于風(fēng)力發(fā)電的原始動能來源是自然界的風(fēng)能，而風(fēng)力強度并不是一個穩(wěn)定參量，隨時都會發(fā)生變化。因此風(fēng)力發(fā)電本身便是一個不穩(wěn)定的過程，隨時可能產(chǎn)生比較劇烈的波動。

現(xiàn)階段，由于針對風(fēng)電頻率的穩(wěn)定控制技術(shù)手段尚不完善，故將風(fēng)電接入電網(wǎng)后必定會影響電網(wǎng)的電能輸配質(zhì)量。原因在于：盡管風(fēng)電、水電、核電都是清潔能源，均被認(rèn)為能夠逐漸替代傳統(tǒng)的火力發(fā)電。但一個不可繞過的事實在于，除核電外風(fēng)電、水電都是對自然清潔能源的直接調(diào)用后，將自然界的直接動能作為發(fā)電的原始動能。因此在風(fēng)能、水能不足的區(qū)域，即使建設(shè)對應(yīng)的發(fā)電廠電能產(chǎn)出量也不高，只能作為傳統(tǒng)火力發(fā)電的補充而無法作為主要電能來源。特別是風(fēng)力發(fā)電，目前只有在我國西北地區(qū)等極個別區(qū)域才能作為主要發(fā)電方式。此外，現(xiàn)階段風(fēng)力發(fā)電的一個制約因素在于，風(fēng)電生產(chǎn)機組設(shè)備的啟停和運行時間都處于比較集中的狀態(tài)。受上述因素影響，當(dāng)風(fēng)電接入電網(wǎng)時電力調(diào)峰能力必定會受到干擾。

1.3 風(fēng)力資源差異導(dǎo)致風(fēng)電接入電網(wǎng)資金投入標(biāo)準(zhǔn)不一

從人類發(fā)展歷史角度看，“發(fā)展”與“環(huán)?！痹诤艽蟪潭壬咸幱诙獙α⒌臓顟B(tài)，即發(fā)展有極大可能會對自然環(huán)境造成破壞[2]。盡管歷史進入了21世紀(jì)第三個十年，國際社會至少已就清潔發(fā)展在認(rèn)知方面達成了共識。但就現(xiàn)實來看，以風(fēng)力發(fā)電為代表的自然清潔能源的運用存在的最主要的問題在于：此類能源的人為控制率始終無法達到百分之百，導(dǎo)致無法進行比較準(zhǔn)確地預(yù)測。此外，目前只有我國西北地區(qū)由于場地空曠、風(fēng)力充足，故適合建設(shè)大規(guī)模風(fēng)力發(fā)電廠。而在我國其他地區(qū)，風(fēng)能資源的分布情況差異較大。

受上述因素的影響，在不同規(guī)模風(fēng)力發(fā)電接入電網(wǎng)的過程中尚無法適用統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。若要確保整個電網(wǎng)在接入風(fēng)力電能的同時依然能夠保證安全、穩(wěn)定地運行，則必須安裝大量備用設(shè)備。不僅如此，現(xiàn)階段若要保證風(fēng)電接入電網(wǎng)后保證絕對安全，甚至需對整個電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)進行改變。這些要求促使風(fēng)電、電網(wǎng)的現(xiàn)有設(shè)備、相關(guān)技術(shù)必須不斷升級，而直接造成的結(jié)果便是資金的大量支出。

1.4 電力消納方面的問題

除西北地區(qū)外，我國西南地區(qū)近年來也在探索風(fēng)力發(fā)電的可行性。如云南省等地已建立了大規(guī)模風(fēng)力發(fā)電廠。數(shù)據(jù)顯示，該地區(qū)某市每天的用電負荷最大值出現(xiàn)在傍晚5～6時之間，且出現(xiàn)概率超過75%；用電負荷最低值出現(xiàn)在每天下午3～6時之中，出現(xiàn)概率近乎100%。上述用電負荷數(shù)據(jù)與現(xiàn)代城市居民的日常用電變化趨勢較為吻合。另一組有關(guān)風(fēng)電出力情況的數(shù)據(jù)分布情況為：云南省某市的風(fēng)電出力最大值共出現(xiàn)在兩個時間段，分別為凌晨0～4時以及夜間8～12時；出現(xiàn)率均達到70%以上；最小值出現(xiàn)在每天上午9～12時，出現(xiàn)概率將近50%。

從上述數(shù)據(jù)中可發(fā)現(xiàn)，云南省某市大規(guī)模風(fēng)力發(fā)電接入電網(wǎng)的時間很少選在用電高峰期，這是因為受風(fēng)力發(fā)電隨機性、波動性等特性的影響之外，風(fēng)力發(fā)電還具有反調(diào)峰特性。當(dāng)大規(guī)模風(fēng)電接入電網(wǎng)時，會對包含電力消納（即電網(wǎng)對電能的消化和吸納。當(dāng)電能從發(fā)電廠發(fā)送上網(wǎng)后，須經(jīng)由配電網(wǎng)絡(luò)盡快輸送至用戶端，供用戶及時使用消耗。如用不掉，則由于沒有能夠儲存電能的方式只能浪費。從這個角度來看，電力消納是指將電網(wǎng)中沒有被及時消耗，處于“富余”狀態(tài)的電能調(diào)度到有需求的電網(wǎng)負荷區(qū)段的過程）、調(diào)峰、暫態(tài)穩(wěn)定在內(nèi)的工作造成一系列影響。

風(fēng)力發(fā)電可能造成此類影響的原因如上文所述，根源發(fā)生在風(fēng)力發(fā)電的特性方面——一段時間內(nèi)的風(fēng)力強度是一個不可控因素，風(fēng)力帶動發(fā)電機組運轉(zhuǎn)的速率在不受人為控制的情況下，風(fēng)力發(fā)電量自然也不是一個確定的值。因此風(fēng)力發(fā)電接入電網(wǎng)的電能量不穩(wěn)定，電力消納、調(diào)峰調(diào)頻等調(diào)度自然會受到影響。

2 解決大規(guī)模風(fēng)電接入電網(wǎng)問題的有效措施

2.1 系統(tǒng)性加強大規(guī)模風(fēng)電接入電網(wǎng)時的規(guī)劃建設(shè)水平

若要解決大規(guī)模風(fēng)電接入電網(wǎng)時可能產(chǎn)生的問題，首要策略在于系統(tǒng)性地加強大規(guī)模風(fēng)電接入電網(wǎng)時的規(guī)劃建設(shè)水平[3]。

第一，我國電力企業(yè)，特別是西北、西南地區(qū)的大規(guī)模風(fēng)力發(fā)電企業(yè)應(yīng)聚焦國內(nèi)外風(fēng)力發(fā)電領(lǐng)域，在世界各國出現(xiàn)新技術(shù)后的第一時間應(yīng)迅速指派專項人員前往調(diào)研，之后通過技術(shù)引進等方式，將一些與我國大規(guī)模風(fēng)力發(fā)電接入電網(wǎng)相關(guān)的技術(shù)引入國內(nèi)，逐漸完成優(yōu)質(zhì)風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)體系的建設(shè)；第二，僅依靠企業(yè)自行完成技術(shù)升級遠遠不夠，原因在于：風(fēng)力發(fā)電接入電網(wǎng)整個過程受地方電力部門的整體管轄。在這個過程中，各級政府、不同電力企業(yè)、不同能源規(guī)劃使用（除風(fēng)力發(fā)電、火力發(fā)電外，還包含水利水電、核電等，這些不同的電能接入電網(wǎng)時都需考慮接入后的電網(wǎng)穩(wěn)定問題）。

因此，只有系統(tǒng)性地加強大規(guī)模風(fēng)電接入電網(wǎng)時的規(guī)劃建設(shè)水平，加強對風(fēng)能資源開發(fā)利用的規(guī)劃管理，使風(fēng)電場的建設(shè)及運轉(zhuǎn)時需更加科學(xué)，才能確保電網(wǎng)、電源、區(qū)段用電負荷始終處于可控狀態(tài)之內(nèi)。此外，為了進一步夯實基礎(chǔ)，在一些基礎(chǔ)條件較為完善的地區(qū)，可在風(fēng)力發(fā)電接入形式方面進行升級。如云南省電力調(diào)度控制中心蔡華祥等技術(shù)人員，在分析云南國富風(fēng)力發(fā)電集團大規(guī)模風(fēng)電接入電網(wǎng)的文章中提出了“打捆外送接入法”，是指將大規(guī)模風(fēng)力發(fā)電經(jīng)由高電壓等級線路實現(xiàn)“集中并網(wǎng)”。此種方式已被證實能大幅度提高大規(guī)模風(fēng)力發(fā)電接入電網(wǎng)時的安全性，并有效降低風(fēng)力發(fā)電外送過程中受到的阻礙，具有較強的可行性。

2.2 對能源結(jié)構(gòu)進行全面優(yōu)化，進一步提升調(diào)峰調(diào)頻電源的整體性能

在一些地區(qū)電能來源較為單一，可能只有火力發(fā)電這種傳統(tǒng)模式。但在另一些地區(qū)可能同時存在風(fēng)力發(fā)電、水力發(fā)電、太陽能發(fā)電、火力發(fā)電、核電在內(nèi)等多種發(fā)電形式。諸多能源結(jié)構(gòu)匯聚的情況下，如調(diào)度存在問題則必定造成能源的浪費。因此只有對能源結(jié)構(gòu)進行全面優(yōu)化，才能提高資源利用率。蔡華祥等在文章中介紹，云南國富風(fēng)力發(fā)電集團在調(diào)峰調(diào)頻電源方面進行了集中優(yōu)化，即科學(xué)合理地完成了調(diào)峰調(diào)頻電源容量的升級。此舉在一定程度上對大規(guī)模風(fēng)力發(fā)電接入電網(wǎng)時可能產(chǎn)生的調(diào)峰調(diào)頻問題進行了預(yù)先設(shè)想，極大地增加了并網(wǎng)時的緩沖空間。此外，在優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)方面，需多種能源間也存在一定的互補性，需要收集相關(guān)數(shù)據(jù)，做好規(guī)劃工作，同樣可有效解決大規(guī)模風(fēng)力發(fā)電接入電網(wǎng)時遇到的問題。

2.3 政府有關(guān)部門應(yīng)逐步完善政策法規(guī)，建立統(tǒng)一的大規(guī)模風(fēng)電接入電網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)

包含大規(guī)模風(fēng)力發(fā)電在內(nèi)，諸多清潔能源發(fā)電接入電網(wǎng)在我國盡管已不是一個新概念，但隨著多種清潔能源發(fā)電量的不斷增加，一些政策法規(guī)已經(jīng)顯現(xiàn)出陳舊性，必須予以更新。此種政策層面的改進對整個電力系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展均由較為明顯的促進作用。以大規(guī)模風(fēng)電接入電網(wǎng)為例，具體執(zhí)行的標(biāo)準(zhǔn)受各地區(qū)自然情況的影響，固然存在一定的差異，但在原則方面可趨于統(tǒng)一。

具體而言：政策中應(yīng)要求各地區(qū)風(fēng)力發(fā)電廠注意收集歷年來與風(fēng)力發(fā)電有關(guān)的各項因素對應(yīng)的參數(shù)。如一個地區(qū)以年、季度、月為單位的風(fēng)力強度變化情況。盡管所謂“風(fēng)無相，云無常”，但風(fēng)力強度的變化趨勢并非完全無跡可尋。在掌握基礎(chǔ)參數(shù)后納入大數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)，對一個區(qū)域內(nèi)不同時限內(nèi)的風(fēng)力強度變化區(qū)間進行加權(quán)計算，根據(jù)最終得出的風(fēng)力強度變化范圍，對一個風(fēng)力發(fā)電廠對應(yīng)時限內(nèi)的發(fā)電量進行預(yù)估，可有效降低風(fēng)力發(fā)電接入電網(wǎng)時出現(xiàn)問題的幾率。

2.4 不斷強化技術(shù)創(chuàng)新，針對各類具體問題給出明確指導(dǎo)意見

技術(shù)層面的革新永遠是重中之重?？尚行苑椒ò旱谝?，風(fēng)力發(fā)電廠、電力管理部門應(yīng)盡快完成風(fēng)電場綜合運行評價指標(biāo)體系的制定，目的在于對一定區(qū)域內(nèi)風(fēng)力變化情況、風(fēng)力發(fā)電自然特性、區(qū)段電網(wǎng)負荷匹配程度、能夠接入電網(wǎng)的其他能源互相之間的協(xié)調(diào)性、并網(wǎng)過程的整體安全性等進行全面收集、隨時了解，最終實現(xiàn)使大規(guī)模風(fēng)力發(fā)電接入電網(wǎng)這一過程的安全性不斷提升，發(fā)生任何突發(fā)情況時均可通過調(diào)度最終轉(zhuǎn)危為安；第二，做好對風(fēng)電場運轉(zhuǎn)情況的實時監(jiān)測工作。如在風(fēng)電外送輸電容量優(yōu)化技術(shù)應(yīng)用等方面，究竟能夠產(chǎn)生什么樣的效果，需定期報備。

2.5 加強校企合作，在高新人才培養(yǎng)方面融入更多大規(guī)模風(fēng)電相關(guān)問題

進入互聯(lián)網(wǎng)時代后高校中逐漸誕生了很多新專業(yè)，如互聯(lián)網(wǎng)金融，是指將傳統(tǒng)的金融專業(yè)與互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)相互結(jié)合。而此種現(xiàn)象同樣可出現(xiàn)在風(fēng)力發(fā)電方面。目前我國風(fēng)力發(fā)電企業(yè)及電力運行部門急缺這方面的人才，可通過加強校企合作，在培養(yǎng)高新技術(shù)人才時融入更多與大規(guī)模風(fēng)電相關(guān)的問題。在此種人才培養(yǎng)思想的指導(dǎo)下，人才接受培養(yǎng)時還可滲透數(shù)據(jù)規(guī)范化管理、事故管理、電網(wǎng)綜合調(diào)度管理、城市用電需求綜合管理等內(nèi)容[4]。總之，在人才培養(yǎng)期間，可模擬風(fēng)力發(fā)電、電網(wǎng)檢測運行日常工作中的有關(guān)流程，最終達到助力我國風(fēng)力發(fā)電良好發(fā)展的目的。

3 結(jié)語

風(fēng)力發(fā)電效率受自然因素的影響較大，故即使是相同的風(fēng)力發(fā)電廠，在一年中的不同季節(jié)呈現(xiàn)出的并網(wǎng)出力波動性也存在比較明顯的差異。此外大規(guī)模風(fēng)電接入電網(wǎng)的過程中，依然存在調(diào)頻調(diào)峰難度大、可能影響電網(wǎng)局部運行穩(wěn)定性等問題。只有進一步加強風(fēng)力發(fā)電并入電網(wǎng)的規(guī)劃建設(shè)水平，實現(xiàn)能源結(jié)構(gòu)的優(yōu)化，才能有效解決上述問題。