风电消纳关键问题及应对措施分析

朱黎

【摘 要】针对大规模风电接入电网给电网安全运行带来的新问题和新挑战，在分析中国风电发展特点的基础上，从系统调节能力、电网输电能力、风电技术性能、风电调度运行水平等角度论述了影响风电消纳的关键因素。并根据中国特点，从加强调峰电源和跨区电网建设、突破风电并网运行关键技术、建立完善风电发展的配套政策措施等角度，提出了促进中国风电消纳的应对措施。

【关键词】风电消纳；关键问题；应对措施

风能资源是清洁的可再生能源，风力发电是目前新能源发电中技术最成熟、最具规模化开发条件和商业化发展前景的发电方式之一。积极开发利用风电，对增加中国能源供应、调整能源结构、减少环境污染、应对气候变化、实现可持续发展等具有重要意义[1]。随着风电在电源结构中的比例不断增大，其对电力系统安全稳定运行的影响日益显著。部分地区风电发展与系统安全运行的矛盾逐步显现，弃风现象不断出现，风电消纳已经成为影响中国风电健康发展的关键问题。本文在分析了影响风电消纳的关键因素基础上，提出了促进风电有效消纳的措施和建议。

一、影响风电消纳的主要因素

风电消纳是当前风电快速发展过程中需要解决的主要问题，影响风电消纳的因素可归为2个方面。一是消纳能力方面，决定一个地区风电消纳能力的主要因素包括系统调节能力、电网输电能力等；二是消纳水平方面，主要包括风电并网技术性能、风电调度运行水平等，这些因素决定了在现有客观条件下，能否实现风电的最大化消纳[2]。

1.系统调节能力

风能具有间歇性、波动性、随机性的特点。此外，从风电的年出力特性看，中国大部分地区的风电年出力呈现春季、冬季较大，夏季、秋季较小的特点；而从日出力特性看，中国风电出力多数是在白天负荷高峰时段较小，后半夜负荷低谷时段较大，呈现明显的反调峰特性。风电的大规模接入给电力系统的调频调峰带来了严峻的挑战[3]。因此，良好的电源结构和充足的备用容量是风电消纳的基础，风电开发客观上需要一定规模的灵活调节电源与之相匹配。

2.电网输电能力

风电的随机性和间歇性特点使得大规模风电并网后，系统对备用容量的需求大幅增加。通过提高电网输电能力，可以扩大风电平衡区域范围，充分利用系统备用容量，并可根据不同地区负荷峰谷的时间差消除风电出力波动性对系统的影响，提高风电并网消纳规模。

3.风电并网技术性能

中国风电发展起步相对较晚，也没有强制性的风电并网技术标准。大部分设备制造企业依靠引进国外设计图纸生产组装风电机组，自主研发能力不足，已并网的风电机组大部分不具备有功、无功调节能和低电压穿越能力，风电场自动化水平较低，给电力系统的安全稳定带来了隐患。

4.风电调度运行水平

做好风电的调度管理，合理安排系统中其他电源的运行模式，是实现风电电量最大化消纳的关键。而建立完善的风电运行监测体系和风电功率预测预报机制，是实现风电优化调度的前提条件。从技术角度而言，目前中国的风电功率预测已取得了显著成绩。基于数值天气预报的数据，采用物理方法、统计方法和物理与统计相结合的风电功率预测技术研究已取得了阶段性成果。中国电力科学研究院、国网电力科学研究院均推出了商业化运行的风电预测预报产品，预测精度已经接近国外先进水平。但从功率预测系统覆盖范围的角度而言，中国则与国外风电发达国家存在明显差距。一般地，电网调度部门和风电场端都应该安装满足精度要求的风电功率预测系统，中国风资源丰富的省级电网均安装了风电功率预测系统，可根据预测信息进行一定程度上的优化调度。但绝大多数风电场还没有配置风电功率预测系统，也不具备风电发电计划上报和执行功能，不利于系统的优化调度，也影响了风电的最大化消纳。

二、风电消纳关键问题的应对措施

1.加强跨区电网和调峰电源建设力度

系统调节能力和电网输电能力是影响风电消纳能力的最主要因素。为满足风电规模化发展需要，迫切需要加强调峰电源的建设。中国贫油少气，建设抽水蓄能电站是发展调峰电源的现实选择。东北、华北、西北等地区风电消纳能力不足，迫切需要加强跨区电网建设，扩大风电消纳范围，将“三北”地区风电输送至中东部负荷中心，充分发挥不同地区移峰错峰，水、火、风互济的效应，实现风电的有效消纳。

2.大力突破风电并网调度运行关键技术

风电并网的运行调度技术水平是影响风电有效消纳的关键因素。为保证中国风电大规模接入电网后电力系统安全稳定运行，提高风电利用水平，应加强风电场功率预测、风电场监控、风电机组/风电场有功和无功控制、风电机组故障穿越等关键技术的研究和推广应用。

第一，风电场功率预测，应着重研究风电功率预测模型，建立高精度数值天气预报生产系统，结合短期、超短期等多个时间尺度的功率预测结果，提高风电功率预测精度。同时，加强风电场的功率预测系统建设，提高风电功率预测的覆盖率。建立风电发电计划的上报和执行等制度，做好风电的优化调度。

第二，风电场监控，根据相关标准和规范的要求，加强对风电场运行数据的全方位监测，督促风电场建立和完善其监控系统，开展与调度控制系统的互联接入技术研究，为电网调度部门调度和控制风电场提供支撑。

第三，风电机组/风电场有功控制，应着重开展风电机组有功功率在线调节技术研究，并结合风电功率预测信息开展风电场有功优化控制技术研究，从风电机组和风电场2个层面实现风电的有功控制。

第四，风电机组/风电场无功控制，应着重研究风电场对电网的无功支撑能力，在此基础上，充分利用风电场内的各种无功源，寻求合理有效的协调优化调控策略，实现风电场的无功优化控制。同时，从千万千瓦级风电基地角度研究电压无功补偿和控制的系统解决方案，增强风电基地的电压稳定性。

3.完善风电发展的政策措施

风电发展配套政策，包括技术方面的标准规范和经济层面的补偿机制，是目前制约中国风电最大化消纳的重要因素之一。

第一，建设并完善风电设备、并网、检测、调度管理等方面的标准规范体系，规范风电的设备制造、并网接入、调度运行，引导风电技术和管理水平的提升。

第二，建立风电配套输变电工程、跨区交易和调节的补偿机制，提高电网企业建设配套接入工程的积极性，鼓励负荷中心消纳区外风电，并对常规电源以及为风电调峰提供合理的补偿。

第三，制定合理的电价政策，在发电侧和用电侧均建立峰谷电价甚至分时电价，加强需求侧管理，一方面鼓励常规电厂在低谷时刻主动为风电腾出空间，另一方面也是调节用户的用电习惯，鼓励使用低谷电力，从而促进风电的消纳。

三、结论

综上所示，本文针对大规模风电接入電网给电网安全运行带来的新问题和新挑战，从系统调节能力、电网输电能力、风电技术性能、风电调度运行水平等角度论述了影响风电消纳的关键因素。并根据中国特点，从加强调峰电源和跨区电网建设、突破风电并网运行关键技术、建立完善风电发展的配套政策措施等角度，提出了促进中国风电消纳的应对措施。

【参考文献】

[1] 魏晓霞.中国大规模风电接入电网面临的挑战[J].中国能源，2015（2）：19-22.

[2]黄怡，张义斌，孙强，等.适应中国风电高速发展的举措建议[J].能源技术经济，2017，22（3）：18-21.

[3]尹明，王成山，葛旭波.风电网经济技术评价研究综述[J].电力系统及其自动化学报，2014，22（5）：103-108.