西班牙风电发展的经验与启示

1、 the system peak load regulation,applying wind forecast techniques,establishing the CECRE (Centre of Electric Control and Renewable Energyand enhancing power grid planning and construction,this article gives a brief introduction to the Spanish wind power development,power source structure,and the ch

2、aracteristics of its grids,analyzes the measures taken to improve the wind power accommodation and ensure the stable and safe operation of the power grid,and puts forward relevant suggestions for coordinated development of the wind power and the grids of China.Key words:Spain;wind power;power grid收稿

3、日期:2010-03-01作者简介:周原冰(1971,山东济宁人,高级工程师,主要从事能源信息、能源战略规划等研究。E-mail:zhouyuanbing0引言西班牙是世界上风电发展最快的国家之一,近年来通过采取一系列协调有力的措施,在促进风电大规模发展的同时,保障了电网的安全稳定运行。我国目前正处于风电迅猛发展阶段,西班牙在风电发展方面的一些做法和经验对促进我国风电与电力系统协调发展具有积极的借鉴意义。1西班牙风电发展及电力系统概况1.1西班牙风电的发展西班牙拥有十分丰富的风能资源,据西班牙风能协会(AEE 最新统计,截至2009年底,该国风电装机容量达1826万kW ,占总装机容量的18.

4、5%1。并网风电场已超过500个。20012009年,风电装机容量年均增长23.4%,占装机总量的比重提高了9 2009年,西班牙风力发电量为358亿kW ·h ,占全国总发电量的12.5%,较2001年提高了9.6个百分点。20012009年,风力发电量年均增长23.2%,如图2所示1。2009年12月8日3时59分,瞬时风电出力达到全国电力负荷的53.7%;当日风力发电量高达2.52亿kW ·h ,占当日全国电力消费量的44.9%;当月风力发电量比例也高达22.7%,首次超过核能发电量比例(19.5%3。1.2西班牙电力系统概况1.2.1西班牙电源结构相当大的比重。近年

5、来,随着风电等可再生能源的快速发展,整个电源结构发生了较大变化。在风电所占比重持续上升的同时,油气发电装机容量呈快速增长趋势,油气发电装机比重从2001年的26.8%上升到2009年的31.0%(联合循环燃气机组占24.0%,而煤电装机比重从2001年的21.4%下降到2009年的12.0%,如图3所示。同期,油气发电量比重从20.3%上升到45.2%,煤电比重从30.4%下降至18.2%。1.2.2西班牙电网结构西班牙电网属于欧洲同步电网(UCTE ,2009年全国发电装机容量9850万kW ,发电量2669亿kW ·h ,与法国、葡萄牙和摩洛哥通过6条400kV 输电线路互联1。

6、西班牙电网以400kV 和220kV 为骨干网架,已形成全国联网,并与法国等欧洲4国实现互联。截至2009年底,伊比利亚半岛输电线路回路长度为35074km ,其中400kV 线路18026km ,220kV 及以下线路17048km ,变电容量66259M VA 1。400kV 线路主要分布在北部、中部和东部,基本与大型风电场布局相适应,如图4所示,红线、绿线分别表示400kV 和220kV 输电线路。西班牙目前主要通过5条400kV 输电线路(2个双回路、3个单回路与法国和葡萄牙互联,另有若干220kV 联网线路、1条400kV 海底电缆与摩洛哥互联5。2010年12月,西班牙与法国、葡萄

7、牙和摩洛哥的互联线路最大输送容量分别为60万kW 、150万kW 和90万kW 6。2009年,西班牙净出口电量83.98亿图32001、2009年西班牙电源结构1-210 kW·h,占总发电量的2.9%;从法国进口电量17.66亿kW·h;向葡萄牙、摩洛哥和安道尔出口电量101.64亿kW·h1。1.2.3西班牙发电设备利用率西班牙电力系统备用容量大,发电装机容量与最大用电负荷之比一直处于较高水平,发电设备利用小时数相对偏低。2009年,西班牙总装机容量与最大用电负荷比值为2.211,在世界主要国家中是最高的。特别是在风电大规模发展和优先调度的情况下,其他常规机

8、组配合风电出力,设备利用率明显下降。20012009年,西班牙发电设备平均利用小时数从4205h下降至2915h,减少了1290h。其中,火电和核电的设备利用小时数总体呈显著下降趋势,而风力发电设备利用小时数保持在19002000h(如图5所示1-2。1.3西班牙电价走势西班牙能源自给率较低,煤炭、石油和天然气等发电燃料大量依赖进口。近年来,国际能源价格总体快速震荡上行,导致常规发电成本持续上涨。同时,随着风电在发电结构中的比重不断提高,全社会供电成本随之上升,也需要通过合理的电价水平进行疏导。20012008年,西班牙电价水平持续提高,工业电价和居民电价年均增长率分别达到17.3%和10.4

9、%,如图6所示7。2西班牙促进风电与电力系统协调发展的举措为了促进风电规模化发展,保障电网安全稳定运行,近年来西班牙从风电规划、电源结构优化、电网建设、新技术应用、调度管理等方面采取了一系列措施,在风电比重不断提高的情况下,避免了重大电网事故的发生,电网可靠性保持在较高水平。2.1采用风电溢价机制调动风电企业和电网企业的积极性西班牙1997年实施的电力法规定,风电场图4西班牙风电场分布与高压输电线路4-511 一,每年有一次选择权。固定电价方式:风电电价水平固定,为平均参考销售电价的90%,电网企业须按此价格水平收购风电,超过平均上网价格部分由国家补贴;溢价方式:风电企业需按照电力市场竞争规则

10、与其他电力一样竞价上网,但政府额外为上网风电提供溢价(补贴电价,因此电价水平为“溢价+电力市场竞价”,风电溢价为平均参考销售电价的50%8。西班牙鼓励风电场参与电力市场竞争,2005年之后,由于全球能源价格上涨,西班牙的电力销售价格以及电力上网价格也持续上涨,90%以上的风电企业选择溢价方式。由于给风电和其他电力的上网电价相同,电网企业不会因为风电大规模上网而承担额外的购电成本。西班牙这种风电电价形成机制,既保证了风电企业能够获得合理收益,又减少了电网企业因收购风电带来的经济压力。2.2严格落实风电发展规划西班牙风电发展规划目标明确,且得到了严格执行。2005年,西班牙政府批准了可再生能源规划

11、,确定2010年风电发展目标为装机容量2016万kW,发电量455亿kW·h9。按照2009年11月公布的风电投产计划表,20102013年每年新投产风电装机容量为170万kW,实际情况与规划目标非常接近。2.3大力发展调峰性能良好、运行灵活的机组风力发电的随机性和间歇性特点,决定了电力系统必须具备较好的调峰能力。为了适应风电装机规模和发电量不断提高的需要,西班牙近年来大力发展具有深度调峰能力的燃气机组、油气混合燃料机组,积极推动抽水蓄能机组建设。截至2009年底,具备良好调峰性能的装机达3497万kW,占总装机容量的35.5%,有效提升了电力系统的调峰能力1。2.4建立风电功率预测

12、考核机制,应用先进风力预测技术风力发电受来风情况的影响很大,具备精确的风电功率预测能力是电网接纳大规模风电的必要条件。西班牙电力法规定,风电场必须对其发电量做出预测,并报电网公司。当预测与实际所发电力相差超过20%时,风电场要向电网公司缴纳罚款,相推动下,西班牙在风资源短期预测、风机出力短期预测等领域开展了大量研究,加强历史数据积累,不断完善风电功率预测模型,预测精度明显提升。目前,已经能够将48h内的预测误差控制在30%以内(平均误差不超过20%、24h内的预测误差控制在15%以内(平均误差不超过10%,这些研究在该领域处于世界领先地位10。短期风电功率预测技术已在西班牙风电场和电力系统调度

13、中心得到广泛应用,为大规模风电并网提供了有力支撑。2.5制定严格的风电并网标准,促进风电技术进步西班牙对风电入网不是无条件的宽松和支持,而是充分考虑电网稳定运行对风电的要求,研究制定了严格的风电并网技术标准并强制执行,促使风机制造企业提高技术能力,确保电网在风电大规模接入后保持安全稳定运行。西班牙的风电并网技术标准不仅要求新装风机采用新技术和新控制系统,同时要求风电场必须为老旧风机更换新的控制系统,以满足并网技术要求从而保证风电场继续获得收益。相关标准的施行有效促进了风机制造企业的技术进步,尤其是显著提高了风机控制系统的技术水平,提高了电网对并网风机的管控能力。2.6加强骨干网架建设和跨国联网

14、,提高电网输送能力西班牙风能资源主要集中在北部和南部的沿海区域,相应地,风电场也是以成片开发的大中规模风电场为主,但其电力负荷主要集中在中部的马德里和东部的巴塞罗那地区,大量风电需要跨地区输送。近年来,西班牙在电网建设方面主要以400kV 骨干网架为主。20052009年,新增400kV输电线路1180km,占新增线路的69.6%,变电容量累计增长21.9%。按照规划,2010年和2016年西班牙风电装机将分别达到2000万kW和3000万kW,并网规模将进一步扩大。为此,西班牙计划继续加大高电压等级输电网的建设力度,20092013年投资40亿欧元用于电网建设11,并发布了2016年电网规划

15、方案,如图7所示。在西北部的加利西亚(Galicia至阿斯图里亚斯(Asturias,新建约500km的400kV线路;南部的穆尔西亚(Murcia至安达鲁西亚(Andalucia,新建约650km的400kV线路;中部的曼12 新建约500km 的400kV 输电线路。在加强国内电网建设的同时,西班牙还计划进一步加强与法国、葡萄牙等周边国家的联网建设。2008年,西班牙电网公司(REE与法国电网公司(RTE签署了合作协议,计划在2012年前新建一条西班牙与法国互联的400kV 同塔双回输电线路,最大输送功率为216万kW ,以加强与欧洲大陆电网的联系,实现更大规模的风电送出和消纳13。 2.

16、7成立可再生能源电力控制中心,加强风电实时集中监控力度为了实现最大程度吸纳风电的同时,确保电力系统的安全稳定运行,2006年6月REE 成立了世界上第1个可再生能源电力控制中心(CECRE。CECRE 是国家电力调度控制中心(CECOEL的下属运行部门,专门负责对全国可再生能源发电进行调度控制14。西班牙法律要求风力发电公司必须成立实时控制中心,所有装机容量在1万kW 以上的风电场的实时控制中心必须与CECRE 直接互联。这些控制中心负责每12s 向CECRE 上报有功功率、无功功率、电压、温度、风速等风电场运行数据,并根据CECRE 的调度指令,调节风电出力,在15min 内达到相关要求。为

17、了维持系统稳定,在某些特定情况下,有权切除部分风电或要求风电场降出力运行,如2008年3月4日由于低电压切负荷不得不同时切除50万kW 风电,11月2日负荷很小从而不得不限制风电出力。CECRE 的成立及成功运行,极大地提瞬时风电波动对电网的影响,确保了西班牙电网的安全运行。3对促进我国风电快速健康发展的启示我国风电在未来仍将保持较快发展,风电和其他电源与电网的协调发展政策、机制都是十分关键的问题。随着风电装机和并网规模的快速增长,电力系统的整体成本将上升,电网安全问题趋于复杂15-16。为促进我国风电大规模集中开发和跨区消纳,需要政府、风电开发商、电网企业、其他发电企业共同做出努力17-18

18、。西班牙风电大规模发展的经验对我国主要有以下启示。3.1制定合理的发展规划并严格遵照执行西班牙在欧盟总体目标的框架下制定了本国风电中长期发展规划,明确了每年的装机增长量,并且严格按照规划落实建设项目和配套工程,保障了风电与电力系统的协调发展。建议我国加强全国电力的统一规划,做到全国规划与地方规划的有机统一,风电场与电网规划协调进行。严格落实规划目标,防止风电的无序开发。3.2电源结构和调峰能力影响风电并网和消纳西班牙电力系统备用电源充足,在风电快速发展过程中,大批燃气发电、水电等调峰性能良好、运行灵活的电源是支撑风电迅猛发展和保持电网安全稳定运行的重要基础。我国应结合风电基地布局,统筹规划调峰

19、电源和调节性能良好的发电机组建设,建立完善峰谷电价制度和辅助服务补偿机制。3.3加强骨干网架建设促进风电大规模开发及消纳坚强电网是风电大规模开发和远距离输送的物理载体。西班牙近年来加快400kV 骨干网架及跨国互联线路建设,实施大型风电场送出工程,促进了风电的跨区乃至跨国消纳。我国风电基地主要集中在“三北”地区,就地消纳能力不足,必须建设强大的跨区互联电网,特别是加强送出地的骨干网架建设,提高风电的消纳市场范围。3.4强化风电功率预测管理实现厂(场网协调发展西班牙通过提高风电功率预测水平,建立风电功率预测考核机制等措施,有效保障了厂(场网13专 稿 能 源 技 术 经 济 ingles/ope

20、racion/capacidades.asp. 7 IEA .Energy prices & taxes 2009R. 8 第 22 卷 协调和电网安全。建议我国在风电并网管理办法或 相关细则中明确对风电功率预测的技术及管理要求， 建立风电场功率预测管理制度和奖惩机制，将安装 使用功率预测系统作为强制性规定。进一步完善风 电功率预测模型和软件，提高我国风电功率预测水 平。 西 班 牙 风 电 概 况 及 风 电 定 价 EB/OL. 2010-02-10.http:/www. 9 王志伟.西班牙:新的 可再生能源规划 J.中国建设动态(阳光能 源,2006(3:66-67. 10 西班

21、牙风电缘何成为全球翘楚EB/OL.2010-02-10. http:/www. 11 REE.Annual report 2008(summary document EB/OL.2010-02-10. http:/www.ree.es/ingles/publicaciones/pdf/summary_report_ree 2008.pdf. 12 REE.The Spanish electricity system 2008,preliminary report EB/OL. 2010-02-10.http:/www.ree.es/ingles/sistema_electrico /pdf/i

22、nfosis/ sintesis_REE_2008_eng.pdf. 3.5 提高电力系统对风电的调度水平促进风电并网 在风电装机比例持续增长，电网调度、运行难 度增大的条件下，建议我国各级电力调度机构进一 步加强对风电运行控制和优化调度的研究，借鉴西 班牙在风电场集中监控和可再生能源调度管理中采 用的先进技术和积累的成功经验，加强专业化队伍 建设，提升电力系统对风电的专业化调度水平。 参考文献： 1 REE.The Spanish electricity system 2009,preliminary reportEB/OL. 2010-02-10. http:/www.ree.es/ing

23、les/sistema_electrico/pdf/infosis/ Avance_REE_2009_ingles_v2.pdf. 2 国网能源研究院.世界能源与电力统计手册 2009下R. 2009: 211-221. 3 西班牙风电巩固了其第三大电源地位EB/OL.2010-02-10.http: /www.aeeolica.es/en/. 4 AEE.Wind power 2009 EB/OL. 2010-02-10. http:/www.aeeolica. es/userfiles/file/en/anuario_ingles_09.pdf. 5 西班牙电网图EB/OL.2010-02

24、-10. http:/www.ree.es/ingles/transp orte/pdf/peninsular_transmission_grid_2008_v2.pdf. 6 西班牙电网跨国交换功率EB/OL.2010-02-10.http:/www.ree.es/ 13 西 班 牙 电 网 规 划 与 发 展 EB/OL. 2010-02-10.http:/www.ree. es/ingles/transporte/planificacion_desarrollo_red_transporte.asp. 14 西班牙可再生能源电力调度中心.CECRE EB/OL.2010-02-10. http:/www.ree.es/ingles/operacion/regimen_especial.asp. 15 白建华,辛颂旭,贾德香.我国风电大规模开发面临的规划和运行问 题分析J.电力技术经济,2009,21(2:7-11. 16 魏晓霞.我国风电发展存在的问题和应对措施J.电力技术经济, 2009,21(6:23-26. 17 施鹏飞.关于中国风