我国东北地区风电并网难的原因及解决措施

我国东北地区风电并网难的原因及解决措施

大规模风力消费一直是世界难题。世界上能源发展水平较高的国家往往会有不同程度的“放弃”。我国由于风能资源分布与负荷中心不匹配,特别是在“三北”风能资源丰富区,风电出力受电力市场、输电通道及系统调度运行等条件制约,“弃风”限电问题日益突出,影响了风电产业的持续健康快速发展。笔者通过多年来掌握的全国风电场项目翔实的建设和运行数据,分析了东北地区“弃风”限电现象最严重的吉林省和蒙东地区2012年的风电场“弃风”限电情况及原因,为探索解决全国风电并网消纳难题提供依据和数据支持。1“弃风”限电损失随着我国风电装机快速增长,2012年部分地区“弃风”限电现象严重,全国“弃风”电量208亿kW·h,东北地区“弃风”限电电量95亿kW·h,占了全国总“弃风”限电电量的45%,是全国最为严重的区域。其中,蒙东地区“弃风”限电损失电量52.36亿kW·h,“弃风”限电比例超过了34%,吉林省“弃风”损失电量20.32亿kW·h,“弃风”限电比例也超过了30%,其等效年利用小时数更是下降到1400h左右,极大地浪费了清洁能源,降低了投资效益。2013年上半年,我国“弃风”现象较去年同期有所减轻,下降约两个百分点,平均“弃风”限电比例为10%,但形势仍然严峻。由于内蒙古东部地区和吉林省每年均是东北乃至全国“弃风”限电最为严重地区,又是千万千瓦级风电基地所在,解决好上述两地区的“弃风”限电问题在应对我国风电“弃风”限电严峻形势战略中具有重要代表性。2“流离失所有条件”的基本情况和分析2.1风电场“弃风”限电现象严重蒙古东部地区包括内蒙古自治区的赤峰市、通辽市、兴安盟、呼伦贝尔市和满州里市4市1盟,风能资源丰富区主要分布在兴安盟科右中旗东北部和突泉县东南部,赤峰市克什克腾旗东北部和巴林左旗北部,风能资源较丰富区主要分布在赤峰市北部地区、通辽市扎鲁特旗西北部等地区。2012年内蒙古东部地区风电年“弃风率”达34%,高出全国平均水平17个百分点,“弃风”限电比例居全国第一。该区域风电累计并网容量703万kW,其中将近80%的风电装机集中在赤峰市和通辽市。根据笔者多年来对蒙东区域风电场数据进行统计和分析的经验,总结出2012年蒙东地区不同盟市风电场年利用小时数和“弃风”限电比例,见表1。由表1可以看出,2012年蒙东地区各盟(市)均存在较为严重的“弃风”限电现象,大部分地区“弃风”率均超过了30%。究其原因,主要有以下两点。1)内蒙古自治区风电出力高峰普遍在冬季,恰恰是当地供暖供热紧张时期,而内蒙古抽水蓄能、燃气电站等灵活调节电源比重不足,在冬季几乎没有调峰能力,不可避免将大量煤电换下风电,以便发电时同时供暖。同时,由于全区电网调峰责任主体的划分不清晰,更加制约了电网消纳风电的能力。2)自治区内用电负荷小,电源装机容量大,由于本身火电发电量已经富裕,再加上风力发电,无疑给内蒙古地区的电量富裕现象又雪上加霜。尤其蒙东地区,外送通道建设迟缓,区域本身市场消纳能力有限,需要加快配套电网建设进度。3)风电场运行管理水平参差不齐,在相同资源条件下的不同风电场“弃风”限电比例也相差较大。以通辽市科尔沁左翼中旗的两个风电场项目为例,科左中旗代力吉敖日木49.5MW风电项目与科左中旗国华后四井风电场49.5MW风电项目均于2010年下半年投产,但是二者在2012年的弃风损失电量差距约2900万kW·h,“弃风”限电比例差一倍。2.2充放电系统“弃风”现状吉林省可规模化和集中开发风电的区域主要集中在吉林省西部,是吉林省千万千瓦级风电基地开发的主要地区,其中以大安海坨、大安新平安、洮南向龙以及通榆太平山风能资源相对最好;中东部少数山脊和台地风能资源也相对较为丰富,可适度开发的风电场场址主要分布在长春市、吉林市和延边自治州。2012年吉林省风电并网容量达到330万kW,所有并网风电场项目全部集中在吉林西部地区,其中,白城市并网装机235万kW,占到吉林省装机容量的71%;松原市并网装机55万kW,占吉林省装机容量的17%;四平市并网装机40万kW,占吉林省装机容量的12%。长春、辽源、延边自治州等中东部地区虽有已核准风电项目,但均未并网。2012年吉林省风电年利用小时数为全国最低,仅1420h,约1/3的电量被弃掉。其中,双辽、镇赉、通榆地区有少数风电场年等效利用小时数不到1300h,限电情况比较严重,具体情况见表2。2012年吉林省“弃风”电量20.3亿kW·h,年“弃风”率32%,高出全国平均水平15个百分点,是我国“弃风”限电最严重的地区之一。其中,以白城市和四平市“弃风”现象最为严重,弃风率分别达到33%和36%。究其原因,主要有以下三点。1)吉林省风电装机集中在白城、四平及松原等西部地区,该区域用电负荷小,电源装机容量大,长期以来电力供大于求,需要建设电力外送通道。2)电网调峰能力有限。吉林省目前没有抽水蓄能电站,省内电源结构中热电联产机组比重大,约占火电机组的76%,装机规模是冬季最小负荷的2.5倍,系统调峰容量无法满足电网需求。在吉林省内用电负荷小、系统调峰容量低的情况下,风电装机容量的快速增长,使得被迫“弃风”现象越来越多。3)吉林省风电出力特性(春秋季出力大、夏冬季出力小,白天出力较小、晚上出力较大)与省用电负荷变化有较为明显的反调峰特性,为保证电网的稳定运行,在常规电源正常参与调峰的情况下,特别是冬季供暖期,“弃风”限电最为严重。3加快电网间联络线建设,挖掘目前国内电网的调峰能力内蒙古东部地区和吉林省的“弃风”限电现象是我国东北地区“弃风”限电现象的缩影,本文所研究的对策基本适用于东北地区“弃风”限电现象严重的区域。针对电力水平供大于求、当地无法消纳的情况,应加强风电场规划,加快省内、省网以及区域电网之间的联络线建设,优化和同步建设风电场接入及汇集站工程,适时启动建设特高压直流外送通道,并以适当比例打捆外送“三北”地区的风光水火电。同时,可以在风电基地和外送通道周边建设配套高载能负荷,以进一步挖掘消纳潜力。针对灵活调节电源比重不足、电源调峰能力有限情况,应进一步挖掘火电的调峰能力,加大抽水蓄能、燃气电站等调峰电源的建设,考虑风电机组供热替代部分热电联产机组供热的模式,在电力系统中引入大容量储能装置,提高电力系统运行的经济性,提高电网接纳风电的能力。针对风电场运行管理水平不高的现状,应加强风电功率预测预报系统建设,减少上报调度的风电出力预报数据误差,加强风电场安全管理和风电场二次系统管理,提高相关运行维护、检修人员专业技能,提高风电机组运行的可靠性等。4提高电网消纳能力目前,以体制机制创新和以价格市场化为核心的电力体制改革仍然滞后,并网难是当前风力发电快速发展的最大瓶颈。风电并网、传输和消纳工作尚未统筹协调,限电情况在“三北”尤其是东北地区较为突出。通过加强省内、省网以及区域电网之间的联络线建设,同步建设风电场接入及汇集站工程,建设特高压直流外送通道等可以提高当地风电消纳能力;通过加大抽水蓄能、燃气电站等调峰电源的建设,可以提高电网接纳风电的能力;通过提高风电场的运行管理水平,可以提升发电效率,增加投资收益,降低“弃风”限电损失电量。上述措施虽然在短期内能解决“弃风”现象,