相比加州，丹麥的國(guó)家清潔能源政策更加雄心勃勃灭返。丹麥在2011年就已制定目標(biāo)盗迟，在2050年徹底擺脫對(duì)化石燃料的依賴(lài)。根據(jù)丹麥能源組織DanskEnergi的數(shù)據(jù)熙含，丹麥2018年風(fēng)能發(fā)電量已經(jīng)占全國(guó)電力消費(fèi)總量的40.8%罚缕。
在歐美國(guó)家清潔能源發(fā)展大踏步前進(jìn)的同時(shí)，中國(guó)近幾年風(fēng)電和光伏的發(fā)展其實(shí)也非常迅猛怎静，但對(duì)新能源電力并網(wǎng)能否達(dá)到歐洲那么高的比例邮弹，我們自上而下的信心仍然嚴(yán)重不足。
盡管已經(jīng)大力發(fā)展了幾十年祟背，但仍然存在一個(gè)十分普遍的觀點(diǎn)沸芍，風(fēng)力發(fā)電具有“間歇性”、“波動(dòng)性”歇拦，不如火電“穩(wěn)定”累变，因此不是安全的電力供應(yīng)。甚至還有人認(rèn)為漠阻，減少燃煤發(fā)電且大力發(fā)展新能源和分布式能源供應(yīng)转傍，會(huì)進(jìn)一步加劇電網(wǎng)的不穩(wěn)定性层褥，從而降低電網(wǎng)投入的積極性哮怯，最終影響城市民眾的用電安全糜实。我國(guó)“三北”地區(qū)近年來(lái)不太合理的高比例“棄風(fēng)限電”現(xiàn)象，也被誤讀為是因?yàn)轱L(fēng)電光伏的“間歇性”和“波動(dòng)性”無(wú)法滿足城市用電的發(fā)展需求而造成的危漱。
然而實(shí)際情況并非如此错这。
作為風(fēng)電從業(yè)人士，筆者根據(jù)國(guó)內(nèi)外研究成果赐匕，嘗試對(duì)幾個(gè)容易引起誤解的基本問(wèn)題做些解答妄午，希望用事實(shí)還原風(fēng)電的真正面貌，幫助消除社會(huì)上對(duì)風(fēng)電的一些誤解背零。
風(fēng)機(jī)良好的布局腰吟，可以有效地平滑其出力，具有高至60%甚至更高的保證容量徙瓶。
很多人看到路邊建好的風(fēng)機(jī)沒(méi)轉(zhuǎn)起來(lái)毛雇，就懷疑風(fēng)電的是否因?yàn)椴环€(wěn)定而被棄用。還有人覺(jué)得無(wú)風(fēng)的天氣侦镇、風(fēng)機(jī)不轉(zhuǎn)灵疮，靠風(fēng)力發(fā)電的地區(qū)是不是就徹底停電了?
這些樸素的擔(dān)心不是沒(méi)有道理，但從風(fēng)電技術(shù)角度看壳繁，我們需要討論一下所謂“風(fēng)電波動(dòng)性和間歇性”的影響到底有沒(méi)有那么大震捣。
實(shí)際上，電力系統(tǒng)中的風(fēng)電不能割裂開(kāi)來(lái)分析闹炉，應(yīng)將其視作一個(gè)整體蒿赢。也就是說(shuō)，我們不能獨(dú)立于電力系統(tǒng)其他部分來(lái)分析風(fēng)電到底是不是穩(wěn)定可靠渣触。
也許我們看到的是某一臺(tái)風(fēng)機(jī)停了诉植，或一個(gè)風(fēng)電場(chǎng)都停了。但從整體看楞虾，風(fēng)能資源所能發(fā)出的電放到整個(gè)電力系統(tǒng)中蘑砖，它并沒(méi)有全部停止。隨著并網(wǎng)風(fēng)電機(jī)組的增多引宙，風(fēng)電在電網(wǎng)中的變化就會(huì)越來(lái)越小永僚。對(duì)于整體的電力供應(yīng)而言，除非發(fā)生所謂的“風(fēng)電機(jī)組連鎖脫網(wǎng)事故”夸莱，某臺(tái)風(fēng)電機(jī)組或某個(gè)風(fēng)電場(chǎng)的風(fēng)停了不會(huì)產(chǎn)生很大的影響伙二，這就好比涓涓細(xì)流匯入汪洋大海，不會(huì)激起一絲漣漪恤柴。
分布在更廣泛區(qū)域內(nèi)的風(fēng)電機(jī)組崔三，對(duì)付突發(fā)和極端事件也更容易一些。比如極端臺(tái)風(fēng)天氣需要停機(jī)扯蕾，這時(shí)可以調(diào)動(dòng)更大區(qū)域的風(fēng)電場(chǎng)來(lái)應(yīng)對(duì)這一挑戰(zhàn)软旁。
臺(tái)風(fēng)來(lái)襲的時(shí)候珊煌，單臺(tái)風(fēng)機(jī)必須立即停機(jī)，從“滿發(fā)”(即滿功率發(fā)電)的狀態(tài)直接降到零出力扛肩。但更大范圍內(nèi)的風(fēng)電機(jī)組刻撒，不會(huì)立即全部停機(jī)，而是隨著臺(tái)風(fēng)的進(jìn)展耿导，利用大風(fēng)天氣條件声怔，加緊“滿發(fā)”再逐漸停機(jī)，反而能搶到更多發(fā)電量舱呻。理論上醋火，隨著風(fēng)電場(chǎng)裝機(jī)容量的增加以及空間分布區(qū)域的增大，風(fēng)電功率的相對(duì)波動(dòng)也會(huì)變得越來(lái)越平緩箱吕，具有明顯的“平滑”效應(yīng)胎撇。
圖：?jiǎn)螆?chǎng)、地區(qū)殖氏、全省風(fēng)電匯聚效應(yīng)曲線對(duì)比
上圖分別是我國(guó)東北地區(qū)某省風(fēng)電的單場(chǎng)晚树、地區(qū)、全省的匯聚效應(yīng)曲線雅采。全省的匯聚效應(yīng)曲線是三者之中最平滑的爵憎，并且全年中都處于發(fā)電狀態(tài)。也就是說(shuō)婚瓜，即使是波動(dòng)性電源宝鼓，其保證容量也是顯著的大于零的，甚至高至60%以上拖见。
一句話概括乾爆，與“風(fēng)電不可靠，根本無(wú)法大規(guī)模并網(wǎng)應(yīng)用;并網(wǎng)容量越多滓莱，越會(huì)威脅到整個(gè)電力系統(tǒng)的安全”這個(gè)誤導(dǎo)性說(shuō)法相反的事實(shí)是：更大規(guī)模舆伺、布局良好的風(fēng)電，會(huì)更大程度上保障該區(qū)域供電穩(wěn)定咏哈。
“不穩(wěn)定”是整個(gè)電力系統(tǒng)的常態(tài)阀洛，電網(wǎng)的功能與角色在提供平衡服務(wù)
首先要建立的觀念是：電力系統(tǒng)，包括供電和用電萄罐，其本質(zhì)上是高度不穩(wěn)定的调拳，天然受到大量計(jì)劃和非計(jì)劃因素的影響。
在用電側(cè)吧玉，由于天氣杀肩、自然災(zāi)害、事故等原因會(huì)造成用電量的突然變化，導(dǎo)致某一地區(qū)用電負(fù)荷不同時(shí)間尺度內(nèi)的不穩(wěn)定洞难。例如舆吮，夏天極端高溫或冬天突發(fā)寒潮，會(huì)造成數(shù)百萬(wàn)人同時(shí)打開(kāi)電力設(shè)備來(lái)制冷或取暖廊营，對(duì)電的需求就會(huì)突增歪泳。開(kāi)燈或者關(guān)燈萝勤，生產(chǎn)線的啟停機(jī)露筒，都會(huì)對(duì)用電量帶來(lái)波動(dòng)性影響。
而就供電側(cè)而言敌卓，所有的電源都可能發(fā)生波動(dòng)慎式，沒(méi)有哪一種電站或供電類(lèi)型是完全穩(wěn)定的，所有的系統(tǒng)也都可能在某一點(diǎn)發(fā)生故障趟径。比如傳統(tǒng)大型電廠為了滿足電網(wǎng)調(diào)度的要求或計(jì)劃停機(jī)等瘪吏，這都會(huì)造成瞬間輸出波動(dòng)。
有數(shù)據(jù)顯示蜗巧，火電廠非計(jì)劃停運(yùn)造成的損失平均占其發(fā)電量的6%掌眠。一個(gè)火電廠或核電站輸出的波動(dòng)，往往瞬間發(fā)生幕屹，去掉的容量高達(dá)上千兆瓦孤批，這才是真正的間歇現(xiàn)象，系統(tǒng)不得不立即做出響應(yīng)触良。
瞬間波動(dòng)導(dǎo)致整個(gè)電力系統(tǒng)崩潰的事故也屢見(jiàn)不鮮谒绍。例如2003年波及北美8個(gè)洲以及加拿大安大略省的、有史以來(lái)北美最大范圍的停電颓腮，其起因就是俄亥俄州的一家電力公司沒(méi)有及時(shí)修剪樹(shù)木底悍，觸到高壓電纜造成短路。這就是一家發(fā)電廠下線產(chǎn)生的多米諾骨牌效應(yīng)谭某。
既然傳統(tǒng)火電蜡瓜、水電和核電的供電和用電都可能隨時(shí)發(fā)生變化，只單純地說(shuō)風(fēng)電的“波動(dòng)性”可能造成電網(wǎng)的“不穩(wěn)定”接竣，就既不準(zhǔn)確歇懂、也有失公平。他們之間只存在程度的區(qū)別耐陵，而不是性質(zhì)的區(qū)別晃尖。作為從業(yè)者，我們應(yīng)該做的是更多考慮如何預(yù)測(cè)俏蛮、管理和改善這種電力系統(tǒng)天然的不穩(wěn)定性撑蚌，并采用合適的工具來(lái)提高可靠性與效率。
很顯然，從局部或一段時(shí)間看争涌，風(fēng)電是有變化的粉楚，但這種變化一般可以通過(guò)數(shù)值天氣預(yù)報(bào)模型和數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)等多種方法來(lái)進(jìn)行預(yù)報(bào)。從系統(tǒng)的平衡來(lái)講亮垫，波動(dòng)完全不是問(wèn)題模软，那些不可預(yù)計(jì)的波動(dòng)(也就是出力偏差)才是問(wèn)題。丹麥饮潦、西班牙等國(guó)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了風(fēng)電輸出功率的日前與日內(nèi)滾動(dòng)預(yù)測(cè)燃异，準(zhǔn)確率超過(guò)90%。
其實(shí)继蜡，我國(guó)風(fēng)電的運(yùn)行管理水平與這些國(guó)家的差距已經(jīng)非常接近回俐，隨著智能運(yùn)維水平和預(yù)測(cè)準(zhǔn)確率的提升，風(fēng)電的出力預(yù)測(cè)已經(jīng)可以滿足電網(wǎng)調(diào)度的需要稀并，主要的問(wèn)題是電網(wǎng)如何改變調(diào)度策略仅颇。
圖：2013 年風(fēng)電發(fā)電量時(shí)段統(tǒng)計(jì)曲線
德國(guó)能源轉(zhuǎn)型10年的經(jīng)驗(yàn)證明，風(fēng)電并不會(huì)影響用電安全
可預(yù)測(cè)的風(fēng)電變化梗力，相對(duì)于傳統(tǒng)電力系統(tǒng)瘦肥，并沒(méi)有導(dǎo)致電力系統(tǒng)更不可靠。筆者試著引用德國(guó)風(fēng)電“間歇性”與持續(xù)中斷時(shí)間關(guān)系的一個(gè)數(shù)據(jù)筷品，來(lái)印證上述觀點(diǎn)挟伯。
基于國(guó)際“系統(tǒng)平均中斷持續(xù)時(shí)間指數(shù)”(下文簡(jiǎn)稱(chēng)SAIDI)，德國(guó)聯(lián)邦網(wǎng)絡(luò)局(BNetzA)的數(shù)據(jù)顯示哀擒，2006年到2017年棵辟，德國(guó)可再生電力生產(chǎn)的份額從11.3%上升到了33.1%，主要來(lái)自風(fēng)能和太陽(yáng)能發(fā)電站等“波動(dòng)來(lái)源”;而每年每位消費(fèi)者平均停電時(shí)間從超過(guò)20分鐘讳董，降低到只有15分鐘(2016年為13分鐘)見(jiàn)下圖渗蚁。
根據(jù)歐洲能源監(jiān)管委員會(huì)(CEER)的數(shù)據(jù)，德國(guó)的電力供應(yīng)安全是歐洲最好的豺章。在CEER 2018報(bào)告對(duì)2016年數(shù)據(jù)的比較中尖洞，德國(guó)的SAIDI得分(包括特殊中斷)13.3分鐘在歐盟排名第二，略低于瑞士的9分鐘搅厕。新能源電力的增加煞秤，對(duì)電力供應(yīng)的安全幾乎沒(méi)有影響，甚至更好吉捶。
上述事實(shí)表明夺鲜，單純?cè)u(píng)價(jià)電源的波動(dòng)性本質(zhì)上是沒(méi)有任何意義的，因?yàn)樗械碾娫炊际遣▌?dòng)的呐舔，都要在電網(wǎng)中實(shí)現(xiàn)平衡币励。歐洲風(fēng)能協(xié)會(huì)出版的《歐洲大規(guī)模風(fēng)電并網(wǎng)研究報(bào)告》顯示慷蠕，在風(fēng)電作為供電主力的電力系統(tǒng)中，公認(rèn)的看法是在既有的電網(wǎng)框架與運(yùn)行規(guī)則下食呻，風(fēng)能可以滿足大型電網(wǎng)電力需求的20%甚至更高流炕，而不會(huì)造成嚴(yán)重的技術(shù)或?qū)嶋H問(wèn)題。事實(shí)上仅胞，2018年丹麥電網(wǎng)中的風(fēng)電比例已經(jīng)超過(guò)40%每辟。
全球范圍內(nèi)，對(duì)風(fēng)電與電力系統(tǒng)的理解也是在不斷更新的干旧。早在15年前渠欺，歐盟委員會(huì)提出風(fēng)電面臨的主要挑戰(zhàn)之一就是如何有效地大量并入歐洲電力系統(tǒng)中。當(dāng)時(shí)有很多觀點(diǎn)認(rèn)為風(fēng)電不穩(wěn)定莱革，無(wú)法大規(guī)模并網(wǎng)掂篷，而這些疑慮在如今已不復(fù)存在焊握。7年前揣洁，中國(guó)可再生能源學(xué)會(huì)風(fēng)能專(zhuān)業(yè)委員會(huì)全文翻譯發(fā)表了美國(guó)國(guó)家可再生能源實(shí)驗(yàn)室(NREL)撰寫(xiě)的《破解風(fēng)電迷思》引發(fā)了風(fēng)電行業(yè)對(duì)風(fēng)電能否順利并網(wǎng)，如何控制波動(dòng)性等問(wèn)題的討論园赴。
7年后的今天铭轩，我們?cè)俅螄L試解釋這個(gè)問(wèn)題，希望無(wú)論在行業(yè)內(nèi)外宴凌，能有更多人更充分地了解風(fēng)電這種清潔能源薯摩，不讓“間歇性”和“波動(dòng)性”這樣的“標(biāo)簽”導(dǎo)致對(duì)“波動(dòng)性能源會(huì)導(dǎo)致突然斷電”的無(wú)謂擔(dān)心;也不能把“棄風(fēng)棄光”這些實(shí)質(zhì)上由于體制約束和利益格局沖突導(dǎo)致的復(fù)雜問(wèn)題，歸因?yàn)?ldquo;客觀的技術(shù)挑戰(zhàn)”凉灯。
相反地猪破，作為風(fēng)電從業(yè)者，筆者期待看到從決策者到從業(yè)者玻啡，可以更多地從政策和經(jīng)濟(jì)層面減少各項(xiàng)非技術(shù)障礙滓乡，進(jìn)一步提升電力系統(tǒng)中的風(fēng)電比例，讓清潔低碳的可再生能源在能源轉(zhuǎn)型捌轮、減緩氣候變化和保護(hù)環(huán)境方面發(fā)揮更大作用咆下。
