李伟　杨薏霏

[摘要]吉林省是全国八大千万千瓦级风电基地之一，然而“弃风”问题已经严重影响了风电出力情况，风电资源丰富的优势不能完全发挥。文章主要针对吉林省分析了“弃风”的主要原因，并调研了国内外的相关风电消纳政策，给出了相应的政策建议。并简要介绍了目前吉林省的一些技术及政策的应用现状。通过“十三五”的政策规划，在未来风电能够取得更大的发展。

[关键词]风电消纳；调峰能力；风电预测；风电供暖

[DOI]10.13939/j.cnki.zgse.2018.20.021

随着经济的发展，能源消耗日益增长，化石能源环境污染的问题也越发严重。风电、水电等非化石能源成为近年来发展的重点。截至2017年，我国风电的并网装机总容量1.64亿千瓦，占全部发电装机容量的9.2%。然而由于国内“弃风”现象较为严重，以及能源需求增速减缓，风电的装机容量增速也逐渐减慢。“弃风”现象指的是风电不能完全出力，机组部分或完全关闭的现象。2017年新增并网风电装机容量为1503万千瓦，增速是5年来最低值，增速减缓的大部分是“三北地区”的风电装机量。

根据《吉林省能源发展“十三五”规划》，“十三五”期间吉林省风电新增装机容量应达到105万千瓦，占装机总量的比例应提高到9.5%。解决“弃风”问题将成为“十三五”规划完成的关键。风电消纳的主要困难在于风电出力状况不稳定，波动性很大，且具有反负载的特性。本文将深入研究吉林省的“弃风”现象的产生原因，并结合国内外的风电消纳策略提出改善该现象的方法。

1 吉林省“棄风”原因

吉林省地处平原且受温带季风性气候影响风电资源丰富，主要集中在中西部的松原、白城地区，风速在3～5m/s，有效风能密度120W/㎡。2017年第一季度，吉林省弃风率达到了44%，是国内弃风率最高的省份，“弃风”问题已严重影响到了吉林省以及全国的风能发展。图1为2017年3月至9月吉林省的风电月产量图，可以明显看出风电出力的季节性波动，风电的产量增速在个别月份为负增速。“弃风”问题通常由多种因素引起，综合吉林省现状以及环境特点，主要原因包括以下四点。

第一，系统调峰能力不足。风能出力的波动性和反负载特性决定了大规模接入风电需要电力系统具备很强的调峰能力。风电的输出功率在达到额定功率前是与风速的立方成正比，风速的波动2倍，风电的输出功率波动倍数为8倍。这样导致功率的波动是很难预测的，电网系统的控制就非常困难。如图2所示，系统调峰能力受限时，风电按最大出力能力供电会使得总供电量超过系统负荷，图2（a）系统没有调峰能力，风电在用电低谷时段或风电出力高峰时段被迫“弃风”，图2（b）中系统具有足够调峰能力，风电能够完全出力。

第二，用电需求不足，电力供应量过剩。吉林省是全国八大风电基地之一，风电装机量占总装机量比例已经达到了丹麦、西班牙、德国等风电发达国家的水准。但受限于吉林省地区人口密度低，用电量需求不高。此外，内蒙古自治区、河北省坝上地区两个千万千瓦级风电基地与吉林省距离很近，故风电资源就地或就近消纳压力大。2017年全年吉林省发电总量782.94亿千瓦时，同比增长5.38%，用电量702.98亿千瓦时，同比增长5.3%，需求量增速慢，且供端能力大于受端需求。

第三，冬季供暖影响风电消纳。吉林省冬季供暖持续时间长，与风电资源丰富的时间重合，2016年冬季供暖期东北地区的弃风量占到全年弃风总量的68.97%。截至2017年，吉林省火电机组占到供热机组占火电机组的70%，其中80%以上的是供热机组，供暖期供热机组出力必须维持在一定水平之上，留给风电出力的余量减小，大大影响了冬季风电消纳。

第四，电网的接入能力不足，无法保障风电上网。电网是电能输送的载体，风电资源富集区大多是相对落后区域，电网的相关配套设施建设较为落后，且由于风电的功率具有很大的随机性，因而对电网的总容量要求很高。电网等配套建设滞后时，电场的发电量就无法保证全部上网，会产生“弃风”现象。

2 国内外风电消纳政策

针对以上分析的各种原因，可参考国内外政府提出的相关消纳政策。图3为风电消纳政策狭义上包括针对风电所制定的政策，包括价格补贴和电力调度等；广义上则包括电网的建设及其他辅助服务。

通过调研国内外地区的风电消纳政策，主要措施包括：增强调峰能力、增强就地消纳和跨区消纳能力、加强风电预测技术。

2.1 增强调峰能力

依据《国家电网公司促进新能源发展白皮书》，电网的电源侧要提高电源灵活性，增加抽水蓄能、燃气发电等灵活调节电源，充分发挥火电机组调节能力。国外先进地区的燃油、燃气、抽水蓄能等具备灵活调节能力的机组占比达30%～50%，灵活调节能源增强了系统调峰能力，降低了风电消纳难度。如西班牙原本能源结构为火电与水电为主，随后着重发展了调峰能力强的燃气机组以及抽水蓄能机，提高电力系统的备用率，在2010年灵活能源占比已达到了45.9%，为风电装机量的2倍多，将风电发电量提高到了总用电量16%的水平。

2.2 加强就地消纳能力

通过提升负荷侧需求，可以在风电富集区加强就地消纳，包括推进以电代煤和以电代油，以及风电供暖技术等。2013年国家电网蒙东公司开始探索风电供暖以解决冬季风电消纳的问题，赤峰市林西县和通辽市扎鲁特旗两个风电站每年可节约标煤8152.6吨，将节省一部分火电机组的发电能力用于调峰。

此外可通过负电价引入耗电高的企业，例如在丹麦西部电网、北欧电网、美国的一些电网运营商（NYISO）已经建立了相应的负电价制度，风电消纳不足时，通过制定负电价补贴用电单位将吸引负荷侧增强用电。

2.3 增加跨区消纳能力

“三北”地区的风电预计在2020年60%的需要本地消纳，40%的需要跨区消纳。在欧洲，多个国家的电网相互连通，风电消纳能力得到很大的加强。根据国家的规划，“三北”地区未来将风电输送至中东部地区，进行跨区消纳。

2.4 风电预测技术

准确的风电功率预测可有效地降低系统备用容量要求，充分发挥系统调峰能力。西班牙于2006年建立的可再生能源调度中心通过与风电场互联，并不断监控风电的功率、温度、风速的运行数据，基于预测模型进行功率预测，48小时内预测误差在30%以内，24小时内预测误差在15%以内，借助于此，西班牙的风电消纳水平达到了国际先进水准。

2.5 加强电网建设

风电上网以及跨区消纳都需要电网建设的支持，欧美等发达国家都通过法规来确保电网的建设能够满足发电和配电需求。例如，欧洲输电网运营商联盟每两年更新其《欧洲电网十年发展规划》，对风电的发展布局进行了详细的规划。德国通过制定《可再生能源法》来激励运营商加强和改造电网，通过《加速电网扩展法案》简化了电网建设的相关审批程序，通过《鼓励电网发展管理条例》来激励电网运营商进行建设。建立合理的电网规划是风电消纳的重要举措之一。

3 吉林省消纳技术应用情况

通过近几年的规划与政策研究，吉林省逐步提升风电消纳水平。

首先，加强了电網建设并增加了灵活能源比例。“十三五”期间，吉林省将建设延吉、平安、长岭、甜水、昌盛、吉林等地的500千伏输变电工程，以及中部500千伏电网和双阳500千伏输变电工程。风电地区的上网能力得到加强，风能资源能够有效上网。此外，吉林省还将在未来增强灵活调节能源比重，“十三五”期间，吉林省将在丰满、敦化建设抽水蓄能电站，全省灵活性改造热电联产机组1000万千瓦。

其次，为解决冬季供热对热电机组调峰性能的影响，2013年3月起，国家能源局和吉林省能源局开始试点风电供暖，截至2016年12月，洮南热力站累计用电7892万千瓦时，累计提供清洁热能284112吉焦，电量电费4252万元，85.04%的制热用电量发生在电网用电负荷的低谷时段，充分发挥了风电减少排放的环保优势。

此外，在电网的管理方面，通过发展供热在线监视系统、风电功率预测、智能风电控制等技术，构成了一套吉林电网风电智能调度系统，提升了风电功率预测精度，增强了系统调度能力。2017年，利用新能源智能控制系统，吉林省1～10月份累计多消纳风电1.6亿千瓦时。

4 总结

通过电网建设、增强灵活能源、发展风电供热以及相关的风电控制技术，吉林省针对“弃风”产生的种种原因做出了稳步有效的改善，风电消纳得到了很大提升。在未来仍需要深入研究风电的电价交易机制，例如引入负电价机制，通过发挥市场调节作用引导风电的消纳。依靠吉林省风电资源丰富的优势，必将为社会带来更高的环保和经济价值。