吉林省風(fēng)能資源利用現(xiàn)狀及棄風(fēng)解決方案探討

王彧杲

（長春水利電力學(xué)校，長春130012）

1 吉林省風(fēng)能資源概況

吉林省位于東亞大陸中部的中高緯度地區(qū)，風(fēng)力資源較為豐富。在全國風(fēng)資源總量排名中位列第5，其中，白城、松原和四平等地區(qū)，地勢(shì)平坦開闊，地貌以退化草場(chǎng)和鹽堿地為主，大片地區(qū)風(fēng)功率密度達(dá)到4級(jí)以上，是吉林省風(fēng)電開發(fā)的重點(diǎn)地區(qū)。

根據(jù)中國氣象局第四次風(fēng)能資源調(diào)查結(jié)果［1］：吉林省潛在開發(fā)量約2億kW，可裝機(jī)容量約為5 400萬kW，其中西部地區(qū)潛在開發(fā)量約1.25億kW，可裝機(jī)容量約為4 400萬kW。東部地區(qū)潛在開發(fā)量約為0.75億kW，可裝機(jī)容量約為1 000萬kW。

與其他地區(qū)相比，吉林省風(fēng)能資源的主要特點(diǎn)是：

1）年有效風(fēng)速時(shí)間長，風(fēng)能可利用程度高。大部分地區(qū)70m高度年有效風(fēng)速利用小時(shí)在7 800h左右，部分地區(qū)達(dá)到8 000h以上，全年可發(fā)電小時(shí)數(shù)相對(duì)較高。

2）風(fēng)速穩(wěn)定，極端最大風(fēng)速小，破壞性風(fēng)速少，風(fēng)速頻率分布好。風(fēng)速主要集中在4.0～9.0m／s，風(fēng)能集中在6.0～15.0m／s，風(fēng)速風(fēng)能分布比較集中。50a一遇最大風(fēng)速小于37.5m／s。

3）風(fēng)切變大，隨著輪轂調(diào)度的提高，風(fēng)速明顯提升，高輪轂大容量機(jī)組的投資效益可顯著提高，因此，適合大規(guī)模發(fā)展大容量機(jī)組。

4）風(fēng)向分布相對(duì)較分散，風(fēng)機(jī)適宜采用梅花形布置。

2 吉林省風(fēng)能資源利用現(xiàn)狀

2.1 吉林省風(fēng)能資源建設(shè)情況

吉林省是全國風(fēng)電開發(fā)較早的省份之一，1999年，吉林省第一座風(fēng)電場(chǎng)——通榆同發(fā)風(fēng)電場(chǎng)建成投產(chǎn)。2005年，國家發(fā)改委正式批準(zhǔn)全國最大的通榆40萬kW風(fēng)電特許權(quán)項(xiàng)目開工建設(shè)。隨著風(fēng)電的快速發(fā)展，吉林省風(fēng)電裝機(jī)容量由7.9萬kW增長至383.58萬kW，風(fēng)電已成為吉林省直調(diào)的第二大電源。

2009年—2013年是吉林省風(fēng)電建設(shè)快速發(fā)展的階段，風(fēng)電占直調(diào)裝機(jī)容量的比例由2009年的11.74%上升到2013年的19.4%。與此同時(shí)，風(fēng)電占全省裝機(jī)容量的比例由2009年的7.87%上升到2013年的20.49%。

即便如此，吉林省風(fēng)電裝機(jī)容量與預(yù)期規(guī)劃的1 011.5萬kW相差甚遠(yuǎn)。從最近幾年國內(nèi)各省份風(fēng)電裝機(jī)規(guī)模統(tǒng)計(jì)來看，吉林省風(fēng)電發(fā)展速度比其他省份要慢。在“十二五”期間，吉林省風(fēng)電裝機(jī)規(guī)模由2011年第6位下滑到2013年第9位，預(yù)計(jì)2015年排名還將繼續(xù)下滑。

2.2 吉林省風(fēng)能資源發(fā)電特征

吉林省風(fēng)電典型日出力曲線如圖1所示，其發(fā)電特征是白天風(fēng)電場(chǎng)出力較小，夜間出力較大。風(fēng)電出力大發(fā)時(shí)段為19：00—次日6：00；平發(fā)時(shí)段為6：00—19：00。

圖1 風(fēng)電典型日出力曲線

圖2 風(fēng)電年典型日出力曲線

根據(jù)近年的風(fēng)電年出力數(shù)據(jù)，按月歸納總結(jié)出風(fēng)電典型年出力曲線，如圖2所示。由曲線可以看出，吉林省風(fēng)電出力在2月—5月、10月和11月的春秋季偏大，為風(fēng)力大發(fā)季節(jié)，即風(fēng)盛期；而6月—9月和12月—1月的夏冬季偏小，為風(fēng)力小發(fā)季節(jié)，即風(fēng)衰期。

綜合吉林省用電負(fù)荷特性，將吉林省年典型負(fù)荷曲線與風(fēng)電出力曲線進(jìn)行對(duì)比，可得到吉林省月平均負(fù)荷與風(fēng)電場(chǎng)綜合平均出力的對(duì)比圖，如圖3所示。由圖3看出，吉林省內(nèi)風(fēng)電場(chǎng)年出力具有明顯的反調(diào)峰特性，6月—次年1月用電負(fù)荷大，風(fēng)電場(chǎng)出力小；2月—5月用電負(fù)荷小，風(fēng)電場(chǎng)出力大。即：負(fù)荷大時(shí)風(fēng)電場(chǎng)出力小，負(fù)荷小時(shí)風(fēng)電場(chǎng)出力大。為保證電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行，在常規(guī)電源正常參與調(diào)峰的情況下，必然會(huì)產(chǎn)生棄風(fēng)。

圖3 吉林省年負(fù)荷與風(fēng)電場(chǎng)綜合出力比較

2.3 吉林省風(fēng)電場(chǎng)棄風(fēng)情況

吉林省風(fēng)電機(jī)組年平均發(fā)電利用小時(shí)數(shù)為1 610h，屬全國最低，表明風(fēng)資源利用率不高，棄風(fēng)較嚴(yán)重。主要原因是吉林省工業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展緩慢，負(fù)荷增長速度不高，電力供大于求。加之為保證冬季采暖期供暖，需要保證熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組的運(yùn)行。因此，即使冬季風(fēng)力較大，風(fēng)電也不得不停運(yùn)棄風(fēng)。

吉林省電網(wǎng)因?yàn)殡娋W(wǎng)網(wǎng)架和系統(tǒng)調(diào)峰原因，2013年全網(wǎng)共限制風(fēng)電電量804 577MW·h，全網(wǎng)風(fēng)電限電發(fā)電比（限電電量／發(fā)電電量）為0.014，其中因電網(wǎng)網(wǎng)架原因限制風(fēng)電電量206 613MW·h，因系統(tǒng)調(diào)峰原因限制風(fēng)電電量597 964MW·h。

2009年—2013年風(fēng)電棄風(fēng)電量及棄風(fēng)比例變化情況見表1。

表1 2009－2013年風(fēng)電棄風(fēng)情況

3 棄風(fēng)解決方案探討

3.1 減少棄風(fēng)的政策性措施

1）引導(dǎo)常規(guī)能源發(fā)電企業(yè)挖掘調(diào)峰潛力，合理調(diào)整常規(guī)能源出力，讓風(fēng)電上網(wǎng)多發(fā)電；

2）促進(jìn)電網(wǎng)建設(shè)和風(fēng)電項(xiàng)目建設(shè)的配套化進(jìn)程；

3）利用價(jià)格補(bǔ)貼機(jī)制，以就地消納為主；

4）建立激勵(lì)機(jī)制，給予熱電聯(lián)產(chǎn)企業(yè)一定的電量補(bǔ)貼；

5）制定科學(xué)的調(diào)峰調(diào)頻輔助服務(wù)市場(chǎng)化機(jī)制，通過合理的政策性補(bǔ)貼，高效調(diào)動(dòng)常規(guī)機(jī)組參與系統(tǒng)調(diào)峰的積極性。

3.2 減少棄風(fēng)的技術(shù)性措施

3.2.1 推廣風(fēng)電清潔供暖

2011年我省開展了風(fēng)電清潔供暖項(xiàng)目試驗(yàn)，并獲得國家能源局正式批復(fù)，項(xiàng)目實(shí)施后，示范工程年消納風(fēng)電“棄風(fēng)”電量2 700萬kW·h［2］。國家電網(wǎng)公司已將經(jīng)營區(qū)域內(nèi)的全部并網(wǎng)風(fēng)電機(jī)組納入調(diào)度運(yùn)行管理體系，進(jìn)行月度發(fā)電計(jì)劃安排、日電力電量平衡和實(shí)時(shí)調(diào)度。充分挖掘系統(tǒng)的調(diào)峰能力，特別是熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組的調(diào)峰潛力，可最大限度地提高風(fēng)電消納能力［3］。如果我省已并網(wǎng)的300萬kW風(fēng)電場(chǎng)全部將“棄風(fēng)”用于風(fēng)電清潔供暖，則年可增加用電量4.05億kW·h時(shí)，這將大幅提高風(fēng)電機(jī)組年利用小時(shí)數(shù)。

3.2.2 建設(shè)風(fēng)、光、儲(chǔ)互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)

建設(shè)集風(fēng)電、光伏發(fā)電、儲(chǔ)能、智能輸電于一體的新能源綜合利用系統(tǒng)，利用聯(lián)合發(fā)電智能優(yōu)化控制系統(tǒng)，根據(jù)電網(wǎng)負(fù)荷需求及風(fēng)況、光照預(yù)測(cè)，對(duì)風(fēng)光儲(chǔ)系統(tǒng)實(shí)施實(shí)時(shí)控制和平滑輸出切換，實(shí)現(xiàn)計(jì)劃跟蹤、削峰填谷及調(diào)頻等控制。

3.2.3 推進(jìn)風(fēng)水互補(bǔ)項(xiàng)目

我省東部地區(qū)水電資源相對(duì)豐富，但普遍存在夏、秋季豐水期電力供應(yīng)充足，冬春季枯水期供電不足的問題，而這些地區(qū)風(fēng)能資源較為豐富，風(fēng)電和水電都是清潔的可再生能源，風(fēng)資源與降水的分配在時(shí)間上存在很大程度的互補(bǔ)性，借鑒國內(nèi)風(fēng)水互補(bǔ)開發(fā)成功案例，采取有效對(duì)策［4］，在吉林省東部地區(qū)開發(fā)風(fēng)水互補(bǔ)項(xiàng)目，可有效利用風(fēng)電和水電的發(fā)電時(shí)間特性，對(duì)解決我省東部地區(qū)電力供應(yīng)矛盾有促進(jìn)作用。

3.2.4 優(yōu)化風(fēng)電送出方案

適當(dāng)降低線路送電能力有利于提高送電線路利用率。當(dāng)風(fēng)電機(jī)組所在地區(qū)的電網(wǎng)沒有足夠消納能力時(shí)，考慮將風(fēng)電與火電聯(lián)合、風(fēng)電與水電聯(lián)合通過電網(wǎng)間已有聯(lián)絡(luò)線裕度將風(fēng)電送出或進(jìn)行區(qū)域電網(wǎng)消納，通過優(yōu)化送電方案，擴(kuò)大風(fēng)電消納范圍。

3.2.5 優(yōu)化電網(wǎng)運(yùn)行

一方面加強(qiáng)需求側(cè)管理（DSM），改善負(fù)荷特性。另一方面加強(qiáng)風(fēng)電出力預(yù)測(cè)，優(yōu)化系統(tǒng)調(diào)度運(yùn)行。通過提高短期和中期負(fù)荷預(yù)測(cè)準(zhǔn)確性、優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)潮流、提高重要斷面輸電能力，以及優(yōu)化跨地區(qū)送電曲線，改進(jìn)調(diào)度運(yùn)行優(yōu)化模型、算法與控制程序等多種措施，優(yōu)化系統(tǒng)運(yùn)行方式。

4 總結(jié)

通過對(duì)吉林省風(fēng)能資源利用現(xiàn)狀的調(diào)查和分析可知：

1）吉林省風(fēng)能資源儲(chǔ)量豐富，理論可開發(fā)5 400萬kW，已開發(fā)利用風(fēng)能383.58萬kW。

2）吉林省風(fēng)能資源主要集中在西部白城、通榆、洮南、松原、乾安一帶，這些地區(qū)風(fēng)電場(chǎng)較多，分布比較密集。因此，吉林省西部地區(qū)仍然為未來風(fēng)能資源開發(fā)的重點(diǎn)區(qū)域。

3）吉林省風(fēng)電發(fā)展主要問題是“并網(wǎng)難”“送出難”“消納難”，風(fēng)電機(jī)組年平均發(fā)電利用小時(shí)數(shù)1 610h，棄風(fēng)比例在21%以上，棄風(fēng)較嚴(yán)重。

4）為解決風(fēng)電棄風(fēng)問題，可從政策上和技術(shù)上兩方面協(xié)調(diào)解決，為提高吉林省風(fēng)電就地消納能力、緩解電網(wǎng)外送和調(diào)峰兩大壓力起到促進(jìn)作用。

［1］王曉敏.吉林省能源供需預(yù)測(cè)及發(fā)展對(duì)策分析［D］.長春：東北師范大學(xué)，2013.

［2］李平.外輸不暢：吉林風(fēng)電有勁無處使［N］.中國礦業(yè)報(bào)，2013－08－29（A06）.

［3］王乾坤.國內(nèi)外風(fēng)電棄風(fēng)現(xiàn)狀及經(jīng)驗(yàn)分析［J］.華東電力，2012（3）：378－381.

［4］李成家，陳路.風(fēng)電棄風(fēng)與水電棄水因素分析［J］.陜西電力，2011（4）：39－41.

［5］朱向東.目前中國風(fēng)電棄風(fēng)現(xiàn)狀及對(duì)策［J］.能源與節(jié)能，2012（10）：30－67.