关于风电“间歇性”的不实之词――《欧洲大规模风电并网研究》选读

电力18讯：    
　　2000年时的燃料价格远远低于现在的价格，当时欧盟委员会发布的《能源供应安全绿皮书》就认可了可再生能源的潜力：

　　“可再生能源拥有提高欧洲供电安全的巨大潜力。但是，可再生能源的开发利用将完全取决于实际的政治和经济支持。[...]从中期来看，要在当前情况下增加能源供应，可再生能源是欧盟拥有一定操作空间的唯一来源。我们不能忽视这种能源。”

　　绿皮书还提到：

　　“实际上，影响(欧洲能源)供应的唯一方法是尽最大努力利用可再生能源。”

　　在2003年，欧盟委员会估计风能将是实现2010年欧盟可再生能源发电目标的主要力量。

　　风电要想在欧洲电力结构中达到与传统电源相当的水平，面临的主要挑战之一就是如何有效地将大量的风电并入欧洲电力系统中。本报告具体分析了需要解决的技术、经济和监管问题，以提高风电发电量，确保欧洲未来的能源更安全。

　　从电力领域一些利益相关者和政策制定者的言论，我们可以得到这样一个印象：风电是“电网难题”，是欧洲电力系统有史以来不得不面对的最大技术挑战。风电不可靠，风电不能对欧洲的发电做出重大贡献，风电对电网的安全运营构成威胁，风停了之后会发生什么情况?

　　关于“间歇性”的误读

　　有时风电被错误地当作间歇性能源。这会引起人们的误解，因为从电力系统这一层面上来看，风电的启动和停机并没有固定的时间间隔，而这种不固定的时间间隔即是所谓的“间歇性”。风电是一项可变出力的技术。有时人们会错误地认为风能在本质上是不可靠的，这是因为风能的出力可变。

　　电力系统―供电和用电―在本质上就是高度不稳定的，受大量计划和非计划因素的影响。例如，天气的变化，突然发生的雷暴天气会造成数百万人开始或停止取暖、照明。欧洲数百万人开关需要瞬间功率的设备―电灯、电视、电脑。电厂、设备和输电线路发生没有规律的故障或受到极端天气的影响，例如对水电和核电影响尤为重大的干旱天气。电线被倒落的树木砸中或结冰，造成供电突然中断。

　　供电和用电不断变化，电力系统运营商需要在供电和用电的计划内和计划外变化间取得平衡才能保持系统的完善。电力的不稳定性并不新鲜，从电力系统诞生的那一天起这就是电力系统的固有特点。

　　供电和用电都是变化的。因此，问题并非是风能本身的不稳定性或间歇性，而是如何预测、管理和改善这种不稳定性以及采用什么工具改进效率。风电的出力是变化的，但这种变化在很大程度上是可以预测的。这并不是说这种变化对系统运营没有影响。影响确实有，特别是在风电作为供电主力的电力系统中。

　　系统中的风电不能割裂开来分析

　　不能独立于电力系统其他部分之外分析风电，而且系统各有不同。电力系统的大小和本身的适应性是确定能否消纳大量风电的决定性因素。风电等变化性的电源需要作为变化性的供电和用电系统的一个方面来看待。

　　电网运营商没有必要随时在单独的一个用户改变用电量时采取措施，例如一家工厂在早晨开工时。同样，他们也不必采取措施应对某一台风电机组出力的变化。系统中所有风机的净出力或多组风电场的净出力才会有影响。此外，必须相对于整体用电需求的变化和其他所有电源的不稳定性和间歇性来考虑风电。

　　只有把风能资源的不稳定性放到整个电力系统的背景下才有意义，而不能只是针对某一个风电场或某一台风电机组。风不会连续不断地吹，但是一个地方的风停了，对整体不会有什么影响―其他地方的风还在吹。因此，尽管某一个地方并不是一直有风，但整体而言仍然可以利用风能发出可靠的电力。

　　对于整体的电力供应而言，某台风电机组或某个风电场的风停了不会产生很大的影响。

　　所有的电源都可能发生故障

　　人们有时将风能资源的变化性作为风能本身并不可靠的论据。没有哪一种电站或供电类型是完全可靠的，所有的系统都可能在某一点发生故障。实际上，大型电厂无论是事故、自然还是计划停机造成的解列都是在瞬间发生，造成功率损失和即时的供电需求。对于火电厂而言，由于非计划停运造成的损失平均占其发电量的6%。当火电厂或核电厂意外从系统中解列时，会在瞬间发生且容量高达上千兆瓦，这才是真正的间歇现象。电力系统总是不得不应对大型电厂的这些瞬间出力变化和用电需求的变化。可以采用现成的做法解决风力发电的不稳定性，而某些国家也正是这样做的。

　　相比之下，风能则不会突然脱离系统。风能的变化比较平稳，这是因为有成百上千的风电机组而非少数的几个大型发电厂，使得后者电力系统运营商更容易预测和管理整个系统中的供电变化。系统不会注意到一台2 MW的风电机组停机了。但系统不得不立即对一座500 MW燃煤电厂或1,000 MW核电站的停运做出响应。

　　由此可以得出的主要结论是，要消纳大量风电的欧洲电力系统的容量是由经济和监管条例决定的，而非技术的或实际的限制条件。

　　这样说会更为准确：提高风电的比例面临着障碍;这不是因为风电的不稳定性，而是因为既不自由也不公平的电力市场存在的一系列障碍，再加上新技术威胁旧的思考和行为模式。

　　到目前为止，公认的看法是风能可以满足大型电网电力需求的20%，而不会造成任何严重的技术或实际问题。

　　风电的大规模并网

　　风电在电力系统中所占的比例较低时，不会对电网的运行造成重大影响。风电供应的电力不到整个欧盟电力需求的3%，但存在较大的区域和国家差异。

　　根据具体系统的性质，已制定适用于处理供需变动的控制方法和备用方案，完全足以处理其他变动供电，例如占总需求高达20%的风电完全可以采用的应对用电和供电变化的控制方法和备用方案来消纳，这要看具体系统的特点而定。如果风电要达到更高的比例，可能需要对电力系统及其运行方法做出改变，以消纳更多的并网风电。

　　丹麦是世界上风电比例最高的国家，2004年的风电供电量占总耗电量的21%。在未与东部电力系统互联的丹麦西部输电系统中，一个正常风年内风电可以满足电力需求的25%，某些时候风电甚至能够满足100%的瞬时需求。

　　大量风电并网经常被斥为不可能完成的任务，许多电网运营商也不愿意改变长期以来制定的风电接纳程序。在丹麦，最开始的时候电网运营商对电网系统能消纳多少风电持怀疑态度。下面引述丹麦西部输电系统运营商(TSO)Eltra年度报告中的内容能够很好地说明许多电网运营商对风电的态度。

　　“从 1999年底开始的仅仅三年内，日德兰半岛菲英岛电力系统的风电容量已从1,110 MW增加到 2,400 MW。就装机容量而言，这是奥尔胡斯市附近的Skydstrup电站容量的两倍。七八年前，我们认为如果风电增加到500 MW以上，电力系统将无法运行。但现在的风电容量几乎是500 MW的五倍。我想告诉政府和议会的是，我们做好了使用更多风电的准备，但这需要允许我们使用正确的工具来管理电力系统。”

　　在西部Energinet(前Eltra)供电区，正常风年内风电可以满足25%的电力需求，而且要使用更多的风电面临的并非技术问题，而是监管问题。已经开发出管理电力系统中更多风电的工具，应该允许电网运营商使用这些工具。

　　最后，电力系统中拥有大量风电的西班牙、丹麦和德国等国家的风电经验表明，在现有电网中可再生能源发电比例是否存在上限的问题是一个经济和监管问题，而不是技术问题。

　　风电发展刚起步的欧洲地区可以从丹麦、德国和西班牙等国汲取很多经验和教训。但最重要的是，这些新兴市场中的利益相关者、政策制定者和监管者要能够意识到这三个国家的输电运营商所面临的问题在有更多风电并入国家电网之前并不是问题。

　　公众对风电并网的争议中存在的最大错误之一就是隔离开来看待风电。与其他任何电源一样，风电有其独特的技术特点。核电和某些燃气燃煤电厂能够保持恒定的发电水平，但灵活性很差。如果单独来看，这是一个缺点，因为电力需求整天都有明显而持续的变化。其他一些燃煤燃气电厂和水电站则比较灵活，可以迅速地改变出力。并网的风电有其他显著特点。重点是，各种技术，无论是带基本负荷的核电站还是出力变化的风电，都不应单独的看待。各种技术和电力需求模式的综合效应才对电网运营商有意义。

　　欧洲范围

　　当前有一系列问题亟待解决：效率低下、情况扭曲和历史造成的体制问题，以及与大欧洲区电力市场和电力基础设施相关的整体结构、职能和发展相关的法律问题。

　　欧洲电力系统的重新定位考虑到了大规模风电的特点，在技术和经济上是可行的，且符合欧洲地区的总体目标。

　　风电并网主要存在以下问题：需要改变电力系统的运营方式、满足保障供电的稳定性与可靠性对风电并网的要求、输电基础设施的扩建和改造。兴建更多的跨境线路 (互联线路)可以将风能从资源丰富的陆上和海上地区收集起来，实现更广大地区内积累风能的最优化利用，并排除提高风电比例所面临的制度和法律障碍。下文所述为这些问题的结论。

　　在20世纪80年代之前，拥有专营权的垂直一体化国家垄断企业经营发电、配电、调度、电网扩建及售电业务。这是欧洲电力行业的一种传统，其仍影响着新技术的开发及在电力系统中的应用。在20世纪90年代，欧盟委员会对这种垄断企业的存在提出了质疑，认为其与《欧盟宪法条约》中有关商品自由流通方面的规定相悖。这最终导致欧盟分别于1996年和1998年通过了第一条电力指令和第一条天然气指令。

　　在于1997年签订《阿姆斯特丹条约》之后，欧盟制定了能源政策的三条基本原则，即：

　　 环境保护：能源生产及使用过程中的环境保护，保持大自然的生态及地球物理平衡;

　　 能源供应的安全性：旨在尽可能地降低可能的能源供应中断的风险和影响;

　　 存在竞争的能源系统：确保为能源生产商及用户提供低价能源。

　　此外，欧洲的能源供应对进口不断增长的依赖性以及相关的经济崩溃的风险引起了越来越广泛的关注，亟须采取措施降低这种依赖性并提高本土能源的产量。

　　自2001年以来，欧盟委员会通过《内部电力和天然气市场基准报告》来监督市场开放程度的发展情况。欧盟委员会在其于2005年1月发布的第四份基准报告中警告各国政府，必须加大力度开放电力和天然气市场。

　　欧盟委员会指出了无法建立竞争性市场的四个主要原因：

　　 缺少跨境输电线路;

　　 存在垄断地位的一体化电力公司;

　　 电网运营商带有偏见;及

　　 电力趸售市场的流动性低。

　　欧盟委员会认为，在欧洲电力市场中开展有效竞争所面临的主要障碍是电网及电力行业的结构。欧盟委员会将市场集中度和垄断地位的一体化电力企业视为“建立激烈竞争的市场的最主要障碍”。

　　此外，欧盟委员会还指出，“内部能源市场的发展必须与欧盟的可持续发展目标保持一致。换言之，要对提高可再生能源的比例、降低排放量及加强需求侧管理等保持必要的激励措施。”

　　上文所述的四个障碍不仅是在欧洲电力市场中建立有效竞争所面临的障碍，而且还是阻碍新技术(如风电技术)进入市场的主要制度和结构性缺陷。

　　跨境输电的发展壮大是有效竞争的前提条件。跨境输电还将极大地降低大规模风电并网的成本，并能够借助于风电分布的广大地理范围获得稳定的风电出力。

　　除降低风电的累积波动性之外，风电出力在一定地区内的累积还可以得到较高的稳定电量，从而取代常规电厂。