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第 3 期 尹 明等 ：
我國風電大規模開發相關問題探討
圖 1 2004 — 2008 年中國風電裝機容量 Fig.1 China ’ s wind power capacity in 2004 — 2008
我 國 風 電 大 規 模 開 發 相 關 問 題 探 討 尹
明 1 ，2 ，葛旭波 1 ，王成山 2 ，張義斌 1 ，劉國平 3 ，靳曉凌 1
?。?. 國網能源研究院，北京 100052；2. 天津大學，天津 300072；3. 河北石家莊供電公司，河北 石家莊 050051）
摘 要 ：
過去 10 多年里 ， 全球風力發電得到了前所未有的重視和發展 。
我國的風力發電事業近幾年來也發展迅速 ， 并且將在未來一段時間內一直保持快速發展的態勢 。
對比歐美與我國風電發展的不同 ， 分析我國風電大規模開發的特點 ， 即遠距離 、 大容量 、 規?；_發模式 ， 深入探討我國風電發展過程中應注意的問題 。
為實現我國風電的健康 、 持續發展 ， 建議加強風資源基礎數據調研工作 ， 加快電網發展 ， 重視風功率預測技術的研發和使用 ， 注重優化電源結構 ， 提高靈活電源所占比例 。
關鍵詞 ：
風力發電 ； 特高壓 ； 并網 ； 風功率預測 ； 風電變動性 中圖分類號 ：
TM715
文獻標志碼 ：
A
文章編號 ：
1004-9649 （ 20 10 ）
03 -00 59 - 04
0 引言
過去幾年里 ， 世界風電事業發展迅猛 。
2008 年 ， 全球新增風電裝機 27.261 GW ， 累計裝機達到
121.188 GW ，實現發電量 260 TW · h ， 占全球電力消費的
1.5% ［ 1 ］ 。
歐盟 、 美國和我國成為風電開發最快的地區和國家 。
歐盟提出到 2020
年可再生能源 （ 主要指風能 ）
的比例要達到
20% ； 美國能源部也計劃到 2030 年風電裝機將達到 300
GW ，并提供 20% 的全國能源消費 ［ 2 ］ 。
年以來 ， 我國每年的風電裝機增長都超過
100% 。
2005
年我國累計并網風電裝機僅為 1.26 GW ， 2008 年達到了 12.21 GW 。
對于我國這樣一個快速發展的國家 ， 風電事業起步晚 ， 電力需求增長快 ， 推進大規模風電開發無疑將是一項非常艱巨的工程 。
根據我國風能資源和電力需求的分布特點 ， 我國大部分風電只能采用遠距離 、 大容量傳輸和全國范圍內優化配置的發展模式 。本文在分析我國風電開發特點的基礎上 ， 將深入探討以下主要問題 ：
風資源基礎數據 、 電網發展 、 風功率預測技術研發和電源結構優化等 。
1
我國風電大規模開發的特點
近些年 ， 為徹底扭轉高能耗 、 高污染的發展模式 ，我國政府大力發展風電在內的可再生能源 。
圖 1 給出 2004 — 2008 年的風電裝機容量 ［ 3 ］ 。
2008 年 ， 政府批準了甘肅酒泉 10 GW 級風電基地及相關電網
配套工程 ［ 4 ］ 。
未來我國還可能重點開發內蒙古 、 江蘇沿海 、 新疆和河北北部等大型風電基地 。
據預測 ， 到 2010 年和 2020 年我國風電裝機將可能分別超過
30 GW 和 100 GW 。
我國風電行業在未來較長時間里仍將保持快速發展勢頭 。
然而 ， 我國的風電大規模開發與歐美經歷的風電大發展卻存在很大的差異 。
歐美的風場大多分布在很廣闊的區域 ， 風電主要由當地負荷就地平衡和消納 。
而我國 ， 單個風電場容量將會越來越大 ， 呈現出規?；?、連片式發展的態勢 。
我國風電大規模開發具有以下 2 個值得注意的特點 。
第 1 個特點是風能資源和電力需求分布存在顯著的不平衡性和區域差異 ， 需要遠距離 、
大容量輸送 。
我國風能資源主要分布在 “ 三北 ” 地區和東南沿海 ， 占全國陸地風能的近 85 ％ 。
近海風能主要分布在蘇滬沿海 。
圖 2 給出了我國未來將重點建設的大型風電基地的分布情況 。
除蘇滬沿海外 ， 我國絕大多 數的風能資源豐富的地區遠離負荷中心分布 ， 并且
收稿日期 ：
2009 - 11 - 23 ； 修回日期 ：
2009 - 12 - 17
作者簡介 ：
尹 明（ 1974 — ）， 男 ， 河北徐水人 ， 副教授 ， 從事電力系統規劃 、 風力發電及智能電網等方面的研究 。
E-mail: routouter@yahoo.com 第 43 卷第 3 期
20 10 年 3 月
中 國 電 力
ELECTRIC POWER
V o l ．
43 ，
N o ．
3
Mar. 2010 新 能 源
圖 2 我國大型風電基地分布
Fig.2 Distribution of large-scale wind bases in China
圖 3 風電接入對電力系統的影響
Fig.3 Wind power impacts on power system
新 能 源 中 國 電 力
第 43 卷
多處于電網末端 ， 當地電網薄弱 ， 風電消納能力有限 。故我國大部分陸上風電遠離負荷中心 ， 需要采用遠距離 、 大容量傳輸和全國范圍內資源優化配置的開發方式 。
第 2 個特點是風能資源季節性變化明顯 。
我國 風能資源豐富 ， 但季節分布不均勻 ， 一般呈現春季 、 秋季和冬季的風速較大 ， 夏季較小的特點 。
我國風能資源開發采取遠距離 、 大容量 、 規?；_發模式 ， 這與世界其他地區的風電開發模式具有 明顯不同 。
由于我國風電起步晚 、 發展快 、 成熟期短 ， 這種獨特的風電大規模開發勢必會產生一些值得關注的新問題 。
2
主要問題及解決措施
2.1
加強風資源數據調研工作
由于越來越多的風電將接入電網 ，
非常有必要對風資源進行更深入 、 更準確的調查和評價 。
當前這方面的工作相對較宏觀 ， 精度一般只有 5 km × 5 km 。
這樣的精度只適用于風電的發展規劃 ， 達不到規模開發的要求 。
在建立風資源資料時 ， 還應該充分 考慮電網條件 、 氣象災害 、 周邊地形地貌 、 自然環境保護 、 運輸條件和工業成分等因素的影響 ； 否則 ， 不精確和較粗糙的風資源數據可能會導致不恰當的風
電場位置 ， 降低風電場運行特性及其經濟性 ， 從而在 風電場建成運行后 ， 造成不可挽回的損失 。
根據前些 年已建風電場的運行經驗 ， 其實際每年的發電量一 般只能達到其預測值的 70%~80% 。
究其原因主要是在風資源調查和評價上存在嚴重缺陷 。
據統計 ， 2007
年我國主要風電省份風電場的容量系數只有
0.2 ，
年利用小時數僅
1
787
h［ 5 ］ ，
遠低于歐美風電場運行情況 。
未來風資源數據質量對于大規模風電開
發的影響將遠大于其對單個風電場的影響 。
風電發展規劃和風資源調查涉及多方面的歷史和實時數據 ， 如氣象數據 、 電網和電源數據等 。
為實現這些數據信息的有效積累和共享 ， 非常有必要建立相應的管理 、 服務機制和一個覆蓋國家范圍的實時數據庫 ， 實現在相關行業間風資源數據 、 信息的共享 。
所以 ， 建立國家級公用風能資源數據庫和可視化風資源平臺是非常必要的 。
2.2
加快電網發展
風電區別于常規能源發電的根本原因是自然風的間歇性和隨機性 ， 以及風電場的分散布置 。
風電所占比例越高 ， 其對電網的影響也越大 。
就我國而言 ， 大規模風電開發在經濟上和技術上 ， 對電網的規劃 、 管理與運行都將是巨大挑戰 。
風電對電網的影響程度與多種因素有關 ，
包括風電所占比例 、 電力系統大小 、 電源組成 、 負荷變化 、 需求側的可管理性和接入程度等 。
不同時間框架和不同地域范圍內 ，
風電影響系統的體現形式也會不同 。
圖 3 列出了風電接入對系統造成的主要影響 ［ 6 ］ 。
由于我國風能富集區距離負荷中心較遠 ， 隨著 風場規模的擴大 ， 大量的風電無法就地消納 ， 需要加 強 電 網 互 聯 和 采 用 高 電 壓 等 級 的 輸 電 網 向 負 荷
中心輸送 ， 接入系統的電壓等級也呈上升趨勢 。
根據對我國 10 個主要網 、 省風電場接入情況的統計 ， 接入 220 kV 、 110 kV 、 66 kV 及以下電壓等級的風電場個數分別是 43 個 、 44 個和 60 個 。
圖 4 給出了接入各電壓等級風電裝機容量情況 ，
可見風電影響正在從低壓到高壓 ， 從配網到主網延伸 。
歐洲風電發展經驗表明 ，
電網之間良好的互聯條件有助于風電更大范圍的消納 。
例如丹麥西部是歐洲輸電聯盟同步電網（ UCTE ）的一部分 ， 東部屬于 北歐同步電網（ Nordel ）區域 。
丹麥可通過 UCTE 及Nordel 電網的跨國境互聯 ， 與德國 、 挪威和瑞典進行
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圖 4 接入各電壓等級風電裝機容量
Fig.4 Wind power installed capacities for various integration voltage levels 圖 5
德國風電大發時在 UCTE 內轉移的情況 Fig.5 Wind power transfer in UCTE for high wind case in Germany 第 3 期
尹 明等 ：
我國風電大規模開發相關問題探討 新 能 源
電力交換 ， 使得丹麥風電可在 UCTE 及 Nordel 范圍內消納 。
同樣 ， 德國在風電大發時 ， 多余的風電也可借助 UCTE 電網實現跨國境轉移 。
圖 5 給出了德國風電大發時在 UCTE 內部轉移的情況 。
借鑒歐洲風電發展經驗 ， 我國甘肅 、 新疆等地的風電可通過加強區域電網互聯 ， 實現風電外送 。
例如 ， 甘肅酒泉風電基距離負荷中心約 1 000 km ，一期 3.80G W 已經開始建設， 2015 年開發總規模將達到
12 GW 。
此時 ， 風電可以先通過 750 kV 輸電線路送至西北主網進行消納 ，
其余部分可以考慮通過加強西北電網與華中電網的互聯 ，
實現風電外送華中負荷中心的目的 。
近年來 ， 我國特高壓輸電技術的發展為大規模風電開發提供了契機 。
特別是未來連接華北—華中—華東的特高壓同步電網 ， 將為風電的遠距離 、 大容量 、 規?；_發提供堅強的輸送平臺和龐大的消納市場 。
同時 ， 對現有電網開展必要的擴建加強工作 ， 以及采用先進技術等 ， 也是提高電網堅強程度和風電接納能力的有效手段 。
2.3 加強風功率預測技術研發與應用
風功率預測技術對于改善風電并網對電力系統 的影響 ［ 7 ］ 、 推動風電與電網的協調發展發揮著重要
作用 。
通過準確預測風電場出力 ， 可以更加合理地安排常規電場的發電計劃 ， 減少系統的旋轉備用 ， 提高系統運行的經濟性 。
同時 ， 通過提前預測風電負荷的波動 ，有助于合理安排應對措施 ， 提高系統的安全性和可靠性 。另外 ， 提高風功率預測精度有助于調度人員制定更恰當 、更準確的發電計劃和機組組合方案 ， 確保系統順利運行 。
國外開展風功率預測已有 20 多年的歷史 ， 短期精確預測已經實現了商業化應用 。
主要商業軟件包括德國的 WPMS 、 丹麥 Ris 覫 的 Zephyr 、 美國 True Wind Solutions 公 司 的 E -Wind 及 法 國 Ecole des Mines de Paris 公司的 AWPPS 等 。
目前國內外風功率預測總體還不太成熟 ，
預測精度與電網負荷預測相比 ， 還存在較大差距 。
我國的 風功率預測研究工作起步較晚 ，
應在充分吸收借鑒國外先進技術基礎上 ， 立足自主創新 ， 開發適用于我 國國情的風功率預測工具 。
在此方面 ， 近年來中國電 力科學研究院和吉林省電力公司已經合作開發了風
功率預測系統 ，
并在吉林省電力調度中心實現了工程應用 ， 取得了較理想的結果 ， 預測功率和實測功率 均方根誤差為 11.05%~19.08% 。
不斷完善和積極推廣風功率預測系統將是我國風電大規模開發的重要
保障 。
2.4 大力優化電源結構
風電并網對電力系統的影響除與電網規模和堅
強程度有關外 ， 還與電源結構有關 。
歐洲如德國 、 丹麥 、 西班牙等國風電快速發展 ， 在很大程度上得益于其電源結構中具有大量可用于調峰的靈活電源 （ 包 括水電 、 抽水蓄能 、 燃氣以及聯合循環機組等 ）。
例如 ， 德國 2008 年底優質調峰電源 （ 包括燃氣 、 燃油和抽水蓄能 ）
約占總裝機容量的 25% ， 其他可調峰電源占 8% 。
同樣 ， 美國風電近年的突飛猛進也是受益于新建了大量的燃氣機組 ，
以保證電力系統具有足夠的靈活性來應對大規模風電的接入 。
我國由于受能源資源條件限制 ，
電源結構以燃煤發電為主（ 2008 年底 ， 占全國裝機的 75.9% ，供熱機組較多 ， 快速調節機組少 ）， 陸上風電富集區 （ 如新疆 、 甘肅 、內蒙古 、 河北等 ）
的電源基本是以煤電為主的火電機組 ，且能夠用于調峰的水電機組十分有限 。
我國的電源結構中 ，
響應速度快的燃氣及燃油發電等靈活發電所占比例在 0.24% 以下 。
例如在 2008 年冬季東北電網出現的限制風電出力的情況 ，
很大程度上是由于燃煤熱電機組比例大 、
壓出力能力有限和低谷負荷又多出現在風電出力較大的時段等 。
可以預見 ，
電源結構將是我國電力系統接納風電能力的一個主要限制 。
因此我國應該充分重視優化電源結構和布局問題 ， 科學配置常規電源 ， 合理規劃和優 化使用抽水蓄能電站等調峰電源 。
這些電源應具有
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新 能 源 中 國 電 力
第 43 卷
更小的最低出力下限和更好的晝夜啟 / 停能力 。
另外 ， 我國還應該重視先進儲能技術的研發和使用 ，發揮其在改善負荷特性及平抑風電出力波動方面的作用 ， 以減少風電變動性對電網的不利影響 。
例如可加大電動汽車等終端用戶儲能技術及鈉硫電池和液流電池等大容量化學儲能技術的研發和使用 。
3 結語
未來我國風電事業將快速發展 。
然而我國風電開發速度首先要符合國內的裝備制造水平 、 控制技術水平 、 規劃設計水平和風功率預測水平 ； 其次還要考慮廣大電力用戶的承受能力 ； 再有風電的發展也要與電網發展相協調 。
應在充分研究和認真解決風電變動性帶來的調峰問題和遠距離 、 大容量輸送造成高成本等問題的基礎上 ， 首先開發距離負荷中心近的優質風資源 ， 距離遠的可以與我國能源和電網發展統籌考慮 。
正確認識我國風電開發的特點 ， 建立風電與電網之間及風電與其他形式電源之間長期和 諧的發展關系 ， 對于實現我國風電的科學 、 有序 、 持 續 、 健康發展將是十分有益的 。
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: 57-64. （責任編輯 李新捷）
Analysi s
of
issues about
China ’ s
large-scal e wind
power
development
YIN Ming 1, 2 , GE Xu - bo 1 , WANG Cheng - shan 2 , ZHANG Yi - bin 1 , LIU Guo - ping 3 , JIN Xiao - ling 1
?。?. State Grid Energy Research Institute, Beijing 100052, China; 2. Tianjin University, Tianjin 300072, China; 3. Hebei Shijiazhuang Power Supply Company, Shijiazhuang 050051, China）
Abstract: Around the globe, wind energy has experienced a period of astonishingly rapid development in the past decade, to which much importance has been attached. So has China ’ s wind energy developed in recent years. And this tendency will definitely remain the same in China in the future. The wind power developments of U.S., Europe and China were compared and an understanding of the characteristics of China ’ s large-scale wind power development was provided, i.e. the large amount of wind power has to be delivered in the large-scale, concentrated mode with large capacity and long-distance transfer. Then, an in-depth analysis of the issues was presented concerning the healthy and sustainable development of China ’ s large-scale wind energy. In China, much importance should be attached to the work related to the basic data of wind resources. Also, to China ’ s wind power development as follows: the faetors are indispensable speeding-up grid construction, the development and implementation of wind power forecasting technology and increasing the proportion of flexible generation sources for the optimization of generation mix. Key words: wind power generation; ultra-high voltage; integration to grids; wind power forecasting; variability of wind power
電力科技信息
▲ 2009 年全國電力投資增長近 20% 核電投資增長近 75% 國家能源局 2009 年全國電力數據顯示 ， 全國電力基本建設投資達到 7 558.4 億元人民幣 ， 同比 增長 19.93% 。
其中 ， 電源 、 電網分別完成投資 3 711.3 億元和 3 847.1 億元 ， 同比分別增長 8.91% 和 32.89% 。
火電基本建設投資完成額同比下降 11.11 % ，核電 、 風電基本建設投資完成額同比分別增長 74.91% 和 43.90% 。
電網建設投資大幅增加 ， 電網建設投資占電力工程建設投資的 50.9% 。
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