風電并網難 并非是難題 ——談中國風電場并網問題

　　風力發電集中在西北部，而用電負荷集中在“三華”地區，這決定了風電必須走長距離集中輸送的模式。風電相比傳統發電方式，其更加依賴于電網整體的消納能力。而目前電網在儲能和補償領域的建設遠落后于以風電為代表的新能源裝機容量的快速膨脹，從而導致了接入瓶頸問題。為了保障新能源裝機進一步擴張，加大對解決并網方面的投資將是勢在必行的一步。

　　整機價格下降成為行業催化劑，緩解了并網投資的成本壓力，由于風電并網設備一定程度上增加了風電場的投資成本，所以一直以來備受下游開發商的質疑。然而在整機產能快速釋放的大背景下，整機價格已逐步由6200元/千瓦下降至4500元/千瓦。這直接推動了風場資本投資從接近9000元/千瓦下降至7000元/千瓦。而風電側無功補償設備投資只有100元/千瓦，即使考慮儲能設備的投資也只是增加1000元/千瓦。這兩塊對成本造成一定增加，但是仍然小于整機價格的降幅。

　　4.1電力骨干線“并網”要求

　　我國目前采用的是50赫茲同步交流輸電供電電網，電網在形成初期電網的特點和各種技術參數就已經基本確立。后期并入電網的各類電能資源必須符合電網初期形成的電位參數和變化規律。這個技術參數主要包括“頻率、電壓和交流相位”，在電網中起主導作用的“同步”電流成了同化各種入網電流的“主體”電流，其主要表現為電壓穩定、頻率穩定、相位穩定。電壓、頻率、相位就成了并網的主體條件。傳統發電機用的是同步交流發電機，比如火力發電機在并網初期都有一個與電網合拍即相位相同的調節過程，每一臺發電機都是被強大的電網強行拉入同步的。只要做到了“同步”，其相位角便一致，轉速便恒定、“頻率”相應恒定，電壓也隨之恒定。而穩定的電壓和頻率正是高質量的電網所要求的。所以，嚴格控制發電機發出電流的“相位”，對各類發電機的成功并網具有無可替代的“關鍵”作用。

　　4.2“并網”難題的具體體現

　　節能要求需要在投資上降低成本，異步風力發電機具有成本低、發電效率高的特點，所以我國前一段時間對風力發電機的引進和推廣多是這種“異步風力發電機”，異步風力發電機也成了我國前一段時間風電場建設的主導產品。但是，異步風力發電機在目前沒有充分改進的情況下并不適合我們國家主流電網的并網，原因有三：一是異步風力發電機的轉子轉速根據風力大小時刻處在“調節”狀態，一旦轉速不穩定，導致轉子磁場與電網磁場“滑差率”改變，會導致頻率突變、頻率突變導致電壓突變，只有當風力和風速恒定時，轉子轉速才穩定，發出電才符合“并網”要求，但風速極少處于恒定不變的狀態，事實是風速基本上時刻在變。所以異步發電機發出電的“電能”本身并不適合與“電網”同步的并網要求。二是產生諧波和“無功”，因為轉子磁場是消耗電網能量產生的磁場效應，轉子磁場和電網磁場會有“互感”，由于轉子磁場的感應電流沒有設計成與電網同步或反相，因而會產生與電網頻率不同的“諧波”，也會給電網帶來“污染”和負擔。三是不受電網節制。像火力發電廠的同步交流發電機的轉速經與電網短時間的“磨合”后最后都是與電網“同步”，但異步風力發電機由于某些結構不能與電網保持“同步”，決定了不能像火力發電廠的發電機所發出的電那樣成功并網。如果異步風力發電機運行在獨立或者說是“離網”的狀態，特別是用于電加熱，其優勢會得到充分發揮，但其必須依賴電網提供勵磁又不與電網保持“同步”關系決定了“異步”在并網中的劣勢。目前我們國家風力發電并網“難”題主要體現在許多風力發電機都處在“異步”狀態。

　　4.3同步交流發電機在并網中的優勢

 　　同步交流發電機在在風力發電市場中主要存在成本較高的問題。但其“同步”的特點對于維護電網的穩定及提供“高質量”的電能具有無可替代的作用。所謂“高質量”電能就是能夠產生和電網“同步”即同頻、同壓、同相的電流，這種電流是電網接受并歡迎的。但同步交流發電機必須具備足夠大的容量，當風力增加、風速加快時不至于“失步”或“走步”。這就要求轉子或進網相線在產生大力矩同時能夠支撐強大的電流，這樣勢必會增加投資。像目前用的永磁發電機和直流勵磁發電機都屬于“同步交流發電機”。目前成功并網的風力發電機多是永磁同步發電機。如果說“風力發電并網難題是個偽命題”就是特指風力發電廠所用發電機為“同步交流發電機”。理論上說在一定容量范圍之內的同步交流風力發電機發出的電完全符合電網要求，不存在并網“難題”。

　　4.4異步風力發電機在并網前需做的改進工作

　　已經存在的不能“并網”的異步風力發電機并不是在“并網”上無能為力的。異步風力發電機完全可以通過改進，變成與電網“同步”的“同步交流發電機”。“異步”對于“同步”而言在表現形式上是轉速不同，在磁場變換上轉子磁場與電網磁場的是否能夠保持穩定不變的關系。只要通過技術革新完全可以把異步風力機結構做某些修改而變成與電網磁場“同步”的關系，表現在外在也是轉速恒定、頻率恒定、電壓恒定，當風速改變時，力矩改變只會導致電流增加而電壓和頻率不變，專利申請文件201010251688.2減少異步風力發電機對電網產生諧波污染的一種方法所述正是這個內容，請大家密切關注。

　　 5討論

　　5.1風電并網難，難在技術還是觀念

　　千瓦不等于千瓦時，裝機容量不等于實際發電量。正像丹麥國家電網公司電力市場部副總監萊娜·索那說的：“只有當電網有效地把電力從風機傳遞到終端用戶時，風能才有價值。”

　　國家能源局新能源和可再生能源司副司長史立山說：“風電要想更大規模地發展，現在要解決的問題比過去難度大得多，過去是設備研發等前期工作，現在涉及生產關系的調整，利益的調整，所以這個難度會更大。怎么解決電網？我覺得還是電網公司的認識。如果能夠像認識特高壓和智能電網一樣認識風電，解決不了風電并網嗎？大家如果真的從國家民主這個長遠的利益、根本利益出發，拋棄一些企業小的算盤，我覺得這個事情可以解決。現在沒有解決是沒到火候。我國經濟的發展將越來越面臨資源環境的束縛，電網公司必須要有所作為。”

　　中國水電工程顧問集團公司副總經理王民浩說，在風電場招標、建設施工、竣工驗收、安全運行、風能機組設備制造和檢測認證等方面仍缺乏相關的配套技術規范和標準，特別是目前國家正在準備大規模發展海上風能，海上風能場工程前期工作和建設施工有關的技術標準和規程規范亟須制定。風電規劃考慮資源和工程建設條件較多，對電網研究相對欠缺，現有的電源結構、電網輸配能力與風電發展規劃難以適應，加之一些地方不考慮電網建設周期，風電發展不按規劃執行，電網建設進度難以滿足項目的總體建設要求。另外，國內關于風電對電網的影響研究依舊薄弱，對風電的調度和運行缺乏有效的對策和措施，王民浩也承認，部分地區存在棄風現象。

　　華銳風電技術總監陳黨慧說：“風電并網，最難的是利益調整，其次是觀念，再次才是技術。并網困難表面看受制于技術因素，但更深層次的癥結在于利益驅動，電網企業在風電上網和遠距離輸送方面需要大量投入，但收益不大，缺乏利益驅動和變革的動力。技術上的困難是可以克服的，管理體制尚未捋順、利益分配不均衡才是造成風電并網困難的首要因素。”

　　6借鑒：丹麥

　　丹麥的“發輸售電分開、重新定位電網性質的模式，”丹麥目前實行的是發電、輸電與售電三個環節完全分開的管理體制。丹麥國家電網公司漢斯·摩根森說，“上游發電企業和下游售電公司是完全市場化的競爭主體，負責中間輸電環節的國家電網公司變成了一個隸屬國家氣候與能源部的非盈利機構，最體現公平交易的電力調度中心則劃歸國家電網公司管理。科學的電力體制為風電等可再生能源的并網和發展奠定了基礎。”

　　可見，丹麥國家電網的性質定義為公共機構，不以盈利為目的，這與我國電網公司的性質不同，我國電網公司更多的涵義是企業、是利益集團，以追求利潤為主要目標，再加上被賦予了強大的壟斷力量，在沒有建立好“游戲規則”的情況下進入市場，必然會出現“以大欺小、以強凌弱”的現象，難以體現其應承擔的公共責任和社會責任。

　　6.1支招一