国内外风电弃风现状及经验分析

第40卷第3期2012年3

月

Vol．40No．3

Mar．2012

国内外风电弃风现状及经验分析

王乾坤

（国网能源研究院，北京100052）

摘要：从调峰能力不足、配电线路阻塞和输电容量不足等方面深入分析了风电弃风的主要原因，描述了近期美国、德国、西班牙和丹麦等世界风电大国的弃风现状，研究了上述国家风电弃风的管理及政策机制，并在此基础上提出了对我国风电弃风现象的基本认识。

关键词：风力发电；弃风；消纳；管理机制

作者简介：王乾坤（1983-），男，工程师，从事新能源政策、国际能源信息分析工作。

中图分类号：TM614文献标志码：A文章编号：1001-9529（2012）03-0378-04

Update and Empirical Analysis of Domestic and Foreign Wind Energy Curtailment

WANG Qian-kun

（State Grid Energy Research Institute，Beijing100052，China）

Abstract：This paper analyzes the reasons for wind curtailment from the perspective of peaking capacity insufficiency，distribution congestion and transmission capacity insufficiency．Then it describes current situation of wind curtailment in some countries with large-scale wind power installations，such as the United States，Germany，Spain and Den-mark．Their various regulations for curtailment are also discussed，and finally some insights to the wind curtailment in China are presented．

Key words：wind power generation；wind curtailment；integration；

櫚櫚櫚櫚櫚櫚櫚櫚櫚櫚櫚櫚櫚櫚櫚櫚櫚櫚櫚櫚櫚櫚櫚櫚櫚櫚櫚櫚櫚櫚櫚櫚櫚櫚櫚櫚櫚櫚櫚櫚櫚櫚櫚櫚

regulation mechanism

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收稿日期：2011-12-28

本文编辑：王延婷

弃风在本质上是指风机处于正常情况下，电力调度机构要求部分风电场风机降出力或暂停运行的现象。近年来，随着我国风电连续5年翻番增长，风电并网特别是弃风限电问题一度成为各方关注的焦点。本文通过深入分析风电弃风的原因及国外弃风实践经验［1-4］，以期正确认识国内风电弃风问题，探求减少风电弃风，促进风电科学发展的解决策略。

1风电弃风的原因分析

弃风问题在本质上是电力系统对风电的消纳能力问题。风电作为清洁能源，在优先调度的前提下，当系统平衡能力不足时就会出现弃风。弃风发生的原因分为以下3种。

（1）调峰能力不足导致弃风

风资源的不确定性导致风电出力具有波动性，可预测性差，需要其他电源提供备用和调峰服务，满足风电并网消纳的需要。当系统内风电所占比例较小时，电力调度机构可通过降低其他电源出力来实现系统实时平衡。随着风电并网规模的不断增加，风电占最小负荷的比例逐步提高，局部地区风电出力可能超过负荷需求。核电、热电

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等机组在系统中主要承担基荷功能，必须持续运行，更增加了系统调峰难度。在其他电源降出力达到极限后，为了保持系统的安全稳定，必须对风电出力进行限制。

（2）配电线路阻塞导致弃风

风资源丰富区往往地理位置较为偏远，处于电网末端，配电网结构比较薄弱。风电出力波动性较大，对配变电设施的容量裕度和坚强度提出了更高要求，客观上需要同步加强配电网升级与改造。但由于近年风电发展速度过快，电网投资建设往往跟不上风电发展的步伐。风电项目建设周期短，通常首台机组建设周期仅为6个月，全部建成约需要1年，而配电网工程建设周期长，常常滞后于风电场的开发建设。在配套配电网升级改造完成之前，电力调度机构不得不在线路阻塞情况下控制风电出力。

（3）输电容量不足导致弃风

尽管各国风电发展模式有所不同，但局部地区风电开发相对集中是很多国家的一大特点或趋势。在本地消纳能力不足的情况下，为了防止局部风电窝电，有必要对大规模风电的集中开发的风电实行外送消纳，此时提高输电容量特别是跨区联络线容量就显得至关重要。但从现实情况来看，虽然各国都在加强电网规划建设，但是跨区跨国电网建设既面临管理体制制约，也存在协调难度大、建设周期长等现实困难。在跨区联络线输送容量不足的情况下，弃风也就已成为电力调度机构不得不采取的行为。

2世界部分风电大国弃风现状

美国能源部可再生能源实验室（NREL）全球弃风调查报告显示，美国、德国、西班牙、丹麦等世界风电发展水平较高国家均存在不同程度的弃风。但是截至目前，世界各国之间尚未就弃风电量计算方法达成一致，即使同一个国家内不同电网公司之间具体做法也有差异。由于各国以及不同电网公司统计口径存在差异，所以统计数据只反映弃风的大致水平和趋势，并不完全具有可比性。

2．1美国

截至2010年底，美国风电装机容量达到42200MW，风电发电量占总消费电量的2．3%。美国电网是由东部、西部和德克萨斯州三大同步电网组成，三大同步电网之间以及联邦州之间联络线容量较小，客观上对风电的平衡和消纳造成了困难。2008 2010年，全国风电弃风电量约占潜在发电量的5%。其中，德克萨斯州风电装机容量已经超过10000MW，其输电容量不足导致的弃风已经相当严重，美国弃风主要发生在该州。2009年，德克萨斯州电网（ERCOT）平均每天弃风100 2000MW，最大达到3900MW，全年弃风电量达到潜在发电量的17．1%。2010年，由于新的输电线路投入运行，弃风困境有所缓解，全年弃风电量所占比例下降至7．7%。尽管如此，其他地区弃风比例却在快速增长，科罗拉多州电网弃风比例从0．6%上升到了2．2%，中西部独立输电网运营商（MISO）区域从2．2%提高到了4．4%。2．2德国

截至2010年底，德国风电装机容量达到27210MW，风电占总消费电量比例达到6．5%。德国风电场主要集中在北部和东北部地区，而电力负荷中心在西部和南部。尽管与欧洲其他国家电网联系较为紧密，国内灵活电源比例比重也较大，但是国内东西向和南部向的输电容量相对不足，不能满足风电全国范围内消纳的需要，因此在局部地区，特别是在夜间风电大发时段，弃风情况时有发生。2004 2006年，德国累计弃风电量达到7400万kW·h，弃风比例低于1%。2009年，全国弃风电量达到7400万kW·h，占当年风电发电量的0．2%。初步分析表明，随着装机规模的扩大，2010年弃风状况更为严重。

2．3西班牙

截至2010年底，西班牙风电装机容量达到20680MW，风电占总消费电量的比例达到16.5%，瞬时风电已经占到电力负荷的54%。西班牙拥有相当规模的燃气、燃油和抽水蓄能电站，为实现风电大规模并网消纳提供了充裕灵活的电源支撑。尽管如此，西班牙仍然存在一定程度的弃风现象。2009年，西班牙弃风电量达到5400万kW·h，占潜在发电量的0．15%。2010年，弃风电量达到3．15亿kW·h，占潜在发电量的比例提高到了0．7%。在全部弃风电量中，调峰能力不足、配电线路阻塞和输电容量不足分别占64%、27%和9%。西班牙电网公司（REE）预计，到2016年全国弃风电量可达到16亿kW·h，占潜在发电量的2．2%，到2020年该比例将可能上

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升至3．6%。

2．4丹麦

截至2010年底，丹麦风电装机容量达到3750MW，风电占总消费电量比重达到20%。丹麦电网与德国、挪威电网实现了坚强互联，使其能够充分利用北欧国家丰富的水电资源，满足国内风电的调峰平衡需求。同时，通过开展风电供热、热电联产机组与储热装置联合运行、深挖火电机组调峰潜力等措施，提高了本国电力系统运行的灵活性。因此，尽管丹麦弃风次数和弃风电量相对较少，占潜在发电量的比例不足潜在发电量的1%，但仍然允许且存在弃风现象。2010年，丹麦国家电网公司采取过2次主动弃风限电措施。

3国外风电弃风的管理及政策机制

弃风不仅会影响清洁能源的开发利用水平，更会减少风电场的投资收益，所以有必要建立合理弃风的政策与管理机制，并在各利益相关方之间形成共识。世界风电发展较为成功的国家均在弃风管理方面进行了有益探索，概括起来主要有以下几种方式。

（1）将允许合理弃风作为风电并网的前提条件

美国邦纳维尔电力局（BPA）在大规模风电并网协议中规定了弃风操作程序。德国意昂公司（E．ON Netz）要求那些在特定地区并网的风电供应商，在该地区输电设施升级完成之前，要接受风电出力管理。德国在《可再生能源法》中明确规定，装机容量超过100kW的风电机组必须安装可遥控的出力控制装置，电网运营商在系统过载条件下可直接降低其发电出力，否则不予并网。2010年，德国引入了新的管理办法，即当系统负荷低于上年峰荷60%、风电出力超过风电并网容量60%时，允许电力调度机构对风电场下达弃风指令。

（2）在购电合同中纳入弃风相关条款，规定无偿弃风的基数和有偿弃风的补偿办法

艾克赛尔能源公司（Xcel）与明尼苏达州、科罗拉多州风电场达成协议，约定固定的年度弃风量。科罗拉多州罗根（Logan）风电场与电网签订的购电协议中，2008年允许的无偿弃风电量为1400万kW·h。对于超过无偿弃风基数的弃风电量，一些地区则按政府补贴电价补偿风电场。明尼苏达州的各风场轮流承担弃风任务，Xcel与这些风场就集体弃风总量达成协议。

（3）电网运营商设定风电场日运行限制

在风电场分布密集，电网输送能力有限的区域，一些电网运营商设定了风电场日运行限制，风电场必须按照规定安排发电。受到输电容量约束，德克萨斯州（ERCOT）制定了麦卡米（McCam-ey）地区风电场日运行限制规定，ERCOT根据日前负荷预测来计算和分配风电场次日运行限制。随着电网约束的逐步缓解，该办法已于2009年停止施行。

（4）根据风电场技术性能，实行差异化弃风管理

风电场技术性能不同，系统友好性也就存在差异。为了鼓励风电场提高系统友好性，美国德克萨斯州将风电场分为“快速响应”（15min内实现降出力运行）和“慢速响应”（需要30min以上才能降出力运行）2类，规定快速响应风电场可以超日限制运行，而慢速响应风电场则不能。当出现电网阻塞需要弃风时，调节性能差的风电场的弃风电量要高于其应承担的份额。ERCOT通过调整分时发电限制来弥补快速响应风场在先前的调度中快速弃风带来的发电损失。

（5）通过负电价引导风电场自愿弃风

在电力市场成熟的国家或地区，实时电价信号可以对发电商发挥重要的引导作用。丹麦西部电网、北欧电网、美国宾夕法尼亚—新泽西—马里兰电力市场（PJM）和纽约独立输电网运营商（NYISO）等均已先后引入负电价制度，即当市场电价为负时，如果发电商继续发电上网，则需要向电网支付费用，用户将获得用电收益。对于风电而言，如果政府补贴不足以抵消负电价，则风电场业主会倾向于采取主动弃风行为。

（6）将系统备用容量与风电弃风挂钩

一些电网运营商已经把备用电源的情况和弃风联系到了一起。当备用电源的使用达到了一定程度，风电需应要求弃发一定比例，降低发电出力。邦纳维尔电力局（BPA）负责管理和出售“西北太平洋”联邦大坝的水电。BPA也同时接入了超过2700MW的风电，且备用电源日趋紧张。为加强备用电源管理，BPA要求风电场在备用电源90%进入运行的情况下，必须按照计划曲线或发电能力的下限安排发电。

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4对我国风电弃风的基本认识

近期，我国风电弃风问题受到社会各界的广泛关注。对我国风电弃风问题客观、理性、正确认识和判断，有利于形成共识，提出解决我国风电弃风问题的合理化建议。

（1）风电发展失衡是我国风电出现弃风的根本原因

电力系统对风电的接纳能力在很大程度上取决于系统运行的灵活性，需要一定规模的灵活电源与之匹配，需要电网具有较好的基础及互联规模与之相适应。“十一五”期间，我国风电经历了爆炸式增长，装机规模连续五年翻番，增长速度远高于同期世界平均水平。在风电规模单方面快速增长的同时，电源结构优化及电网建设速度无法跟上装机的增长速度，电网在特殊时段弃风限电则难以避免。

（2）弃风问题并未影响我国成为世界风电发展典范国家

经过“十一五”期间的高速增长，我国已成为世界上风电装机规模最大、增长最快的国家。2010年，全国风电占全社会用电量比例达到1.36%，基本与美国相当。蒙东、蒙西、吉林风电发电量占全社会用电量的比例分别达到21．2%、8.7%、5．6%，接近、达到甚至超过德国、西班牙和丹麦等风电发达国家，风电利用已经达到世界较高水平。

（3）电网企业高度重视弃风问题并积极采取措施减少弃风

我国风电主要集中在国家电网公司经营区域。国家电网公司已将经营区域内的全部并网风电机组纳入调度运行管理体系，进行月度发电计划安排、日前电力电量平衡和实时调度。充分挖掘系统调峰能力，特别是热电联产机组的调峰潜力，最大限度提高风电消纳能力。公司加快推进风电送出工程建设，确保风电及时并网。配合国家千万kW级风电基地规划，公司组织研究并提出了2015年、2020年风电基地输电规划方案，保障风电基地开发外送。

（4）加快特高压跨区电网和“三华”同步电网建设是解决弃风问题的最直接和最有效的举措欧美国家风电发展经验表明，实现大规模风电并网消纳的关键在于提高电力系统的运行灵活性。我国电源结构以煤电为主，燃气、抽水蓄能等灵活电源比重小，这种电源结构在短期内难以得到实质性改变。只有通过扩大风电消纳范围，才能有效提高消纳能力，减少弃风。建设特高压跨区电网，构建坚强的“三华”同步受端电网，有利于实现“三北”地区风电在全国范围内统筹消纳，确保实现2020年1．5亿kW的风电开发规模。

5结语

从国外经验来看，弃风是美国、德国、西班牙、丹麦等国家风电发展中的普遍现象。上述国家通过采取适当的弃风管理措施，使得弃风问题在风电开发商和电网运营商之间达成了共识。弃风问题在本质上是电力系统对风电的消纳能力问题，解决弃风问题需要包括发电、输配电及用电在内的各环节、各利益相关方的共同努力。

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收稿日期：2011-11-29

本文编辑：王延婷