風(fēng)力發(fā)電大型化的進(jìn)展及展望

風(fēng)力發(fā)電大型化的進(jìn)展及展望

1風(fēng)力發(fā)電表現(xiàn)隨著世界各國(guó)環(huán)境保護(hù)意識(shí)的增強(qiáng)，可支配能源發(fā)電迅速發(fā)展，尤其是風(fēng)發(fā)電。近年來風(fēng)電設(shè)備大型化趨勢(shì)強(qiáng)勁,蓄電技術(shù)、與熱電聯(lián)產(chǎn)組合方式、智能電網(wǎng)等,特別是政府的可再生能源電力收購(gòu)政策促進(jìn)了風(fēng)電產(chǎn)業(yè)的發(fā)展,其中德國(guó)的風(fēng)電收購(gòu)政策值得我國(guó)借鑒。2風(fēng)機(jī)用量、供電份額、風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)投資成本將下降在歐洲一些風(fēng)電先行國(guó)家的推動(dòng)下,近年風(fēng)電技術(shù)發(fā)展很快,風(fēng)電機(jī)組大型化取得長(zhǎng)足進(jìn)展,單機(jī)容量從亞兆瓦級(jí)迅速提升到兆瓦級(jí)(1MW、3MW、5MW),研制中的10MW級(jí)風(fēng)電機(jī)組即將問世,機(jī)組安裝高度達(dá)到200m以上。機(jī)組大型化伴隨著材料和制造工藝及安裝技術(shù)的改進(jìn),從而提高了經(jīng)濟(jì)性和競(jìng)爭(zhēng)力。風(fēng)電機(jī)組規(guī)模的歷史演變見表1。風(fēng)電機(jī)組的費(fèi)用約占陸地風(fēng)電場(chǎng)投資的75%,約占近海風(fēng)電場(chǎng)投資的50%。上世紀(jì)80年代陸地風(fēng)電單位容量總投資2600~4300美元/kW,現(xiàn)已降至1400~1900美元/kW。目前風(fēng)力發(fā)電機(jī)大型化已發(fā)展到每臺(tái)3000kW的水平,作為標(biāo)準(zhǔn)的可再生能源,相對(duì)于1000kW光伏發(fā)電的占地面積,風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)可以建設(shè)4.5×104kW。據(jù)2011年5月PETROTECH報(bào)道,從上世紀(jì)90年代后半期歐洲風(fēng)電機(jī)組急速大型化。大型化研究水平達(dá)7~10MW,海上風(fēng)電機(jī)組3.6~6MW(葉輪直徑107~126m),陸上商用機(jī)2~3MW(葉輪直徑80~112m)。據(jù)2010年10月世界風(fēng)能協(xié)會(huì)(GWEC)和綠色和平組織(Greenpeace)的預(yù)測(cè)報(bào)告分析,雖然各國(guó)情況不同,但風(fēng)電機(jī)組大型化是全球趨勢(shì),今后數(shù)十年還將延續(xù),預(yù)測(cè)各種機(jī)型使用壽命在20年左右。風(fēng)機(jī)性能和建場(chǎng)地址將左右風(fēng)電場(chǎng)的設(shè)備利用率,目前的設(shè)備利用率在25%左右,隨著風(fēng)機(jī)技術(shù)的改進(jìn)和風(fēng)電場(chǎng)場(chǎng)址的改善,設(shè)備利用率將穩(wěn)步提高,預(yù)計(jì)2015年平均設(shè)備利用率將提高至28%。通常海上的設(shè)備利用率比陸地高。1MW風(fēng)電場(chǎng)按25%的設(shè)備利用率計(jì),年發(fā)電量2190MW·h,GWEC以此為基礎(chǔ),就風(fēng)力發(fā)電量和供電份額進(jìn)行了預(yù)測(cè)?；鶞?zhǔn)方案(按現(xiàn)行政策)預(yù)計(jì)2020年風(fēng)力發(fā)電1×1012kW·h,比2009年1.585×108kW裝機(jī)容量發(fā)電3500×108kW·h大體增加了2倍,可供應(yīng)世界電力需求的4.5%~4.8%;2030年風(fēng)力發(fā)電量將增加至1.4×1012kW·h,供電份額增長(zhǎng)至4.9%~5.6%。中增長(zhǎng)方案(支持可再生能源政策)預(yù)計(jì)2020年風(fēng)力發(fā)電量2×1012kW·h,供電份額增長(zhǎng)至8.9%~9.5%;2030年發(fā)電4.3×1012kW·h,供電份額增長(zhǎng)至15%~17.5%。高增長(zhǎng)方案(大力支持風(fēng)力發(fā)電政策)則確立風(fēng)電的主力電源地位,2020年風(fēng)力發(fā)電2.6×1012kW·h,供電份額達(dá)11.5%~12.3%;2030年風(fēng)力發(fā)電量5.4×1012kW·h,供電份額大幅上升至18.8%~21.8%。隨著風(fēng)力發(fā)電開發(fā)的迅速擴(kuò)大,過去20年風(fēng)電機(jī)組投資成本大幅下降。GWEC預(yù)測(cè),隨著風(fēng)電開發(fā)技術(shù)進(jìn)步和規(guī)模效益,投資成本將穩(wěn)步下降,按高增長(zhǎng)方案表現(xiàn)尤為顯著。2009年投資成本為1350歐元/kW,基準(zhǔn)方案預(yù)計(jì)2020年投資成本降至1240歐元/kW,2030年降至1216歐元/kW。而高增長(zhǎng)方案預(yù)測(cè)投資成本將會(huì)進(jìn)一步急速下降,2030年降至1093歐元/kW。2009年全球風(fēng)力發(fā)電設(shè)備投資額518億歐元,按基準(zhǔn)方案2015年大體減半至266億歐元,而后逐步增加,2030年后回升到目前水平;中增長(zhǎng)方案預(yù)測(cè)全球投資額由2010年的535億歐元增至2015年的791億歐元、2020年的1065億歐元和2030年的1660億歐元;高增長(zhǎng)方案預(yù)測(cè)由2010年的575億歐元增加至2015年的1091億歐元、2030年的2020億歐元。風(fēng)電開發(fā)也創(chuàng)造了就業(yè)機(jī)會(huì)。考慮到各國(guó)情況,GWEC按2010年風(fēng)力發(fā)電每兆瓦裝機(jī)容量創(chuàng)造14人/a就業(yè)計(jì)算(其中除設(shè)備制造、元件供應(yīng)、風(fēng)電場(chǎng)的開發(fā)、安裝、運(yùn)輸?shù)戎苯庸陀猛?還包括間接雇用),隨著生產(chǎn)工藝最佳化,到2020年每兆瓦雇用人數(shù)降至13人/a,2025年降至12人/a。同時(shí)風(fēng)電場(chǎng)的運(yùn)轉(zhuǎn)、維修預(yù)計(jì)每兆瓦創(chuàng)造就業(yè)0.33人/a。GWEC稱,2009年風(fēng)力發(fā)電部門雇用超過60萬人,按基準(zhǔn)方案2010年減少至46.3萬人,而后上升至2020年的52.4萬人,2030年達(dá)到80.9萬人;中增長(zhǎng)方案預(yù)測(cè)2015年超過100萬人,2020年達(dá)到130萬人,2030年為260萬人;高增長(zhǎng)方案將進(jìn)一步增加,預(yù)計(jì)2015年達(dá)到創(chuàng)紀(jì)錄的140萬人,2020年達(dá)到200萬人,2030年超過300萬人。風(fēng)力發(fā)電擴(kuò)大當(dāng)然對(duì)二氧化碳減排貢獻(xiàn)更大,按GWEC的預(yù)測(cè),基準(zhǔn)方案2010年時(shí)減排二氧化碳2.43×108t,2015~2020年每年減排5×108t,2030年減排8.43×108t。國(guó)際能源署(IEA)預(yù)計(jì),2030年發(fā)電部門的二氧化碳排放量為187×108t,按照GWEC基準(zhǔn)方案減排量太少;按照GWEC的中增長(zhǎng)方案,到2020年風(fēng)力發(fā)電年減排二氧化碳12×108t,2030年減排26×108t;高增長(zhǎng)方案2020年風(fēng)力發(fā)電年減排二氧化碳16×108t,2030年減排33×108t。3美國(guó):蓄電技術(shù)待考以風(fēng)力發(fā)電、太陽(yáng)能發(fā)電為代表的可再生能源發(fā)電具有間歇性特征,發(fā)電量少時(shí)需調(diào)整火力發(fā)電等其他發(fā)電設(shè)備出力,輸電線路可接受可再生能源的發(fā)電量。但是,當(dāng)可再生能源發(fā)電量多時(shí),即使調(diào)整系統(tǒng)中其他發(fā)電廠出力也難以全部接納輸出。可用蓄電裝置儲(chǔ)存可再生能源的發(fā)電量,在必要時(shí)提供電力。為此,蓄電技術(shù)成為大量引入可再生能源的有效手段,受到前所未有的關(guān)注,美國(guó)、歐盟、日本等都設(shè)專項(xiàng)經(jīng)費(fèi)支持蓄電技術(shù)的研究開發(fā)。據(jù)美國(guó)蓄電協(xié)會(huì)資料,目前正在研究的具有代表性的蓄電技術(shù)見表2。迄今為止,美國(guó)能源部(DOE)能源技術(shù)革新的3個(gè)重點(diǎn)領(lǐng)域是:提高核反應(yīng)堆效率的模擬試驗(yàn)、利用太陽(yáng)能由二氧化碳和水制造燃料、提高現(xiàn)有和新建大樓的能源效率;新增的3個(gè)重點(diǎn)領(lǐng)域是:稀土和重要原料處理、智能電網(wǎng)(smartgrid)和輸電關(guān)聯(lián)技術(shù)、蓄電池和儲(chǔ)能關(guān)聯(lián)技術(shù)。今后擴(kuò)大可再生能源引入量,必須配備蓄電設(shè)備和輸電線路。DOE的預(yù)算支持適宜地方開發(fā)的抽水蓄能電站、支持開發(fā)采用壓縮空氣的大規(guī)模蓄電技術(shù),并敷設(shè)引入海上風(fēng)電的輸電線路和研究輸電線路的現(xiàn)代化,有關(guān)輸電、蓄電的部門預(yù)算額度全都增加。與2010年相比,2011年可再生能源輸電和調(diào)頻的預(yù)算增加0.234億美元,達(dá)到0.608億美元;智能電網(wǎng)的預(yù)算增加0.135億美元,達(dá)到0.45億美元;蓄能增加0.434億美元,達(dá)到0.57億美元?？梢?今后美國(guó)引入可再生能源的關(guān)鍵是輸電和蓄電技術(shù)。2011年8月上旬DOE宣布,受理有關(guān)太陽(yáng)能電池生產(chǎn)的補(bǔ)助金申請(qǐng),支持太陽(yáng)能電池生產(chǎn)削減成本的技術(shù)開發(fā),計(jì)劃兩年內(nèi)支付5000萬美元。美國(guó)政府不僅支付太陽(yáng)能電池等涉及可再生能源的各種補(bǔ)助金,值得注意的是關(guān)于蓄電的補(bǔ)助金。規(guī)模最大的蓄電技術(shù)是抽水蓄能電站,世界抽水蓄能發(fā)電裝機(jī)容量2700×104kW,但建設(shè)受場(chǎng)地限制。2011年4月美國(guó)內(nèi)務(wù)部和DOE宣布,支持包括抽水蓄能電站在內(nèi)的發(fā)電技術(shù)研究開發(fā)的補(bǔ)助金為0.266億美元。蓄電池也是支持?jǐn)U大可再生能源的主要領(lǐng)域。美國(guó)電力大企業(yè)Duke能源公司引進(jìn)15.3×104kW風(fēng)電及3.6×104kW大型蓄電池,DOE支付補(bǔ)助金0.22億美元。美國(guó)蓄電協(xié)會(huì)稱,DOE支出的蓄電技術(shù)研究補(bǔ)助金達(dá)1.58億美元。壓縮空氣蓄電方法也是大規(guī)模蓄電的有力技術(shù),SustainX公司制造了4000kW驗(yàn)證設(shè)備,DOE支付了0.0539億美元的補(bǔ)助金。蓄電技術(shù)還受到美國(guó)地方政府的支持,飛輪蓄能技術(shù)是美國(guó)引進(jìn)的另一種蓄電方法,賓夕法尼亞州BaconPower公司建設(shè)2×104kW設(shè)備,2011年8月得到州政府500萬美元的補(bǔ)助金。該項(xiàng)目總投資5300萬美元,州政府及DOE共支付了2400萬美元補(bǔ)助金。加利福尼亞州政府宣布,支持當(dāng)?shù)貎杉已芯块_發(fā)飛輪蓄能和蓄電池的企業(yè),支付補(bǔ)助金85萬美元,這兩家公司還分別得到聯(lián)邦政府?dāng)?shù)百萬美元的補(bǔ)助金。我國(guó)已掌握抽水蓄能電站綜合監(jiān)控和安全檢測(cè)等核心運(yùn)行控制技術(shù),以及相關(guān)設(shè)備的設(shè)計(jì)、開發(fā)、制造、運(yùn)行管理技術(shù),滿足了大型抽水蓄能電站建設(shè)、運(yùn)營(yíng)和維護(hù)的需要,為電網(wǎng)削峰填谷、調(diào)頻調(diào)相、事故備用、蓄洪補(bǔ)枯等提供了重要保障。我國(guó)還成功研制了儲(chǔ)能電池,建成了具有國(guó)際領(lǐng)先水平的電網(wǎng)儲(chǔ)能電池特性試驗(yàn)系統(tǒng)等。目前在儲(chǔ)能領(lǐng)域各國(guó)都處于產(chǎn)業(yè)應(yīng)用的初級(jí)階段[7~9],儲(chǔ)能技術(shù)的開發(fā)遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于風(fēng)能和太陽(yáng)能的發(fā)展,各國(guó)都急于發(fā)展該技術(shù)。我國(guó)存在的問題是技術(shù)成熟度低、示范應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)少,在研究和應(yīng)用上總體與國(guó)外有一定差距,盡管個(gè)別項(xiàng)目上我國(guó)擁有領(lǐng)先技術(shù),但多數(shù)儲(chǔ)能技術(shù)與國(guó)際先進(jìn)水平尚有一定距離,在產(chǎn)業(yè)鏈上的差距更大。截至2010年底全球電力儲(chǔ)能總裝機(jī)125.52GW,約占世界電力裝機(jī)總量的3.0%。2010年我國(guó)電網(wǎng)發(fā)電裝機(jī)容量962GW,預(yù)計(jì)2015年將達(dá)到1430GW,2020年達(dá)到1640GW。截至2010年,我國(guó)電力儲(chǔ)能裝機(jī)容量約16.345GW,僅占全國(guó)電力裝機(jī)總量的約1.7%。儲(chǔ)能已成為可再生能源和智能電網(wǎng)大規(guī)模發(fā)展的主要瓶頸,大規(guī)模儲(chǔ)能技術(shù)已被列入我國(guó)“十二五”能源規(guī)劃,出臺(tái)相應(yīng)的法規(guī)和政策,促進(jìn)儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)發(fā)展。4煤氣化聯(lián)合循環(huán)發(fā)電igcc隨著風(fēng)電大規(guī)?？焖侔l(fā)展,風(fēng)電入網(wǎng)面臨調(diào)峰能力不足的問題,需要建設(shè)燃煤燃?xì)怆姀S,優(yōu)化電源結(jié)構(gòu),合理配置調(diào)峰電源,解決大規(guī)模發(fā)展帶來的系統(tǒng)調(diào)峰問題。2008年我國(guó)燃煤發(fā)電量占總發(fā)電量的78.9%,世界為40.9%(美國(guó)49.1%、日本26.8%、德國(guó)46.1%、印度48.6%)。我國(guó)燃煤發(fā)電效率平均為33%,超超臨界燃煤發(fā)電(USC)實(shí)用化效率41%。整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)發(fā)電(IGCC)效率達(dá)到46%,進(jìn)一步有可能達(dá)到51%。由此可見,我國(guó)已不適宜再建設(shè)一般意義上的燃煤電廠,而IGCC是比較好的選擇。但是,最好的選擇是風(fēng)電與熱電聯(lián)產(chǎn)組合。2011年5月國(guó)際能源機(jī)構(gòu)(IEA)公布報(bào)告,提出與熱電聯(lián)產(chǎn)組合的方式可大幅擴(kuò)大可再生能源的利用。4.1熱電聯(lián)產(chǎn)是構(gòu)建低碳社會(huì)的重要資最近,IEA在《熱電聯(lián)產(chǎn)與可再生能源:低碳能源未來解決方式》(Co-generationandRenewables:Solutionforalow-carbonenergyfuture)報(bào)告中指出,在能源與氣候變化的討論中,對(duì)熱供應(yīng)的評(píng)價(jià)過低,明確了熱電聯(lián)產(chǎn)與可再生能源組合對(duì)構(gòu)建低碳社會(huì)具有巨大潛力。熱電聯(lián)產(chǎn)是指使用相同燃料同時(shí)供給電和熱,燃料可使用煤炭、天然氣、核能以及生物質(zhì)能、太陽(yáng)能、地?zé)岬瓤稍偕茉?。熱電?lián)產(chǎn)不是新技術(shù),不過是原有技術(shù)的組合。IEA的報(bào)告著眼于熱電聯(lián)產(chǎn)與可再生能源組合,相互補(bǔ)充,可再生能源輸出功率不穩(wěn)定的缺點(diǎn),可望用熱電聯(lián)產(chǎn)方式彌補(bǔ)。熱電聯(lián)產(chǎn)、可再生能源分別單獨(dú)利用也是低碳能源,兩者組合使用,可供給低碳熱和低碳電,使它們作為低碳能源的作用進(jìn)一步提高。IEA稱,如果按照現(xiàn)有趨勢(shì)繼續(xù)發(fā)展下去,2050年世界二氧化碳排放量將達(dá)到570×108t,大約比2010年增加1倍。相反,如果按照可持續(xù)發(fā)展方式減少排放,可以減至2010年的1/2。從不可持續(xù)的方式轉(zhuǎn)變?yōu)榭沙掷m(xù)的方式,提高能源效率、可再生能源的貢獻(xiàn)巨大。熱電聯(lián)產(chǎn)是提高能源效率的有效手段,預(yù)計(jì)二氧化碳排放量可削減58%。4.2世界和oecd的熱需求IEA稱,投入發(fā)電的能源2/3被損耗,其中熱轉(zhuǎn)換損失占63%,廠區(qū)內(nèi)利用與輸配電損失僅占約5.4%?？磥黻P(guān)鍵問題是如何減少轉(zhuǎn)換損失,最新型的火力發(fā)電的效率也僅為45%。然而熱電聯(lián)產(chǎn)裝置投入燃料的75%~80%可轉(zhuǎn)換為有用能,最高效的裝置可達(dá)90%。熱電聯(lián)產(chǎn)在供電的同時(shí)供熱,整體效率提高,即使是使用化石燃料,也會(huì)隨著效率的提高,單位能源的二氧化碳排放量減少。若燃料采用可再生能源,熱電聯(lián)產(chǎn)的低碳效果將進(jìn)一步提高。現(xiàn)在,用于發(fā)電的可再生能源有風(fēng)力、太陽(yáng)能、水力、潮汐、生物質(zhì)能等,作為熱源利用的可再生能源有地?zé)帷⑻?yáng)能、生物質(zhì)能等。過去僅關(guān)心用于發(fā)電的可再生能源,據(jù)IEA的數(shù)據(jù),除水力外,2009年IEA加盟國(guó)家可再生能源發(fā)電量占總發(fā)電量的4.5%?？稍偕茉此挤蓊~比之2002年增長(zhǎng)了一倍,有可能大幅擴(kuò)大可再生能源利用的手段是熱電聯(lián)產(chǎn)。按照IEA的資料,世界終端能源消費(fèi)中熱力占47%、運(yùn)輸占27%,電力不過占17%;OECD國(guó)家中熱力占37%、運(yùn)輸占32%、電力占21%。OECD的熱幾乎都是化石燃料生產(chǎn)的,其中天然氣占50.5%,石油占25.2%,地?zé)岷吞?yáng)能僅占0.6%。終端能源消費(fèi)中熱力所占份額比電力大。IEA資料顯示,世界、OECD都是產(chǎn)業(yè)部門所占份額大,分別為44%和43%,住宅、商業(yè)、公共服務(wù)部門合計(jì)約占50%。熱與電的差別在于不能長(zhǎng)距離高效輸送,因此有必要就近建設(shè)裝置。同時(shí),對(duì)熱的溫度、規(guī)模的要求范圍也較寬,住宅充其量要求數(shù)十?dāng)z氏度,產(chǎn)業(yè)用工藝熱超過400℃?？捎糜诠?yīng)商業(yè)用熱的可再生能源包括:可燃性可再生能源、太陽(yáng)能、地?zé)?且均可用于供應(yīng)低溫?zé)?。熱需求涉及特性和相?dāng)大的利用幅度,對(duì)熱電聯(lián)產(chǎn)的需求很大。過去的熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng),很多情況下電力比熱利用優(yōu)先,相應(yīng)也認(rèn)為電力是附加值高的能源。但I(xiàn)EA的報(bào)告指出,考慮到對(duì)熱的需求比電力大的現(xiàn)狀,過去對(duì)熱的價(jià)值評(píng)價(jià)明顯過低。4.3英國(guó)能源持續(xù)失衡模型的計(jì)算方法電力儲(chǔ)存難,電力公司供電要瞬時(shí)配合對(duì)應(yīng)需求。若電力需求少時(shí)可以儲(chǔ)存、需求大時(shí)可以輸出,就沒有必要建設(shè)滿足瞬間高峰需求的發(fā)電裝機(jī)容量。風(fēng)電、太陽(yáng)能發(fā)電具有隨機(jī)性、多變性的特點(diǎn),如果占電源構(gòu)成比率大,將引發(fā)電力供應(yīng)不穩(wěn),成為阻礙其大規(guī)模引入的主要原因。過去10年,IEA成員國(guó)大幅擴(kuò)大除水電以外的可再生能源的利用,但2009年也僅占總發(fā)電量的不到5%。IEA分析,鑒于在適當(dāng)條件下熱電聯(lián)產(chǎn)與可再生能源發(fā)電組合可取得電力供需平衡,由此可能擴(kuò)大可再生能源的利用。英國(guó)主要電力供應(yīng)商EDF能源公司認(rèn)為,由于風(fēng)力發(fā)電裝機(jī)容量增長(zhǎng),造成負(fù)荷變化波動(dòng),效率低下,從而必須更多依賴二氧化碳排放量高的開式循環(huán)氣(opencyclegas)。IEA認(rèn)為,作為燃?xì)饣鹆Πl(fā)電廠降低二氧化碳排放量的方法,利用發(fā)電后剩余熱的熱電聯(lián)產(chǎn)是有效手段,問題是如何穩(wěn)妥地向用戶供熱。有人指出儲(chǔ)存熱比儲(chǔ)存電力簡(jiǎn)單,但儲(chǔ)存高溫?zé)峄蜷L(zhǎng)期儲(chǔ)存,以現(xiàn)在的技術(shù)存在困難。IEA指出,100℃以下的低溫?zé)峥捎糜诠┡?歐洲32國(guó)產(chǎn)業(yè)用熱30%是100℃以下。熱電聯(lián)產(chǎn)與蓄熱裝置組合,是擴(kuò)大可再生能源利用的有益選擇。熱電聯(lián)產(chǎn)、蓄熱與可再生能源發(fā)電組合的可行性調(diào)查已經(jīng)開始實(shí)施。歐盟提供資金的DESIRE項(xiàng)目于2005年6月至2007年5月實(shí)施,在風(fēng)力發(fā)電大量供應(yīng)電力的場(chǎng)合采用熱電聯(lián)產(chǎn)裝置,減少發(fā)電量,彌補(bǔ)熱的需求。IEA注意到東京瓦斯和大阪瓦斯兩家公司2010年5月發(fā)布的有關(guān)項(xiàng)目的驗(yàn)證試驗(yàn),該項(xiàng)目試驗(yàn)結(jié)果表明,光伏發(fā)電與熱電聯(lián)產(chǎn)組合,預(yù)計(jì)可減排二氧化碳30%以上,光伏發(fā)電與熱電聯(lián)產(chǎn)相互補(bǔ)充,可削減引入光伏發(fā)電所必須的蓄電裝機(jī)容量,從而促進(jìn)光伏發(fā)電的引入。5智能電網(wǎng),提質(zhì)提效由于風(fēng)電的隨機(jī)性和間歇性,并網(wǎng)會(huì)影響系統(tǒng)安全,建設(shè)智能電網(wǎng)是解決風(fēng)電大規(guī)模接入和輸送問題的根本途徑。智能電網(wǎng)是2000年左右由美國(guó)和歐洲開始引進(jìn)的概念,按照歐美的定義,大致是改善電力供應(yīng)系統(tǒng)并使之現(xiàn)代化,將接入輸、配電網(wǎng)的所有運(yùn)轉(zhuǎn)設(shè)備用信息通訊控制手段自動(dòng)最佳化。接入輸、配電網(wǎng)的所有運(yùn)轉(zhuǎn)設(shè)備是指大規(guī)模集中型發(fā)電設(shè)備、小規(guī)模分散型發(fā)電設(shè)備、大規(guī)模電力用戶以及樓宇能源控制系統(tǒng)、能源儲(chǔ)存設(shè)備、消費(fèi)者使用的家電和電力汽車等。電力供應(yīng)商運(yùn)行的電力系統(tǒng)與消費(fèi)者之間采用具有雙向通訊功能的稱為“智能儀”(smartmeter)的監(jiān)控系統(tǒng)聯(lián)結(jié),對(duì)消費(fèi)者的電力消耗進(jìn)行實(shí)時(shí)計(jì)量,數(shù)據(jù)經(jīng)通訊傳送給電力供應(yīng)商。接收數(shù)據(jù)的電力供應(yīng)商返饋信號(hào),控制個(gè)別電力消費(fèi)等。智能電網(wǎng)是使從發(fā)電到消費(fèi)整個(gè)系統(tǒng)效率最大化的技術(shù),被廣泛采用后,將使輸出功率不穩(wěn)定、過去不能積極接入的光伏、風(fēng)電等可再生能源電力更多接入電力系統(tǒng)成為可能,電力系統(tǒng)的整體利用效率將大大提高,進(jìn)而有利于抑制發(fā)電廠化石燃料的消耗。美國(guó)跨州、歐洲跨國(guó)輸送電力,中國(guó)等發(fā)展中國(guó)家輸電系統(tǒng)超越電力供應(yīng)商的供電區(qū)域進(jìn)行管理,因此可大量引入可再生能源電力。為避免因引入可再生能源損害電力供應(yīng)的穩(wěn)定性,各國(guó)都認(rèn)識(shí)到必須發(fā)展智能電網(wǎng)技術(shù),能源政策基本上都引入了此項(xiàng)技術(shù)措施。智能電網(wǎng)是對(duì)過去建立的發(fā)電、輸電、配電系統(tǒng)以及消費(fèi)結(jié)構(gòu)實(shí)施革命性改造,由于各國(guó)電力系統(tǒng)發(fā)展?fàn)顩r不同,實(shí)施過程中的著力點(diǎn)也各不相同。美國(guó)輸配電系統(tǒng)老化加重,發(fā)電能力不足,因此首先就個(gè)別電力需求、特別是峰時(shí)需求優(yōu)先開發(fā)設(shè)置抑制系統(tǒng)。歐洲為了應(yīng)對(duì)全球氣候變暖和提高能源自給率,大量引入風(fēng)電、太陽(yáng)能光伏發(fā)電,優(yōu)先彈性控制聯(lián)系整個(gè)歐洲的高壓輸電系統(tǒng)。同時(shí),歐盟要求各國(guó)2023年前設(shè)置完成智能電網(wǎng),實(shí)施電力消費(fèi)“可視化”及個(gè)別需求管理。智能電網(wǎng)是美國(guó)奧巴馬政府綠色新政的政策重點(diǎn),2009年公布的《2009美國(guó)復(fù)蘇與再投資法案》(ARRA)分配給智能電網(wǎng)關(guān)聯(lián)項(xiàng)目的補(bǔ)助金、融資等有100億美元。其中設(shè)備投資補(bǔ)助金約34億美元,投入100個(gè)智能電網(wǎng)關(guān)聯(lián)項(xiàng)目,內(nèi)容包括支持電力公司引進(jìn)智能變壓器、輸電網(wǎng)傳感器以及家庭引進(jìn)智能儀表1800萬個(gè)、家庭用顯示器和負(fù)載控制器等,可創(chuàng)造數(shù)萬個(gè)就業(yè)崗位。驗(yàn)證(demonstration)項(xiàng)目的補(bǔ)助金涉及美國(guó)內(nèi)32個(gè)項(xiàng)目共6.2億美元,項(xiàng)目整體總投資(包括民間投資)16億美元以上。2011年4月歐盟發(fā)表關(guān)于智能電網(wǎng)的公告,明確了區(qū)內(nèi)各國(guó)分別建設(shè)、歐盟進(jìn)行協(xié)調(diào)的方針,預(yù)計(jì)歐盟可整體減少二氧化碳排放量9%,家庭電力消費(fèi)量減少10%左右。歐盟預(yù)計(jì)今后10年實(shí)施300個(gè)智能電網(wǎng)項(xiàng)目,總投資55億歐元。目前已從過去單純?cè)O(shè)置智能儀表正式進(jìn)入普及階段,預(yù)計(jì)隨后歐美智能電網(wǎng)開發(fā)的競(jìng)爭(zhēng)將正式展開。美國(guó)民間企業(yè)也積極參與智能電網(wǎng)的開發(fā)。提出“智能”(smart)概念的IBM在支持智能電網(wǎng)關(guān)聯(lián)項(xiàng)目的同時(shí),提供各種系統(tǒng)設(shè)計(jì)和應(yīng)用。通用電氣公司(GE)開發(fā)智能儀表、控制管理軟件、監(jiān)控傳感系統(tǒng)等3種產(chǎn)品,取得了高水平的實(shí)際效果。2009年公布了“能源零消費(fèi)家庭項(xiàng)目”智能電網(wǎng)產(chǎn)品,GE與Googol公司建立合作關(guān)系,共同開發(fā)軟件。此外,還進(jìn)行高溫巖體地?zé)岚l(fā)電(EGS)開發(fā)、插電式(plug-in)汽車實(shí)用化開發(fā)。Googol還進(jìn)入了“功率計(jì)”(powermeter)系統(tǒng)市場(chǎng),提供Web應(yīng)用形式,與智能儀表相聯(lián),使電力消費(fèi)可視化。我國(guó)已經(jīng)完成了多個(gè)大型風(fēng)電基地輸電規(guī)劃的技術(shù)經(jīng)濟(jì)論證,取得了風(fēng)電監(jiān)控及并網(wǎng)控制等關(guān)鍵技術(shù)的研究成果,自主研發(fā)了風(fēng)電功率預(yù)測(cè)系統(tǒng)并投入運(yùn)行,構(gòu)建了涵蓋風(fēng)電機(jī)組控制、風(fēng)電場(chǎng)綜合監(jiān)控、并網(wǎng)和運(yùn)行調(diào)度等較為完整的風(fēng)電控制系統(tǒng)體系,同時(shí)還建立了風(fēng)電接入電網(wǎng)仿真分析平臺(tái)和檢測(cè)機(jī)構(gòu),開展了風(fēng)電對(duì)電網(wǎng)的影響與對(duì)策研究,制定了相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。我國(guó)除了在儲(chǔ)能技術(shù)上取得較大成就以外,還在電網(wǎng)輸配電技術(shù)方面取得了特高壓交流示范工程、特高壓直流示范工程試驗(yàn)運(yùn)行成果,建立了較為完整的特高壓標(biāo)準(zhǔn)體系;在信息通信技術(shù)方面,我國(guó)已經(jīng)建成三縱四橫的主干網(wǎng)絡(luò),形成了以光纖通信為主,微波、載波等多種通信方式并存的通信網(wǎng)絡(luò)格局;在用電技術(shù)等方面也取得了一定技術(shù)成果。然而我國(guó)仍面臨許多問題,需要政府在重大科技項(xiàng)目立項(xiàng)、電網(wǎng)項(xiàng)目核準(zhǔn)、電價(jià)、資金政策和標(biāo)準(zhǔn)制定上給予支持,盡快啟動(dòng)智能電網(wǎng)框架設(shè)計(jì),建立完善的標(biāo)準(zhǔn)體系。另外,政府應(yīng)根據(jù)電力市場(chǎng)的壟斷狀況,制定出適合我國(guó)智能電網(wǎng)發(fā)展的投資及控股制度。6建立電力收購(gòu)機(jī)制目前,我國(guó)可再生能源發(fā)展尚存在很多問題,尤其是還沒有形成適合我國(guó)國(guó)情的可再生能源電力收購(gòu)機(jī)制。德國(guó)之所以能在世界上取得普及可再生能源最為突出的成績(jī),使得可再生能源發(fā)電飛速發(fā)展,其原因就在于德國(guó)的固定價(jià)格收購(gòu)制度。6.1新能源發(fā)電電價(jià)機(jī)制我國(guó)雖然頒布了《可再生能源法》,制度建設(shè)也比較全面,但是政策措施和制度建設(shè)不配套,尚未完全適應(yīng)新能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展的要求。鑒于成本相對(duì)較高以及產(chǎn)品自身特點(diǎn),目前還缺乏社會(huì)對(duì)新能源的廣泛認(rèn)同和完善的市場(chǎng)環(huán)境,存在電網(wǎng)應(yīng)該如何接納新能源電力的問題。我國(guó)至今還沒有形成合理的新能源發(fā)電定價(jià)機(jī)制?！犊稍偕茉捶ā返?9條對(duì)新能源電價(jià)的規(guī)定是:新能源發(fā)電項(xiàng)目的上網(wǎng)電價(jià),由國(guó)務(wù)院價(jià)格主管部門根據(jù)不同類型新能源發(fā)電特點(diǎn)和不同地區(qū)的情況,按照有利于促進(jìn)新能源開發(fā)利用和經(jīng)濟(jì)合理的原則確定,并根據(jù)新能源開發(fā)利用技術(shù)的發(fā)展適時(shí)調(diào)整。實(shí)際上,幾年執(zhí)行下來,什么是“有利于促進(jìn)新能源開發(fā)利用和經(jīng)濟(jì)合理的原則”是一個(gè)模糊不清的概念,即“有利于”和“經(jīng)濟(jì)合理”在價(jià)格制定過程中無法科學(xué)地解釋,至今沒有形成適合我國(guó)國(guó)情和資源狀況的新能源發(fā)電定價(jià)機(jī)制。據(jù)最新報(bào)道,截至2010年底,我國(guó)風(fēng)電吊裝容量為4473×104kW,但累計(jì)建設(shè)容量到2011年上半年才達(dá)到4151×104kW,而最終投入運(yùn)營(yíng)的容量截至2011年10月僅為3913×104kW。這意味著,已裝機(jī)風(fēng)電機(jī)組長(zhǎng)時(shí)間不能正常發(fā)揮效益的已接近1300×104kW。據(jù)中電聯(lián)的數(shù)據(jù),2010~2011年,風(fēng)電上網(wǎng)電量從494×108kW·h增加到583×108kW·h,僅增加了89×108kW·h,未并網(wǎng)率高達(dá)26%。6.2德國(guó)政策調(diào)整背景為了迅速普及風(fēng)力發(fā)電和太陽(yáng)能光伏發(fā)電,要求可再生能源發(fā)電獲得的收益,必須能夠保證風(fēng)車、太陽(yáng)能電池板等設(shè)施費(fèi)用在短期內(nèi)收回。1991年德國(guó)頒布《電力入網(wǎng)法》,強(qiáng)制要求公用電力公司收購(gòu)可再生能源電力,促進(jìn)了風(fēng)電產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。1998年后德國(guó)電力行業(yè)銷售電價(jià)整體下降,為了緩解發(fā)電企業(yè)和輸配電企業(yè)面臨的壓力,2000年4月德國(guó)出臺(tái)《可再生能源法》(EEG),核心政策調(diào)整為可再生能源強(qiáng)制入網(wǎng),固定電價(jià)優(yōu)先收購(gòu),同時(shí)建立了可再生能源電力成本全網(wǎng)分?jǐn)傊贫?。由此促使可再生能源飛速發(fā)展,2010年德國(guó)終端電力消費(fèi)中可再生能源比重提高到17%(其中風(fēng)電占6%)。6.2.1光伏發(fā)電發(fā)電投資風(fēng)險(xiǎn)德國(guó)EEG制度的要點(diǎn)是:①輸電、配電企業(yè)有義務(wù)按法定固定價(jià)格收購(gòu)可再生能源電力;②收購(gòu)期限設(shè)定為20年,風(fēng)力發(fā)電或光伏發(fā)電運(yùn)轉(zhuǎn)年限按20年計(jì)算,從開始發(fā)電起20年的售電收入按固定價(jià)格計(jì)算,投資風(fēng)險(xiǎn)為零;③可再生能源電力收購(gòu)費(fèi)用追加在電費(fèi)中,消費(fèi)者負(fù)擔(dān)一部分分?jǐn)偨?④輸電、配電企業(yè)有義務(wù)將可再生能源電力比火力發(fā)電優(yōu)先接入電力系統(tǒng),從而促進(jìn)可再生能源發(fā)電穩(wěn)定發(fā)展。同時(shí),EEG還規(guī)定輸電、配電企業(yè)有義務(wù)迅速擴(kuò)充輸電線路、設(shè)備等,避免發(fā)生可再生能源電力被推遲收購(gòu)的情況。6.2.2售電收入比率普及可再生能源電力的關(guān)鍵問題是決定利潤(rùn)水平的收購(gòu)價(jià)格和期限。以光伏發(fā)電為例,裝置設(shè)施費(fèi)用約10年收回,而且即使考慮發(fā)電設(shè)備的貸款利息,也能獲得一定的收益。例如2004年光伏發(fā)電收購(gòu)價(jià)格,即使受銀行融資影響,設(shè)定標(biāo)準(zhǔn)也為年收益6%,當(dāng)時(shí)長(zhǎng)期貸款年利率為4%。德國(guó)太陽(yáng)能產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟稱,從超過長(zhǎng)期貸款利息的6%判斷光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)得以生存發(fā)展。此后,光伏發(fā)電售電收入相對(duì)于初期設(shè)施費(fèi)用的比率上升,2006~2010年平均每年為10%,基本按10年進(jìn)行計(jì)算。日照強(qiáng)度高的德國(guó)南部地區(qū)或者大規(guī)模光伏發(fā)電項(xiàng)目的售電收入比率更高,有的甚至達(dá)到15%。德國(guó)的經(jīng)驗(yàn)表明,年售電收入比率在10%左右(回收年限約10年),光伏發(fā)電產(chǎn)