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马宗林:加快中国风能开发和利用

2010年03月12日11:39    来源:人民网
  进入二十一世纪以来,能源资源紧张、环境污染严重已成为经济社会可持续发展的重大制约因素,能源安全、能源效率、能源环境等问题受到全球广泛关注。为适应新的形势,应对未来挑战,越来越多的国家将清洁能源作为能源发展的重点,积极推动能源发展战略转型和结构调整。华北电网有限公司董事长、党组书记马宗林代表说:“能源是经济发展和社会生活的重要物质基础,保障能源的长期稳定可靠供应是我们共同追求的目标。” 他作为一名区域电网企业负责人,针对目前中国风电发展现状、问题及趋势,进行了深入思考。他建议国家:加快中国风能开发和利用。他的意见和建议如下:

  风能是一种无污染、可再生的能源。通过风力的清洁和安全发电方式,不消耗化石燃料以及用于冷却的珍贵淡水资源,并且不排放温室气体或有害的空气污染物,可以贡献清洁和安全的电力。随着国际上风电技术和装备水平的快速发展,风力发电已经成为目前技术最为成熟、最具规模化开发条件和商业化发展前景的新能源技术。进入新世纪,世界风力发电得到了飞速的发展,全球风电装机规模2005年为5900万千瓦,2008年为1.2亿千瓦,三年翻一番,年均增长27%。世界风能协会预计,预计到2020年风电装机容量会达到12.31亿千瓦,年发电量相当于届时世界电力需求的12%。风力发电已不再是无足轻重的补充能源,而是最具商业化发展前景的新兴能源产业。

  我国幅员辽阔,风能资源丰富,据《中国风能资源评价报告》测算,我国可开发的陆地风能资源大约为2.5亿千瓦,可利用的海洋风能资源大约为7.5千瓦,共计约10亿千瓦。近年来,我国风电发展开始进入快车道,装机规模连年翻番增长。2007年,我国风电发电量为53.6亿千瓦时,占全国发电总量的0.16%。2008年,新增风电装机容量就高达600万千瓦,装机增长率达到了100%。目前,全国风电装机总量已超过1200万千万,在建装机规模为1000万千瓦。以风电为代表的可再生能源的较快发展,正在逐步改变以火电为主的电源结构,不断为节能减排作出新的贡献。但是与此同时,风电的大规模跨越式发展也带来了诸如电能质量、电网安全、电源集中、技术创新能力不足等一系列问题,需要认真研究,积极应对。

  一、从科学调整能源结构着眼,稳步增加风电装机比例

  多年来,中国煤炭占一次能源生产总量的比例一直居高不下,一般维持在70%-75%左右,远远高于国际平均的水平。同时,由于资源的地域分布不均,中国煤炭总体上呈北煤南运的格局,大量煤炭需要铁路运输,加速了铁路运力的紧张。电力结构也呈现以煤为主的特征,中国煤炭的一半以上是用于发电,大约75%的电力装机是以煤为燃料的火电机组。而发电量的82%来自煤电,电力对煤炭的依存度很高,矛盾也比较突出。更为严峻的是煤炭大量开采、消耗带来了生态环境破坏和水资源的污染,应对全球气候变化的压力也日益加大,给中国的经济社会发展带来了新的挑战。

  国务院决定,到2020年我国单位国内生产总值二氧化碳排放比2005年下降40%-45%,非化石能源占一次能源消费的比重达到15%左右,对今后一个时期我国能源发展提出了新的要求。电力工业面临着十分艰巨的结构调整任务。

  大力发展以风电为代表的可再生能源为我们保护环境、应对气候变化提供了一条可持续发展之路。我们要在科学预测经济发展对电力需求的基础上,合理规划各类能源发展比例,既要确保经济社会发展的能源供应,又要实现能源结构的优化,为大规模开发应用风电创造条件。

  由于风电具有间歇性、随机性等特点,大规模风电并网对电力系统安全稳定运行势必带来一定影响,这在国外已经有了先例,比如2008年在美国德州,由于并网风能大幅减少,造成电网频率降低,酿成拉闸限电事件。因此,发展风电必须关注风电在能源结构中的比例。有个概念需要提出,即:风电接入比例,也称风电穿透率,是指风电总发电容量占系统所在地区峰荷的比例或风电在年度电力消费量中所占的比例。目前,整个欧洲的接入比例约为3%。一些研究机构以德国、丹麦和西班牙为例,提出风电装机容量在整个电网的比例可以超过20%。这一研究结论是否适用于我国的情况,还存在比较大的争议。另外一些专家认为:风电接入比例是一个复杂的技术问题,与特定电网的电源结构、电网结构、风电产业的技术水平密切相关。一般认为,随着电源调节能力的增强和风力发电控制技术的发展和电网结构的改善,风电接入比例可逐步提高。

  在储能技术尚未充分应用的前提下,电网的发电和负荷是一种动态的平衡,也就是“即发即用”。风电机组的出力大小由机组特性和风速大小决定,而风速变化具有不确定性的特点,风电出力具有间歇性。为了抵消风电电源的这种间歇性对发供电平衡的冲击,电网中的其他电源必须在满足负荷快速变化的同时,具有足够的调节容量和调节速度来弥补这种冲击,这就对网内电源的结构提出了更高的要求。大量风电接入电网客观上要求网内其他电源必须增加更多的调节容量和更灵活的调节速度。

  在特定的电网内,如果不考虑风电机组的调节能力和电网网架的制约,其网内电源的装机结构就是限制其接纳风电能力的最主要技术因素。一般来说,电网中的水电、燃气机组由于其调节能力较强,对较高的风电接入比例有益。反之,系统中火电机组比例越高则限制了风电接入比例的数值。按照目前的预测,到2020年我国电源装机将达到16.4亿千瓦,其中调节能力(调节容量和调节速度)较差的煤电机组10.6亿千瓦,核电5600万千瓦;调节能力较强的水电装机3.46亿千瓦,抽水蓄能3200万千瓦,燃气电厂2800万千瓦,仅占总装机比例的24.75%。与此形成鲜明对比的是:欧洲德国、丹麦和西班牙等风电强国电源装机中调节性能高的水电、燃气电厂的比例远高于50%。电源结构的极度不平衡性是我国风电发展与欧洲传统风电强国的最大不同,也是我国风电接入比例的最大制约因素。

  改变电网的电源结构,增加电网调节的灵活性需要时间和技术的准备,风电替代现有能源的步骤不能过快,要与负荷增长和电网建设协调发展。目前华北电网的电源结构和风电产业的发展程度都不支持更大规模的风电接入,建设和接纳风电需要时间,可考虑今后在加强负荷管理、引进储能技术、发展智能电网、不断总结规律的基础上逐步加大风电的接入规模。

  二、从加快发展特高压电网着手,积极促进风电大发展

  我国能源资源和生产力发展布局不平衡,煤炭资源保有储量的76%分布在北部地区,水能资源的80%分布在西部地区,陆地风能主要集中在北部地区,而2/3以上的电力需求集中在中东部地区。就风电开发应用而言,有两大劣势。

  首先,风电基地所在地区负荷不高、消纳能力不足。目前,我国正在进行千万千瓦级风电基地建设规划的地区主要集中在内蒙、新疆、甘肃、河北、吉林、江苏沿岸沿海。其中,内蒙、新疆、甘肃、吉林等地区用电负荷不高(内蒙、新疆、甘肃、吉林2009年最大负荷只有1468万千瓦、792万千瓦、890万千瓦、806万千瓦),无法就地消纳大量风电,只能依靠外送。其次,风电基地所在电网调节能力有限、安全裕度不够。考虑到风电的运行特性,电网在接入风电时,必须有足够的快速调节能力予以支持。我国风电基地所处电源结构大都以煤电为主,特别是内蒙和河北地区,燃煤机组比例高达98%,电源调节容量不足,调节速度慢,无法满足风电大规模并网要求。现有以500千伏为主网架的电网发展模式,无法满足风电大规模集中开发利用的要求。

  加快发展特高压电网,实施“一特四大”(特高压电网,大煤电、大水电、大核电和大可再生能源基地)战略,建设由1000千伏交流和±800千伏直流构成的特高压电网,形成电力“宽带网络”,促进大型可再生能源基地的集约化开发,实现电力的大规模、远距离、高效率输送。经深入研究论证,通过建设“两纵两横”特高压交流电网,将有力地推动西部北部风电能源基地建设,保证电力安全稳定送往中东部负荷中心,对推动清洁能源规模化开发具有重要意义,是在全国范围内构建稳定、经济、清洁、安全的能源供应体系的重要途径。

  三、从加强关键技术研究着力,突破清洁能源应用瓶颈

  从技术上看,目前制约风电发展的技术障碍主要集中在大规模储能和智能电网两大领域,需要我们政府、企业、科研机构以及社会各界共同努力,加大投入,加快研发,尽快形成可利用的技术成果,抢占技术制高点。

  一是大力研究大规模存储技术。风力发电不同于化石能源发电。化石能源发电是“以需定发”,即社会需要多少电,电厂就烧多少煤、发多少电。风力发电是“以风定发”,即风场刮多少风,就发多少电。鉴于风力发电的波动性较强,研究开发大规模储能技术和能量转换技术,是发展风电的当务之急。目前,储能技术主要有以下几种:抽水储能、压缩空气储能、飞轮储能、超导储能、电容储能、超级电容器储能、蓄电池储能、氢储能。在国外,最常见的能量存储方法是抽水蓄能电站,主要是利用后半夜在风力强劲而用户需求较低的情况下,利用风力发电机输出的电能蓄水;当需要电力的时候,再利用水轮机发电。大力发展抽水蓄能电站在我国是可行的,也是十分必要的。蓄电池储能技术是各国都十分关注的重点领域。特别是随着电动汽车的发展,蓄电池储能受到了更多的关注,特别是锂离子电池,由于其储能密度高、储能效率高和使用寿命厂等优点,近几年得到了快速发展。电解水制氢技术在低碳经济中将发挥越来越重要的作用,特别是氢气已被普遍认为是一种最理想的新世纪无污染绿色能源,利用后半夜多余的风能转化为氢气进行存储,也是一个很有潜力的研究方向。

  二是加快打造坚强智能电网。首先,坚强智能电网能够准确对人为或自然发生的扰动做出辨识与反应,自动做出预测、负荷控制等反应,对风电即将发生的趋势性变化做出较为准确的预测和判断,调整其出力与需求侧能源消耗,最大限度保证人身、设备和电网的安全;其次,坚强智能电网既能适应大电源的集中接入,又能实现对分布式发电方式的友好接入,做到“即插即用”,为风电等可再生能源的大规模应用提供便利条件,满足电力与自然环境、社会经济和谐发展的要求。再次,坚强智能电网(特别是通过建设特高压骨干网络)能够最大程度地优化电力系统资源配置,通过自动负荷控制、自动能源流调整等方式,实现风电等清洁能源的大规模、远距离、高效率输送,构建稳定、经济、清洁、安全的能源供应体系。总之,建设坚强智能电网是推动我国低碳经济发展的重要载体,是关系到国家能源安全和能源可持续发展的重要环节,关系着经济社会发展全局和创新型国家建设,应给予有利的政策支持。

  四、大力开展节能降耗,促进经济社会可持续发展

  世界上最好的能源是节约出来的能源。从长远看,如果我们不能改变目前的能源消费习惯,提高能源利用效率,再多的能源也会最终被消耗殆尽。同时,环境容量问题也已经对能源的高消耗敲响了警钟,成为制约我国能源、经济发展的主要因素。一方面,我们要通过应用可再生能源减少化石能源的使用量;另一方面,也要在社会各界大力倡导节能意识,发展节能技术,实现现有能源资源的最大程度利用。一是针对煤、油、气等能源,通过科技进步,最大限度地降低煤耗、油耗、气耗。2009年,我国火电机组平均供电煤耗为每千瓦时342克标准煤。日本、德国等发达国家每生产一千瓦时电能,平均耗用标准煤不足300克。我们现有燃煤机组还有一定的节能降耗空间。二是加大物联网建设力度,提高电网可视化、数字化、智能化水平,转变传统的电网运行管理方式,将多网融合技术与电网建设相结合,实现电网运行与用户设备和行为的交流互动,对电网运行信号和市场运营信号主动实时响应,实现电力运行和环境保护等多方面的收益。三是从政策角度鼓励节能,制订更加严格的能效标准和制度规范,出台促进节能的财税政策,大力推广节能新工艺、新技术、新材料,促进全社会共同开展节能活动,努力实现我国经济社会的健康可持续发展。(任胜利)

  
(责任编辑:吕冰)

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