風電：走符合國情的風電發展特色之路
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迅猛發展的風電與“棄風”的尷尬
“十一五”以來，我國風電裝機迅猛發展。2012年，全國新增風電裝機容量、總量分別占全球新增風電裝機容量的30%和總容量的26.8%，保持全球。全年風電發電量1008億千瓦時，約占全國總上網電量的2.0%。
然而，在我國風電產業迅速發展的
我國擁有豐富的風能資源。全國風能詳查和評價結果顯示，全國陸上50米度層年平均風功率密度大于等于300瓦/平方米的風能資源理論儲量約73億千瓦。其中，可開發利用風能儲量（不包括海上）遠我國化石能源之和。而由于風電并網受限，難以大規模發展。筆者以為，將我國風能潛在優勢轉化為現實生產力和國際競爭力，必須走大規模風電效、低成本全部利用之路。
迅猛發展的風電與“棄風”的尷尬
“十一五”以來，我國風電裝機迅猛發展。2012年，全國新增風電裝機容量、總量分別占全球新增風電裝機容量的30%和總容量的26.8%，保持全球。全年風電發電量1008億千瓦時，約占全國總上網電量的2.0%。
然而，在我國風電產業迅速發展的同時，大量風電對電網穩定與安全的矛盾日益凸顯，風電限電棄風現象日趨嚴重，也使風電制造業嚴重過剩。
2012年我國風電限電過200億度（實際值應大于300億度），比2011年增加一倍。按現在1千克標準煤發3度電的水平，200億度電等于浪費了670萬噸煤，直接經濟損失過100億元。為此還帶來達2000萬噸二氧化碳排放，以及二氧化硫、氮氧化物等粉塵侵害的環境污染問題。
2012年全國風電平均利用小時數比2011年減少30小時，個別省（區）風電利用小時數下降到1400小時左右。目前蒙東、吉林限電為突出，冬季供暖期限電比例已50%。蒙西、甘肅酒泉、張家口壩上地區限電比例達20%以上。
大規模限電，導致風電企業無利可圖，企業經營從繁榮跌入衰退。兩年前，明陽風電、金風科技和華銳風電紛紛上市，風電產業輝煌一時；如今，三大巨頭全部陷入舉步維艱的境地。運營商龍源集團2012年因棄風減少利潤13億元；大唐集團經營的800萬千瓦風場，棄風率竟達40%～60%，由盈利進入虧損。短短兩年，“好的風”變成了“壞的風”，我國的風電產業進入“寒冬”。
能源結構與國情
決定我國風電不能大規模并網
中國風電為何出現大規模棄風而不能上網？
這主要由于風能自身波動和間歇特性，導致風電場發出的電能隨之波動，接入電網時直接破壞電網穩定性、連續性和可調性，危及電網安全。
1.風電波動嚴重危及電網安全。風電輸出波動劇烈，從一年中風電場每天平均輸出功率看，每天大和少發電量至少相差約40～50倍。從微觀上分析一天內的輸出功率變化，風電在24小時內仍處于非常不穩定狀態，輸出功率（兆瓦）在0～100之間隨機波動。
風電輸出功率大幅度波動和間歇特性，不僅造成電壓波動、閃變、頻率和相位偏差、諧波等10余項指標影響電網供電質量和嚴重危及電網安全，同時，大規模風電并網，還須依靠以煤電為主的發電裝備進行調峰，否則電網將面臨“崩潰”。
2.煤電為主的電網難以為風電做深度調峰。與歐美發達國家不同，我國能源結構以煤炭為主。2012年我國煤電發電量占總發電量的73.9%。而歐美國家的能源結構是以石油、天然氣等為主，其中美國27%是天然氣發電；英國燃氣發電比例更達60%；北歐國家水電占90%。
這些國家電網對風電并網容納能力遠于我國，這是因為燃氣、燃油發電和水電的調峰能力強，在一定范圍內能有效減少風電波動對電網的危害。如西班牙，近十年來大力發展風電，裝機容量居全球第4位。他們在迅速發展風電的同時，大力配套發展具有深度調峰能力的燃油/燃氣機組、聯合循環機組，可深度調節機組達3500萬千瓦，滿足了風電調峰需求。
即便如此，美國、丹麥等西方國家也已遭遇大規模風電上網難的制約。
不同國家、不同地區地理條件和資源分布不一樣，不能完全生搬硬套外國模式。我國以煤電為主的火電機組，其鍋爐燃燒系統具有滯后（反應慢）、效率低、經濟性差，不宜做深度調峰。以1000兆瓦某臨界機組為例，風電充足時，參與調峰的火電機組輸出功率下降，每度電耗煤迅速上升；當輸出功率下降到額定功率的80%時，度電耗煤增加6克；下降到50%時，度電耗煤增加24克，煤電廠處于虧損狀態；下降到30%時，度電耗煤將增加約36克，煤電廠嚴重虧損。同時，度電耗煤的增加也帶來二氧化碳、二氧化硫等排放污染物大幅增加。
現在，國家又要新增投資約8000億元，建“三縱三橫”特壓交流骨干網架，將我國西部地區風電送到東部地區。若僅從工程來看是正確的、能解決問題，但從宏觀上進行系統運行規律分析，我們將發現這又是以鄰為壑、殺敵一萬自損八千的賠本舉措，仍是穿新鞋走老路，不適應中國國情。而且連著名電力專家潘垣院士在支持建設“三縱三橫”骨干網的同時也認為：對于風電等可再生能源的遠距離輸電，導致輸電線路功率會發生大幅度波動，線路的利用率就會降低。而且與火電機組不同，風機的慣性小，直流輸電慣性也小，這就會影響輸送端的運行穩定性。
中國“富煤、少油、缺氣”的國情，決定我國將在較長時間保持以煤電為主的電源結構，這也決定了我國目前電網結構不具備大規模深度調峰能力、國外傳統風電并網模式不符合我國大規模風電并網的國情。中國還是一個發展中國家，這決定我們發展新能源應與經濟效益統一，不能顧此失彼、為發展而發展。
中國風電發展特色之路
針對上述中國風電發展存在的問題，結合在主持實施國家“973”計劃風能項目成果和30余年的研究，筆者以為要將我國風能潛在比較優勢轉化為現實生產力和國際競爭力，必須走大規模風電效、低成本全部利用的中國特色之路。
1.風電產業靠“補貼”難以為繼。目前，我國發展風電基本是遵循歐美等發達國家的思路，將大規模風電并入電網，并靠政府“補貼”來推動風電產業發展。但中國作為發展中國家，完全以“補貼”方式發展大規模風電是不可持續的。
這是因為：按現在風電價格與煤電對比，東部地區上網標桿電價是0.61元/千瓦時，煤電上網價格是0.43元/千瓦時，也就是說，每度風電上網國家要補0.17元。我國現在每度煤電創造的利潤是0.05元，相當于我們要用3.4度的煤電獲得的利潤才能補助1度風電的發展。
2012年全年風電發電量1008億千瓦時，每度風電上網國家要補0.17元，全年國家要補171.36億元。如果風電上網電量發展到電網的10%，國家至少每年要補貼1000億元以上（太陽能發電要每度電補貼約0.8元，達標后每年也要補幾千億）。
2.亟待修改完善《可再生能源法》。2005年出臺的《可再生能源法》第二十九條規定電網企業全額收購可再生能源電量，因風電不能上網造成損失，處一倍以下罰款。由于電網全額收購，還給予財政補貼，使我國風電出現前所未有的“大躍進”，三四年風電裝備產能和裝機容量均達。但是，電網公司既沒有全部收購風電，也沒有被處以罰款。若按照《可再生能源法》，電網公司僅賠償一項就損失1000億元以上。如電網公司將大規模風電無條件全部上網，很可能造成我國若干次大面積停電事故，損失將在數萬億元以上。
2005年，筆者完成的研究報告《中國風電產業發展新戰略》、《可再生能源法立法研究》，同時獲得2005年度國家發展和改革委員會優秀研究成果獎二等獎（一等獎空缺）。報告闡述我國電網在現有條件下不可能大規模消納風電，這一觀點與《可再生能源法立法研究》中的觀點截然相反。
筆者當時提出“風電多了上不了網”這是由中國能源結構決定的，并被事實證明。與之相對應，國家對《可再生能源法》作了8處修改，其中為重要的修正是將原法中“全額”收購可再生能源發電改為“全額保障性”收購。
當前，又有人強烈提出政府要責成電網公司全額收購風電，政府又要新增投資約8000億元，建“三縱三橫”特壓交流骨干網架將我國西部地區風電送到東部地區。我認為，這又是典型的“頭痛醫頭、腳痛醫腳”的舉措。如不改變照抄照搬不適合中國國情的國外大規模風電并網方式，無疑還會重蹈覆轍，繼續付出沉痛的代價。
3.解決風電不能大規模上網的有效途徑。大規模風電利用應該是多元的，解決風電不能大規模上網的一個重要途徑就是發展“非并網風電”。
“非并網風電”是筆者1980年開始研究的，1985年在當時國內唯一風能研究雜志《風能》（第4期，總第12期）和1986年《江蘇工學院學報》（第7卷第4期）提出。經過多年豐富和深化，已形成一套理論體系，在國際風能界得到廣泛認可。
所謂“非并網風電”，就是大規模、大規模風電場所發風電，通過必要的技術創新與集成，用于能較好適應風電特性的耗能工業，使大規模、大規模風電不經過常規電網，就能夠效、低成本、低故障率全部利用。非并網風電技術適用于大規模、大規模風電場，以耗能產業作為載體，將我國豐富的風能資源轉化為規模化綠色產業。
“非并網風電”是我國風能發展領域的原創性成果，2007年獲得國家重點基礎研究發展計劃（“973”計劃）立項，取得一系列研究成果，并廣泛應用；在國家《風電發展“十二五”專項規劃》中三次提到發展“非并網風電”，為我國風電行業進行國際交流、合作的重要領域。目前已通過鑒定的示范工程，可規模化推廣并產生巨大經濟社會效益。
（1）實現風電淡化海水可持續化。傳統意義上的海水淡化是用煤電作為動力源的耗能產業，非并網風電海水淡化，則利用我國沿海地區取之不盡的海水和風能，通過科技進步提供干凈的飲用水，實現我國淡水的可持續化。
《國家“十二五”海水淡化發展規劃（綱要）》采納了“關于可再生能源與海水淡化耦合工程試點”建議，我院日產100噸風電淡水海水的示范工程已通過國家鑒定，并在此基礎上，哈電集團制造建設的單臺風機日產1萬噸海水淡化水能力的示范工程，今年12月將在江蘇大豐市建成投產。
（2）實現耗能產業低碳化。2012年我國電解鋁產能2600萬噸，如60%的鋁產能（1560萬噸）采用非并網風電電解生產，可以消耗我國6360萬千瓦的風電場裝機容量（或10400萬千瓦的光伏電站裝機容量）一年發出電量，年節煤4700萬噸，減排二氧化碳1.28億噸。目前，該技術已建立2000A示范，并通過國家級鑒定。
（3）實現風能直接制氫規模化。不僅解決規模化、低成本制氫難題，還為電網起到調峰作用。目前，該技術已通過國家級鑒定，并成為國家標準的重要內容。同時該新能源技術與傳統能源天然氣進行“嫁接”，如加氫天然氣用于汽車可大幅度提天然氣的燃燒效率，降低氮氧排放80%。
（4）實現煤炭的清潔化。采用風/煤多能源系統，通過風電與煤化工“嫁接”，可使煤化工產量提2.5倍，實現二氧化碳近零排放、節水38%以上，解決了我國煤炭清潔化的世紀難題。
（5）實現多能源協同電網智能化。以上“四化”的實現，將成為四個能適應風電大幅度波動特性和為電網進行調峰的“智能負載”。通過物聯網將常規“智能電網”和“智能負載”，集成創新為具有中國特色的“智能電網系統”，可使我國電網效率由30%提升到40%～60%（美國為45%），將使我國以風能為主的可再生能源得到大規模、效、低成本全部利用，并伴生一批相配套的萬億元級新興制造業集群，將我國全球劣勢、規模大的耗能產業轉化為極具國際競爭力的規模化綠色產業。
非并網風電/氯堿產業、非并網風電/城市污水（泥）效處理產業、非并網風電非石油稀烴鏈化產業等系列成果，正如國家發展和改革委白和金研究員所言，“非并網風電直接用于耗能產業，它不僅對江蘇省而且對全國能源結構、能源布局產生重大影響”。風能學會主席普利本·麥加德表示，“非并網風電系統理論使非并網風電在影響日增，開辟了大規模風電多元化應用的新領域”。
國內外知名專家的評價，更堅定了筆者的信念，加快我國自主研發的這一成果的推廣，將充分發揮和利用我國的風能等可再生能源，催生我國生態文明建設、推動經濟結構轉變和產業結構調整，為實現中國夢、實現中華民族偉大復興作出基礎性的重要貢獻。
作者簡介：
顧為東，江蘇省發展改革委宏觀經濟研究院院長、研究員，國家“973”計劃風能項目首席科學家，中國—加拿大政府國際科技合作項目中方負責人。
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