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米高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(fā)利用風能儲量（不包括海上）遠超我國化石能源之和。而由于風電并網(wǎng)受限，難以大規(guī)模發(fā)展。筆者以為，將我國風能潛在優(yōu)勢轉化為現(xiàn)實生產(chǎn)力和國際競爭力，必須走大規(guī)模風電高效、低成本全部利用之路。
迅猛發(fā)展的風電與“棄風”的尷尬
“十一五”以來，我國風電裝機迅猛發(fā)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%，保持全球領先。全年風電發(fā)電量1008億千瓦時，約占全國總上網(wǎng)電量的2%。
然而，在我國風電產(chǎn)業(yè)迅速發(fā)展的同時，大量風電對電網(wǎng)穩(wěn)定與安全的矛盾日益凸顯，風電限電棄風現(xiàn)象日趨嚴重，也使風電制造業(yè)嚴重過剩。
2012年我國風電限電超過200億度，比2011年增加一倍。按現(xiàn)在1000克標準煤發(fā)3度電的水平，直接經(jīng)濟損失超過100億元。為此還帶來高達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(huán)境污染問題。
2012年全國風電平均利用小時數(shù)比2011年減少30小時，個別省（區(qū)）風電利用小時數(shù)下降到1400小時左右。目前蒙東、吉林限電最為突出，冬季供暖期限電比例已超50%。蒙西、甘肅酒泉、張家口壩上地區(qū)限電比例達20%以上。
大規(guī)模限電，導致風電企業(yè)無利可圖，企業(yè)經(jīng)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(chǎn)業(yè)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(jīng)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，“最好的風”變成了“最壞的風”，我國的風電產(chǎn)業(yè)進入“寒冬”。
能源結構與國情決定我國風電不能大規(guī)模并網(wǎng)
中國風電為何出現(xiàn)大規(guī)模棄風而不能上網(wǎng)？這主要由于風能自身波動和間歇特性，導致風電場發(fā)出的電能隨之波動，接入電網(wǎng)時直接破壞電網(wǎng)穩(wěn)定性、連續(xù)性和可調(diào)性，危及電網(wǎng)安全。
1.風電波動嚴重危及電網(wǎng)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，每天最大和最少發(fā)電量至少相差約40～50倍。從微觀上分析一天內(nèi)的輸出功率變化，風電在24小時內(nèi)仍處于非常不穩(wěn)定狀態(tài)，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(wǎng)供電質(zhì)量和嚴重危及電網(wǎng)安全，同時，大規(guī)模風電并網(wǎng)，還須依靠以煤電為主的發(fā)電裝備進行調(diào)峰，否則電網(wǎng)將面臨“崩潰”。
2.煤電為主的電網(wǎng)難以為風電做深度調(diào)峰。與歐美發(fā)達國家不同，我國能源結構以煤炭為主。2012年我國煤電發(fā)電量占總發(fā)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(fā)電；英國燃氣發(fā)電比例更高達60%；北歐國家水電占90%。
這些國家電網(wǎng)對風電并網(wǎng)容納能力遠高于我國，這是因為燃氣、燃油發(fā)電和水電的調(diào)峰能力強，在一定范圍內(nèi)能有效減少風電波動對電網(wǎng)的危害。如西班牙，近十年來大力發(fā)展風電，裝機容量居全球第4位。他們在迅速發(fā)展風電的同時，大力配套發(fā)展具有深度調(diào)峰能力的燃油/燃氣機組、聯(lián)合循環(huán)機組，可深度調(diào)節(jié)機組達3500萬千瓦，滿足了風電調(diào)峰需求。
美國、丹麥等西方國家也遭遇過大規(guī)模風電上網(wǎng)難的制約。
不同國家、不同地區(qū)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(tǒng)具有滯后（反應慢）、效率低、經(jīng)濟性差，不宜做深度調(diào)峰。以1000兆瓦某超超臨界機組為例，風電充足時，參與調(diào)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(tài)；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。
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(wǎng)結構不具備大規(guī)模深度調(diào)峰能力、國外傳統(tǒng)風電并網(wǎng)模式不符合我國大規(guī)模風電并網(wǎng)的國情。中國還是一個發(fā)展中國家，這決定我們發(fā)展新能源應與經(jīng)濟效益統(tǒng)一，不能顧此失彼、為發(fā)展而發(fā)展。
中國風電發(fā)展特色之路
針對上述中國風電發(fā)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(yōu)勢轉化為現(xiàn)實生產(chǎn)力和國際競爭力，必須走大規(guī)模風電高效、低成本全部利用的中國特色之路。
1.風電產(chǎn)業(yè)靠“補貼”難以為繼。目前，我國發(fā)展風電基本是遵循歐美等發(fā)達國家的思路，將大規(guī)模風電并入電網(wǎng)，并靠政府“補貼”來推動風電產(chǎn)業(yè)發(fā)展。但中國作為發(fā)展中國家，完全以“補貼”方式發(fā)展大規(guī)模風電是不可持續(xù)的。
這是因為：按現(xiàn)在風電價格與煤電對比，東部地區(qū)上網(wǎng)標桿電價是0.61元/千瓦時，煤電上網(wǎng)價格是0.43元/千瓦時，也就是說，每度風電上網(wǎng)國家要補0.17元。我國現(xiàn)在每度煤電創(chuàng)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(fā)展。
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(guī)定電網(wǎng)企業(yè)全額收購可再生能源電量，因風電不能上網(wǎng)造成損失，處一倍以下罰款。由于電網(wǎng)全額收購，還給予財政補貼，使我國風電出現(xiàn)前所未有的“大躍進”，三四年間風電裝備產(chǎn)能和裝機容量均達世界第一。但是，電網(wǎng)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(wǎng)公司僅賠償一項就損失1000億元以上。如電網(wǎng)公司將大規(guī)模風電無條件全部上網(wǎng)，很可能造成我國若干次大面積停電事故，損失將在數(shù)萬億元以上。
3.解決風電不能大規(guī)模上網(wǎng)的有效途徑。大規(guī)模風電利用應該是多元的，解決風電不能大規(guī)模上網(wǎng)的一個重要途徑就是發(fā)展“非并網(wǎng)風電”。
“非并網(wǎng)風電”是我國風能發(fā)展領域的原創(chuàng)性成果，2007年獲得國家重點基礎研究發(fā)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(fā)展“十二五”專項規(guī)劃》中三次提到發(fā)展“非并網(wǎng)風電”，為我國風電行業(yè)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(guī)模化推廣并產(chǎn)生巨大經(jīng)濟社會效益。
（1）實現(xiàn)風電淡化海水可持續(xù)化。傳統(tǒng)意義上的海水淡化是用煤電作為動力源的高耗能產(chǎn)業(yè)，非并網(wǎng)風電海水淡化，則利用我國沿海地區(qū)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(xiàn)我國淡水的可持續(xù)化。
《國家“十二五”海水淡化發(fā)展規(guī)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(chǎn)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(chǎn)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(chǎn)。
（2）實現(xiàn)高耗能產(chǎn)業(yè)低碳化。2012年我國電解鋁產(chǎn)能2600萬噸，如60%的鋁產(chǎn)能（1560萬噸）采用非并網(wǎng)風電電解生產(chǎn)，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(fā)出電量，年節(jié)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(xiàn)風能直接制氫規(guī)模化。不僅解決規(guī)模化、低成本制氫難題，還為電網(wǎng)起到調(diào)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(nèi)容。同時該新能源技術與傳統(tǒng)能源天然氣進行“嫁接”，如加氫天然氣用于汽車可大幅度提高天然氣的燃燒效率，降低氮氧排放80%。
（4）實現(xiàn)煤炭的清潔化。采用風/煤多能源系統(tǒng)，通過風電與煤化工“嫁接”，可使煤化工產(chǎn)量提高2.5倍，實現(xiàn)二氧化碳近零排放、節(jié)水38%以上，解決了我國煤炭清潔化的世紀難題。
（5）實現(xiàn)多能源協(xié)同電網(wǎng)智能化。以上“四化”的實現(xiàn)，將成為四個能適應風電大幅度波動特性和為電網(wǎng)進行調(diào)峰的“智能負載”。通過物聯(lián)網(wǎng)將常規(guī)“智能電網(wǎng)”和“智能負載”，集成創(chuàng)新為具有中國特色的“智能電網(wǎng)系統(tǒng)”，可使我國電網(wǎng)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(guī)模、高效、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(yè)集群，將我國全球劣勢、規(guī)模最大的高耗能產(chǎn)業(yè)轉化為極具國際競爭力的規(guī)模化綠色產(chǎn)業(yè)。
非并網(wǎng)風電/氯堿產(chǎn)業(yè)、非并網(wǎng)風電/城市污水（泥）高效處理產(chǎn)業(yè)、非并網(wǎng)風電非石油稀烴鏈化產(chǎn)業(yè)等系列成果，正如國家發(fā)展和改革委白和金研究員所言，“非并網(wǎng)風電直接用于高耗能產(chǎn)業(yè)，它不僅對江蘇省而且對全國能源結構、能源布局產(chǎn)生重大影響”。世界風能學會主席普利本•麥加德表示，“非并網(wǎng)風電系統(tǒng)理論使非并網(wǎng)風電在世界影響日增，開辟了世界大規(guī)模風電多元化應用的新領域”。
國內(nèi)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(fā)的這一成果的推廣，將充分發(fā)揮和利用我國世界領先的風能等可再生能源，催生我國生態(tài)文明建設、推動經(jīng)濟結構轉變和產(chǎn)業(yè)結構調(diào)整，為實現(xiàn)中國夢、實現(xiàn)中華民族偉大復興作出基礎性的重要貢獻。
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