“三北地区”弃风限电的调查研究及解决措施分析
风能是一种可再生的永不枯竭的清洁能源。风力发电，不需消耗化石燃料，不会产生辐射及粉尘，在大气和土壤中不排放任何污染物质，环境效益好，所以我国及世界各国都大力支持风力发电。然而风能的随机性和间歇性使风电全面并网时，风电无法与大部分电网要求的调峰匹配，造成风电消纳性能下降，导致弃风限电的状况。
弃风限电大量浪费了风资源，造成了惨重的经济损失，而损失主要由风电企业承担，严重影响产业的研发及长远发展。历年弃风造成的直接经济损失如图１所示，可见自２０１０年来经历了先升后降再升的过程，２０１５年损失达到了１８３亿元。
三北（华北、东北、西北）是弃风限电重灾区，主要涉及甘肃、新疆、内蒙古、东北三省、河北等多个省（区），大规模风电消纳一直是世界性难题，三北地区在此方面问题更加突出。一方面，其风资源集中、规模大，远离负荷中心，资源地市场规模小、难以就地消纳，而国外风资源相对分散，８０％以上的风电接１０kV以下配电系统，能够就地消纳；另一方面，风电本身具有波动性和间接性等特点，风电并网需要配套建设调峰电源，而我国风电集中的三北地区，电源结构单一，基本没有调峰能力，就地消纳能力不足，跨区输电能力不足也是一个重要的制约因素。具体来说，三北地区弃风限电呈现出不同的特点：
１．１ 东北地区。
用电需求增长缓慢，电力剩余过多，供热需求强，存在较大风电与供热之间的矛盾。
黑龙江限电最严重时主要集中在每年冬季（１０月中旬至来年４月）。数据显示，黑龙江供热机组占火电机组的６８．８６％，具备快速调峰能力的机组只有９７．８１万kW的水电。每年冬季受燃煤质量和供热安全约束，全省供热机组按最小方式出力也在６００万kW以上，而用电低谷时段仅为５６０万kW左右，全省风电出力全部降至０，省内供电仍有４０万kW的富余，造成冬季这大风季节大面积弃风限电。而目前黑龙江供热机组占比还在进一步加大，弃风形势将进一步加剧。除了黑龙江，吉林省９０％的火电机组是热电联产机组，即使对热电联产机组按以热定电的原则运行，在冬季采暖期，满足供热机组尚存困难，保障风电正常运行的空间就更加有限了。
１．２ 西北地区。
新能源装机增加迅猛，电力通道有限，远离用电负荷中心，本地电力需求低，导致电力供应过剩，弃风严重，最典型的是甘肃和新疆。截至２０１５年６月底，甘肃的光伏和风电装机分别已达５７５和 １ １０２万kW，稳居全国第一和第二，其中风电装机自２０１２年至２０１５年上半年增加了４６７．８万kW，增幅达７３．７４％，成为甘肃省第二大电源，占全省电力装机的２５．２２％。但如表１所示，２０１６年上半年弃风、弃光率却分别达到了４０％和３２％以上。
与装机迅猛相反，甘肃消纳与外送能力都明显减弱。自２０１５年，西北各省电力总体过剩，均在积极争取外送份额，甘肃电力公司售电和外送电量需求均在下降，截至２０１５年８月，外送电量８３．３亿kW时，同比下降１７％，弃风形势加剧。新疆亦是如此，其电网装机连续四年增幅超２５％，风电装机连续四年增幅超５５％。而最大用电负荷增幅仅为２０％，截至２０１５年６月，新疆最大用电负荷与外送容量之和仅为电源装机的５３％，电源建设飞速发展和消纳增长缓慢、电网送出线路建设滞后呈鲜明对比，其限电比例已呈逐年大幅增加的趋势。
１．３ 华北地区。
靠近用电负荷中心，但受外送通道送出计划及通道畅通性的影响较大，突出表现为电网网架结构不合理，外送通道建设与电源发展不匹配等问题。
河北主要限电集中在张家口，其弃风限电主要受外送通道影响。２０１０年，该地区风电项目开发进入高速发展时期，截至２０１５年９月，张家口地区风电累计装机６０４万kW。但其网架断面未发生变化，限电逐年严重。据规划，国网公司将配套建设张南－昌平５００kV三回线和房山－天津南蔡５００kV双回线工程，预计全部建成投运后，张家口风电外送能力可新增２００万kW。
内蒙古地区主要是电网网架结构问题。２００９年以来，蒙西电网陆续出现弃风限电情况。一是蒙西电网网架结构整体滞后，部分５００kV主变容量不够，部分区域线路稳定极限受限；二是外送通道受限，地区多年只有两条通道，送出能力较低。蒙东地区也是电网建设进度滞后，目前最大外送电力５７０万kW，允许风电最大出力仅３０３万kW，风电送出能力明显不足。
２．１ 加强风电规划和电网规划的衔接，不要盲目进行风电基地建设。
我国风电发展的主要矛盾是大规模、高速度发展的风电装机、发电能力与电力送出、消纳能力的矛盾。虽电网企业已加大对可再生能源接入工程投资，但电网规划与风电发展规划脱节，二者建设工期不匹配，导致风电与电网项目不协调，风电窝电问题严重。
２．２ 加强电力系统建设，扩大配置风能资源的范围，建立大电力市场，推动风电在大电力市场中消纳。
通过建立健全的交易方式促进风电市场化。制定优先保证风电等可再生能源全额收购的市场机制和激励政策，实行绿色配额交易制度，风电配额可在电网间进行交易，对化石能源发电业务实行碳税和资源税，增加对风电的补助资金来源，完善风电电价和补贴政策。合理的市场化改革可促进企业对风电开发的投资，在经济上对弃风解决提供帮助。
２．３ 加强跨区输送电设备建设。
三北地区的风电集中、开发简单，将弃风外送是解决其消纳问题的重要手段。三北地区的风电可在京津冀间消纳外还可跨区域在华东、华中地区消纳，以弥补该区域经济对电力的需求不足。建议强化电力跨区联动，加大建设跨区输送电设备，集中建设距离远、容量大、损耗低的特高压工程，促进风火联合的外送模式，使风电跨区往外省输送。
风电并网系统建设使得运营成本加大，促进配套政策完善，继续挖掘火电装机调峰能力中可进行系统调峰的部分，以此促进三北全面电网调峰的常规火电调峰能力，减少弃风限电。
２．５ 落实可再生资源法，研究制定可再生能源电力分配额制，促进风电全额保障性收购。
国家能源局要统一规划，在年均经济增长速度放缓的背景下，确定好水电、风电、核电、光伏的适宜发展规模，各规划目标在政府部门之间达成统一共识。
风电外送取决于特高压电网的建设，三北地区与华东、华中用电负荷中心的对接，这与风电建设周期快，电网建设周期慢以及地方利益博弈存在一定矛盾，这就要求三北地区必须要从自身做起，改变电力结构，提高就地消纳风电能力，加强本地经济建设。因此给出以下风电就地消纳措施建议：
（１）停止新建热电联产机组，关停环保不达标的小型机组，促进风、沼或风、太阳能结合供暖装置的推广，解决冬季供暖及雾霾污染问题的同时促进风电的就地消纳。
（２）引进科技创新企业落户，推广新能源汽车的配套设施充电桩、充电站的建设。汽车尾气对雾霾的贡献巨大，新能源汽车获得了国家高度重视，充电桩的快速建设成为推动新能源汽车快速推广的重要一环，具有巨大市场前景的充电桩市场是风电消纳的一大用户。
（３）风电蓄水，用于农业灌溉，缓解用电高峰期电网负荷，利于风电消纳与电网调峰。
（４）科技创新，降低风力发电成本，研发无叶片风机。ＭＷ级风机叶片巨大，其制造成本约占风机总成本的１５％~２０％，叶片发电时会绞杀飞近风机的鸟类，无叶片风机的研发可大大降低风机建设成本及运行维护成本。
近期，西班牙的科技公司Ｖｏｒｔｅｘ Ｂｌａｄｅｌｅｓｓ打造出了无叶片风机，形似桅杆，利用 涡旋脱落效应发电。其由一根固定的桅杆、一台发电机，以及半刚性的玻璃纤维圆柱体组成，发电机和桅杆之间没有彼此连接的活动部件，发电机是一套由磁耦合装置组成的系统，没有需要润滑的齿轮，其制造成本比传统风机低５３％左右，并能减少８０％的维护费用，运转起来无噪声，不会威胁鸟类生存。无叶片风机在未来具有广阔的发展前景。
（５）顺应经济发展形势，遏制无序增加火电机组及风电机组的建设，充分利用现有机组，充分开发风、光、储一体化技术，确保风电安全上网。
4 结语。
三北地区一方面饱受严重的雾霾影响，一方面是风电这种清洁能源的巨大浪费，积极利用好风电可以节约能源，减少甚至消除雾霾，解决弃风限电意义重大。
针对三北地区风电资源开发利用存在的开发利用水平低、弃风严重等突出问题，通过研究发现， 风电开发规划和电网规划不协调、本地消纳能力有限、调峰能力和外送能力不足是导致上述问题的主要原因。以建立完善的政府统筹规划机制为核心，调动各发电用电企业积极性为载体，就地消纳为目标，辅以风电外送的政策建议，为政府和风电开发企业提供决策参考 提供论文代写和代写论文服务]。
同时，建立基于虚拟平台的绿色电力消纳体系可将电力发、输、配、用各环节参与者有机结合起来，通过绿色电力交易的激励机制，激发电力生产方投资绿电、电力用户消纳绿电的积极性和潜力，最大限度地解决风电的消纳问题。