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歐洲四大電網(wǎng)正在致力于地區(qū)風電一體化研究。
風能是一種具有不穩(wěn)定性的資源，要使風電入網(wǎng)并保證良好的電網(wǎng)運行，需要很多的條件。其中包括電網(wǎng)建設(shè)規(guī)劃、準確的風力預(yù)測、在無風的時候要有充足的電力后備資源、良性的電力市場、買賣雙方供需平衡，而且電力消費者還必須看好風電。在這方面，丹麥起步早，技術(shù)較成熟，有許多經(jīng)驗值得我們學(xué)習和借鑒。
當前，風力發(fā)電占丹麥電力供應(yīng)的20％左右。在丹麥，有近5200臺風力發(fā)電機，總裝機容量超過3100兆瓦。如果風速達到10米/秒，這些風力發(fā)機發(fā)的電可滿足丹麥所有家庭高峰時段的用電量。丹麥已成為全球風電行業(yè)的翹楚，而其成功的秘訣就在于健全的體制和完備的條件。
電網(wǎng)規(guī)劃和建設(shè)
丹麥在1981年就制定了首個能源計劃，提出到2000年風電裝機約900兆瓦，滿足10%電力需求。由于政府的支持、補貼，該目標于1997年就已實現(xiàn)。
1984年，丹麥出現(xiàn)了第一部有效期為10年，由風力發(fā)機制造商、風力發(fā)電開發(fā)商和電力公司三方共同簽署的“自愿協(xié)議”。根據(jù)該協(xié)議，電網(wǎng)不僅要收購風電，同時要為并網(wǎng)提供方便，此外電網(wǎng)按銷售價格的85%收購風電。1992年，政府用法律形式對該協(xié)議加以固定。
2003年，丹麥又提出到2030年風力發(fā)電占所有發(fā)電量50%的目標，新增的相當一部分將來自于近海風電。2005年在丹麥哥本哈根召開的決策研討會明確了海上風力發(fā)電的發(fā)展障礙，重點討論了各職能部門之間解決方案的可行性、方法和結(jié)構(gòu)合作。
風力發(fā)電需要有電網(wǎng)強有力的支撐，強大的電網(wǎng)可以把風電從發(fā)電的地方送到最需要電力的地方。丹麥國家電網(wǎng)公司每年都花費數(shù)億克朗，用于擴展和加強丹麥電網(wǎng)的建設(shè)以及與其他國家電網(wǎng)之間的聯(lián)系。在完成每一個具體的項目前，都會事先進行強有力的規(guī)劃，例如評估風力發(fā)電場的位置以及估算新電網(wǎng)的鋪設(shè)等。
在規(guī)劃和建設(shè)電網(wǎng)時，丹麥特別重視與周邊國家的合作。當?shù)湹娘L電發(fā)電量超出其用電所需，多余的電力就輸送到挪威和瑞典，以幫助這兩個國家節(jié)省用以發(fā)電的水資源。而當無風的時候，位于挪威和瑞典境內(nèi)的水電站開始運轉(zhuǎn)，把電輸送到丹麥。當然，實現(xiàn)這種電力的互送對電網(wǎng)的堅固程度有相當高的要求。北歐電力市場現(xiàn)在已經(jīng)可以實現(xiàn)這種電力輸送。
目前，為了更好地開發(fā)風電，歐洲各國正在積極合作，加強跨國電網(wǎng)建設(shè)。歐洲風電并網(wǎng)研究（EWIS）項目覆蓋了歐洲所有的四個電力系統(tǒng)（TSO）——歐洲大陸互聯(lián)電網(wǎng)、英國電網(wǎng)、愛爾蘭電網(wǎng)和北歐電網(wǎng)。來自歐盟13個國家的15個輸電運營商組成團隊，共同負責此項研究。這是第一次由來自歐洲四個地區(qū)的國家共同打造未來的歐洲電力供應(yīng)。
制定并網(wǎng)技術(shù)標準
丹麥在20世紀80年代就發(fā)布了第一個電網(wǎng)并網(wǎng)導(dǎo)則，那時，風電還被認為是一種邊緣的、非主流的電力能源。風機多是小容量機組，或者是在同一點并網(wǎng)的風機數(shù)量較少。該并網(wǎng)導(dǎo)則的誕生是為了應(yīng)對配電網(wǎng)絡(luò)的安全運行，因此，那時，并網(wǎng)導(dǎo)則對風機執(zhí)行控制功能并沒有提出要求，只是要求風機在必要時可以退出運行，直到電網(wǎng)恢復(fù)正常的電壓和電流狀態(tài)時再并網(wǎng)。
這個情況一直持續(xù)到1997年丹麥公布了近海風力發(fā)電場的建設(shè)規(guī)劃后，才開始有所改變。根據(jù)該規(guī)劃，丹麥要在20年內(nèi)建造一座裝機容量為150兆瓦的近海風力發(fā)電場，然后接入電壓等級在100千伏以上的電網(wǎng)。丹麥國家電網(wǎng)公司意識到，這種情況下需要對風機的發(fā)電量進行更好的控制。他們成立了一個小組，專門開發(fā)電網(wǎng)并網(wǎng)導(dǎo)則，并于1999年公布了第一個對風機提出控制功能要求的電網(wǎng)并網(wǎng)導(dǎo)則。
同時，陸上風力發(fā)電場單機容量的提高也帶動了針對接入低壓電網(wǎng)的風力發(fā)電場并網(wǎng)導(dǎo)則的發(fā)展，導(dǎo)則對這些風機提出了相似的要求。由于在許多地區(qū)發(fā)電量經(jīng)常大于用電量，配電網(wǎng)絡(luò)里的風力發(fā)電量要遠遠高于負荷用電量，因此，并入低壓電網(wǎng)的風機的控制功能就異常重要。
從整體上看，丹麥的風電并網(wǎng)導(dǎo)則，經(jīng)歷了從早期不分電壓等級的一項規(guī)定發(fā)展成為100千伏以上和100千伏以下電壓等級并網(wǎng)的兩項技術(shù)規(guī)定。目前，幾乎所有小型風力發(fā)電機都并入配電網(wǎng)，例如電壓在20千伏或更低的配電網(wǎng)。而大型陸上風機一般接入電壓在30千伏-60千伏的電網(wǎng)。只有大型近海風力發(fā)電場才會直接并入132千伏-150千伏的輸電網(wǎng)。
維持電力系統(tǒng)平衡
當?shù)渿译娋W(wǎng)公司的調(diào)度員置身于控制中心，力圖維持電力系統(tǒng)的平衡時，有兩件武器必不可少，一是完善的硬件系統(tǒng)，二是快速的人工干預(yù)。那么，這種控制是怎么實現(xiàn)的呢？
風速變化1米／秒，對于一個大型風電場來說就意味著發(fā)電量的劇烈波動。因此，風力預(yù)測是首要的控制工作。丹麥國家電網(wǎng)公司每天會從三個不同的氣象預(yù)報公司接收四次天氣預(yù)報，然后利用先進的軟件系統(tǒng)預(yù)測何時天氣預(yù)報所述的風力變化會影響到風機，以及分析這些變化對整個電力系統(tǒng)帶來的影響。
不過，實際風速和預(yù)測風速完全吻合的情況很少。正如丹麥國家電網(wǎng)公司的總調(diào)度員拉爾斯·佛格特·安德森所說，30%到40%的預(yù)測誤差都不奇怪。因此，控制中心的工作人員必須時刻關(guān)注風機的發(fā)電量。一旦實際發(fā)電量超出預(yù)測的范圍，他們必須馬上采取行動進行調(diào)整，從而把發(fā)電量的波動控制在可應(yīng)對的范圍內(nèi)。
解決風電波動的問題，控制中心的工作人員主要采用兩個辦法，他們稱之為上行調(diào)節(jié)和下行調(diào)節(jié)。這有點類似于開車：要加速時，就踩油門；如果開得太快，就踩剎車。在系統(tǒng)里，一些電廠起到油門的作用，可以把功率提高到需要的水平；另一些電廠起到剎車的作用，可以迅速降低功率。
當電力供給過剩時，工作人員可以通過遠程遙控操作，把葉片從正常運轉(zhuǎn)位置旋轉(zhuǎn)90度，從而使風機在不到一分鐘的時間里面停止轉(zhuǎn)動?，F(xiàn)在，丹麥所有新的風電機都安裝了緊急制動裝置。
風電與大規(guī)模蓄能裝置的配套應(yīng)用，也是重要的調(diào)節(jié)途徑。
在天氣多變的時候，丹麥全國的風機發(fā)電功率可能在幾小時內(nèi)就從0上升到3100兆瓦，也可能從3100兆瓦下降到0。穩(wěn)定而充足的供電有賴于后備電源的調(diào)節(jié)，一旦風變小或停止，就必須有其它后備電源及時補充。燃煤發(fā)電是一種選擇，而挪威的水電也是很好的選擇。
商業(yè)化運營風電
每天調(diào)配大量的風電，對于丹麥國家電網(wǎng)公司來說是必須面對的挑戰(zhàn)。作為電力系統(tǒng)的運營商，丹麥國家電網(wǎng)公司應(yīng)該時刻保證電力供需平衡。這種平衡還可以靠電力市場交易來實現(xiàn)。
“在丹麥，電價對于并網(wǎng)的風電量非常敏感，任何并網(wǎng)電量的變化，都會導(dǎo)致電價的上漲或者下跌?！北睔W電力交易中心市場部總監(jiān)安德斯·普雷德普·霍姆勒說。當風機快速運轉(zhuǎn)，大量風電輸入電網(wǎng)的時候，電價將隨之走低。在丹麥，這種情況非常普遍，尤其在發(fā)電量超過用電量的時候。
至于風電可以在多大程度上左右電力市場的價格，安德斯·普雷德普·霍姆勒覺得很難估算。每天，北歐電力交易中心都要根據(jù)未來24小時的電力供需預(yù)測情況，逐個小時地給出電力報價。當風力發(fā)電量超過丹麥用電需求時，市場電價會下降。而當發(fā)電量超過整體用電量時，最終結(jié)算價格很可能跌到零。
從今年起，北歐電力市場推出了負電價制度，這意味著，當電力市場飽和的時候，供電商如果要發(fā)電，就必須付費。負電價制度旨在敦促發(fā)電廠及時停止發(fā)電，以便減輕維持電力供需平衡的工作。
不管電價如何變動，每年總有一次或兩次，丹麥風電發(fā)電量會超過其用戶所需。在這種情況下，為了盡量減少資源浪費，丹麥國家電網(wǎng)公司就會快速地找出這個時候歐洲什么地方電價最貴，并且確定丹麥電網(wǎng)能否把多余的電力資源輸送到那里。
來自：互聯(lián)網(wǎng)
歐洲四大電網(wǎng)正在致力于地區(qū)風電一體化研究。
風能是一種具有不穩(wěn)定性的資源，要使風電入網(wǎng)并保證良好的電網(wǎng)運行，需要很多的條件。其中包括電網(wǎng)建設(shè)規(guī)劃、準確的風力預(yù)測、在無風的時候要有充足的電力后備資源、良性的電力市場、買賣雙方供需平衡，而且電力消費者還必須看好風電。在這方面，丹麥起步早，技術(shù)較成熟，有許多經(jīng)驗值得我們學(xué)習和借鑒。
當前，風力發(fā)電占丹麥電力供應(yīng)的20％左右。在丹麥，有近5200臺風力發(fā)電機，總裝機容量超過3100兆瓦。如果風速達到10米/秒，這些風力發(fā)機發(fā)的電可滿足丹麥所有家庭高峰時段的用電量。丹麥已成為全球風電行業(yè)的翹楚，而其成功的秘訣就在于健全的體制和完備的條件。
電網(wǎng)規(guī)劃和建設(shè)
丹麥在1981年就制定了首個能源計劃，提出到2000年風電裝機約900兆瓦，滿足10%電力需求。由于政府的支持、補貼，該目標于1997年就已實現(xiàn)。
1984年，丹麥出現(xiàn)了第一部有效期為10年，由風力發(fā)機制造商、風力發(fā)電開發(fā)商和電力公司三方共同簽署的“自愿協(xié)議”。根據(jù)該協(xié)議，電網(wǎng)不僅要收購風電，同時要為并網(wǎng)提供方便，此外電網(wǎng)按銷售價格的85%收購風電。1992年，政府用法律形式對該協(xié)議加以固定。
2003年，丹麥又提出到2030年風力發(fā)電占所有發(fā)電量50%的目標，新增的相當一部分將來自于近海風電。2005年在丹麥哥本哈根召開的決策研討會明確了海上風力發(fā)電的發(fā)展障礙，重點討論了各職能部門之間解決方案的可行性、方法和結(jié)構(gòu)合作。
風力發(fā)電需要有電網(wǎng)強有力的支撐，強大的電網(wǎng)可以把風電從發(fā)電的地方送到最需要電力的地方。丹麥國家電網(wǎng)公司每年都花費數(shù)億克朗，用于擴展和加強丹麥電網(wǎng)的建設(shè)以及與其他國家電網(wǎng)之間的聯(lián)系。在完成每一個具體的項目前，都會事先進行強有力的規(guī)劃，例如評估風力發(fā)電場的位置以及估算新電網(wǎng)的鋪設(shè)等。
在規(guī)劃和建設(shè)電網(wǎng)時，丹麥特別重視與周邊國家的合作。當?shù)湹娘L電發(fā)電量超出其用電所需，多余的電力就輸送到挪威和瑞典，以幫助這兩個國家節(jié)省用以發(fā)電的水資源。而當無風的時候，位于挪威和瑞典境內(nèi)的水電站開始運轉(zhuǎn)，把電輸送到丹麥。當然，實現(xiàn)這種電力的互送對電網(wǎng)的堅固程度有相當高的要求。北歐電力市場現(xiàn)在已經(jīng)可以實現(xiàn)這種電力輸送。
目前，為了更好地開發(fā)風電，歐洲各國正在積極合作，加強跨國電網(wǎng)建設(shè)。歐洲風電并網(wǎng)研究（EWIS）項目覆蓋了歐洲所有的四個電力系統(tǒng)（TSO）——歐洲大陸互聯(lián)電網(wǎng)、英國電網(wǎng)、愛爾蘭電網(wǎng)和北歐電網(wǎng)。來自歐盟13個國家的15個輸電運營商組成團隊，共同負責此項研究。這是第一次由來自歐洲四個地區(qū)的國家共同打造未來的歐洲電力供應(yīng)。
制定并網(wǎng)技術(shù)標準
丹麥在20世紀80年代就發(fā)布了第一個電網(wǎng)并網(wǎng)導(dǎo)則，那時，風電還被認為是一種邊緣的、非主流的電力能源。風機多是小容量機組，或者是在同一點并網(wǎng)的風機數(shù)量較少。該并網(wǎng)導(dǎo)則的誕生是為了應(yīng)對配電網(wǎng)絡(luò)的安全運行，因此，那時，并網(wǎng)導(dǎo)則對風機執(zhí)行控制功能并沒有提出要求，只是要求風機在必要時可以退出運行，直到電網(wǎng)恢復(fù)正常的電壓和電流狀態(tài)時再并網(wǎng)。
這個情況一直持續(xù)到1997年丹麥公布了近海風力發(fā)電場的建設(shè)規(guī)劃后，才開始有所改變。根據(jù)該規(guī)劃，丹麥要在20年內(nèi)建造一座裝機容量為150兆瓦的近海風力發(fā)電場，然后接入電壓等級在100千伏以上的電網(wǎng)。丹麥國家電網(wǎng)公司意識到，這種情況下需要對風機的發(fā)電量進行更好的控制。他們成立了一個小組，專門開發(fā)電網(wǎng)并網(wǎng)導(dǎo)則，并于1999年公布了第一個對風機提出控制功能要求的電網(wǎng)并網(wǎng)導(dǎo)則。
同時，陸上風力發(fā)電場單機容量的提高也帶動了針對接入低壓電網(wǎng)的風力發(fā)電場并網(wǎng)導(dǎo)則的發(fā)展，導(dǎo)則對這些風機提出了相似的要求。由于在許多地區(qū)發(fā)電量經(jīng)常大于用電量，配電網(wǎng)絡(luò)里的風力發(fā)電量要遠遠高于負荷用電量，因此，并入低壓電網(wǎng)的風機的控制功能就異常重要。
從整體上看，丹麥的風電并網(wǎng)導(dǎo)則，經(jīng)歷了從早期不分電壓等級的一項規(guī)定發(fā)展成為100千伏以上和100千伏以下電壓等級并網(wǎng)的兩項技術(shù)規(guī)定。目前，幾乎所有小型風力發(fā)電機都并入配電網(wǎng)，例如電壓在20千伏或更低的配電網(wǎng)。而大型陸上風機一般接入電壓在30千伏-60千伏的電網(wǎng)。只有大型近海風力發(fā)電場才會直接并入132千伏-150千伏的輸電網(wǎng)。
維持電力系統(tǒng)平衡
當?shù)渿译娋W(wǎng)公司的調(diào)度員置身于控制中心，力圖維持電力系統(tǒng)的平衡時，有兩件武器必不可少，一是完善的硬件系統(tǒng)，二是快速的人工干預(yù)。那么，這種控制是怎么實現(xiàn)的呢？
風速變化1米／秒，對于一個大型風電場來說就意味著發(fā)電量的劇烈波動。因此，風力預(yù)測是首要的控制工作。丹麥國家電網(wǎng)公司每天會從三個不同的氣象預(yù)報公司接收四次天氣預(yù)報，然后利用先進的軟件系統(tǒng)預(yù)測何時天氣預(yù)報所述的風力變化會影響到風機，以及分析這些變化對整個電力系統(tǒng)帶來的影響。
不過，實際風速和預(yù)測風速完全吻合的情況很少。正如丹麥國家電網(wǎng)公司的總調(diào)度員拉爾斯·佛格特·安德森所說，30%到40%的預(yù)測誤差都不奇怪。因此，控制中心的工作人員必須時刻關(guān)注風機的發(fā)電量。一旦實際發(fā)電量超出預(yù)測的范圍，他們必須馬上采取行動進行調(diào)整，從而把發(fā)電量的波動控制在可應(yīng)對的范圍內(nèi)。
解決風電波動的問題，控制中心的工作人員主要采用兩個辦法，他們稱之為上行調(diào)節(jié)和下行調(diào)節(jié)。這有點類似于開車：要加速時，就踩油門；如果開得太快，就踩剎車。在系統(tǒng)里，一些電廠起到油門的作用，可以把功率提高到需要的水平；另一些電廠起到剎車的作用，可以迅速降低功率。
當電力供給過剩時，工作人員可以通過遠程遙控操作，把葉片從正常運轉(zhuǎn)位置旋轉(zhuǎn)90度，從而使風機在不到一分鐘的時間里面停止轉(zhuǎn)動?，F(xiàn)在，丹麥所有新的風電機都安裝了緊急制動裝置。
風電與大規(guī)模蓄能裝置的配套應(yīng)用，也是重要的調(diào)節(jié)途徑。
在天氣多變的時候，丹麥全國的風機發(fā)電功率可能在幾小時內(nèi)就從0上升到3100兆瓦，也可能從3100兆瓦下降到0。穩(wěn)定而充足的供電有賴于后備電源的調(diào)節(jié)，一旦風變小或停止，就必須有其它后備電源及時補充。燃煤發(fā)電是一種選擇，而挪威的水電也是很好的選擇。
商業(yè)化運營風電
每天調(diào)配大量的風電，對于丹麥國家電網(wǎng)公司來說是必須面對的挑戰(zhàn)。作為電力系統(tǒng)的運營商，丹麥國家電網(wǎng)公司應(yīng)該時刻保證電力供需平衡。這種平衡還可以靠電力市場交易來實現(xiàn)。
“在丹麥，電價對于并網(wǎng)的風電量非常敏感，任何并網(wǎng)電量的變化，都會導(dǎo)致電價的上漲或者下跌?！北睔W電力交易中心市場部總監(jiān)安德斯·普雷德普·霍姆勒說。當風機快速運轉(zhuǎn)，大量風電輸入電網(wǎng)的時候，電價將隨之走低。在丹麥，這種情況非常普遍，尤其在發(fā)電量超過用電量的時候。
至于風電可以在多大程度上左右電力市場的價格，安德斯·普雷德普·霍姆勒覺得很難估算。每天，北歐電力交易中心都要根據(jù)未來24小時的電力供需預(yù)測情況，逐個小時地給出電力報價。當風力發(fā)電量超過丹麥用電需求時，市場電價會下降。而當發(fā)電量超過整體用電量時，最終結(jié)算價格很可能跌到零。
從今年起，北歐電力市場推出了負電價制度，這意味著，當電力市場飽和的時候，供電商如果要發(fā)電，就必須付費。負電價制度旨在敦促發(fā)電廠及時停止發(fā)電，以便減輕維持電力供需平衡的工作。
不管電價如何變動，每年總有一次或兩次，丹麥風電發(fā)電量會超過其用戶所需。在這種情況下，為了盡量減少資源浪費，丹麥國家電網(wǎng)公司就會快速地找出這個時候歐洲什么地方電價最貴，并且確定丹麥電網(wǎng)能否把多余的電力資源輸送到那里。
