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风电是全球最具规模化开发前景的可再生能源。

中国政府高度重视风电发展,把加快发展风电作为优化能源结构、推动能源生产方式变革的重大战略举措,“十一五”以来实施了《可再生能源法》,制定了鼓励风电发展的区域电价、费用分摊、优先并网等一系列支持政策和配套措施,推动了风电高速度、大规模、高水平发展。

2006年以来,全国新增风电装机5000万千瓦左右,实现了风电从200万千瓦到5000万千瓦的巨大跨越,用5年半时间走过了美国、欧洲15年的风电发展历程。2012年6月,全国并网风电达到5258万千瓦,超过美国跃居世界第一。国家电网调度范围达到5026万千瓦,成为全球风电规模最大、发展最快的电网。

截至2013年底,全国并网风电装机7548万千瓦,其中国家电网调度范围7037万千瓦,占93%;2006年—2013年装机年均增长67。7%。2013年,全国风电发电量超过1401亿千瓦时,其中国家电网调度范围风电发电量1290亿千瓦时;2006年—2013年发电量年均增长77。1%。预计2020年全国风电并网容量将达到2亿千瓦。

依靠大电网,蒙东、蒙西、甘肃和吉林风电日发电量占用电量的比例最高分别达到94%、31%、33%和32%,风电出力占用电负荷比例最大分别达到111%、36%、36%和34%,与丹麦、西班牙相当。

十年前,中国风电产业还处于艰难的起步阶段,而今天,在全球风电发展格局中,中国已成主角。曾几何时,诺大一个中国仅有几个风电示范项目,而今天,平均每小时就有两台风机在神州大地矗立;曾几何时,中国最大的风电场装机不足1万千瓦,而今天,已建成新疆哈密、甘肃酒泉、蒙西、蒙东、河北、吉林等八个千万千瓦级风电基地。

并网消纳与安全运行已成主要瓶颈

但是中国地域广阔,能源资源分布及其不平衡,全国80%以上的煤炭、石油、天然气、水电、风电、太阳能资源分布在西北部地区,其中陆上风能资源主要集中在“三北”和青藏高原地区,而人口稠密的东南部地区风能资源稀缺。“三北”地区风能资源占全国90%以上,用电负荷集中在华东、华中、华南和华北等东南部地区,占全国用电量80%以上。风电规划建设与用电市场需求逆向分布的趋势非常明显。

“三北”地区电源结构以火电为主,水电等快速灵活调节电源较少,仅占0。5%—1。2%,冬季供热期系统调峰尤为困难不利于风电消纳。相比而言,西班牙灵活调节电源比例高达34%,是风电的1。7倍;美国高达49%,是风电的14倍。灵活电源比例较高是西班牙等国家风电利用水平高的主要原因。

另一方面,与风电呈爆发式增长相对的是,风电机组类型多,风能资源历史数据少,且开发主要集中在电网结构薄弱、以欠灵活调节的煤电为主的“三北”地区,局部地区风电出力受限和风电机组大面积脱网事故时有发生,并网消纳与安全运行已成为中国风电发展的主要瓶颈,突破风电并网关键技术是培育和发展风电产业的重大需求。

实现风电可监测、可调度、可控制

针对风电并网稳定运行和有效消纳面临的巨大挑战,国网公司投入研发人员百余人,投入研究经费近4亿元。通过自主创新和协同攻关,采用“基础研究、系统开发、试验验证、应用推广”的技术路线,在风电功率预测、优化调度、试验检测、并网仿真方面取得了技术突破,形成拥有自主知识产权的核心技术。

研发并投运风电功率预测系统,实现了风电可监测、可调度、可控制。

风电功率预测是风电纳入调度运行的基础条件。中国风电发展迅速,历史数据少,风电场地形复杂,气候类型多样;国外已有统计预测方法需大量历史运行数据,基于微观气象学的物理方法仅适用于单一气候类型的平坦地形风电场,均无法全面满足国内风电预测的要求。

通过深入研究风电功率预测理论与方法,提出了基于计算流体力学的物理预测方法,实现了对大气运动过程的动态精细化模拟,解决了历史数据少、地形复杂的风电场功率预测难题。提出了物理与统计相结合的预测方法,提高了预测方法的气候适应性、预测精度和算法的普适性。根据这两种预测方法,建立了多种预测模型,并给出了模型的选择方法和原则,开发了国内首套具有完全自主知识产权的风电功率预测系统。

目前风电功率预测系统已应用于吉林、江苏、甘肃和新疆等16个省(区),预测容量超过5000万千瓦,在预测精度上达到或超过国际先进水平,且具有更强的普适性。通过预测将随机性的风电功率变为可信出力,替代常规电源参与系统电力平衡,可提高电力系统风电接纳能力5%以上。

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