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风电开发需同时考虑发电及传输成本

[日期:2014-05-26]   来源: 国家电网杂志  作者:   [字体: ]

 风电开发在2013年又取得了长足的进步。不仅装机容量大幅增长,更重要的是通过电网和开发商的共同努力,弃风损失比2012年大大减少。这对今后风电的大规模发展具有重要的示范作用。然而风电开发在西部地区过于集中,外送能力不足造成弃风限电的问题依然存在。如不能从政策层面采取措施,短期将仍是限制风电进一步大规模发展的突出问题。

从理论上讲,有三种方式可以用于解决风电发展过于集中的问题。第一是本地消纳。但由于受当地的负荷水平的限制,这种方式短期内无法发挥作用。第二是通过长距离输送直流或交流电,将电力送到东南沿海负荷中心。第三是直接在距东南沿海负荷中心较近的有风资源地区建设风电场。后两个问题都在下面进一步讨论。

为了更加高效地开发和传输风电,需要将发电和传输成本同时加以考虑。对于以传输风电为主的输电线路来说,如果传输能力按照风电的最大出力进行设计,无疑会造成浪费。因为风电有很强的间歇性。从发电和传输的综合成本最低角度选择一个风电的出力水平应是一个合理的考虑。我们把设计装机容量与资源允许的最大装机容量(技术可开发量)之比叫作风资源利用率,我们将输电线路中为风电预留的空间比重叫作容量比。

中国电力科学研究院对风资源利用率和容量比之间的关系进行了研究。研究结果表明,在风速分布的上端,资源利用率下降的程度比对应的容量比下降的程度要小。其中含义是,要使高风速区的资源得到充分利用,需要占用更多传输容量(高容量比),但得到的电量并不多,效率较低。反过来说,就是在风速较高的区间减少容量比,不会造成同等幅度的风资源损失。这一点对风电发展的总体规划和布局来说具有重要的经济学意义。

千万千瓦级风电基地的建设,消纳和远距离传输是个非常复杂的问题。中国电力科学研究院的研究表明,要解决好远距离输送到问题,还需要进一步的分析和优化。根据研究结果,100%的资源利用率,需要100%的传输容量和风电装机;而86.31%的资源利用率,用50%的相应发电装机和传输能力即可实现。

传输能力依旧是西北地区风电进一步发展的主要制约因素。比如,据甘肃省风电发展规划,预计到2015,风电装机将达到12.71吉瓦,2020年,达到20吉瓦。其中大部分电量可能需要输送到东部或中部负荷中心。所以类似的规划需要同时考虑资源条件和电网建设规划,并在此基础上根据实际情况进行优化。

如果从西北向东南沿海输送风电,按最佳容量比设计70%,风力发电的传输成本为0.14元/千瓦时(100%的容量比的传输成本是0.20元/千瓦时)。到东部负荷中心总成本等于现有电价加上传输成本及能量损失的成本,也就是0.666元/千瓦时。

目前,风电开发过于集中在西北地区的主要原因在于其相对较高的电价。根据目前的电价政策和投资水平,大部分风电场能够得到高于基准收益率8%的回报率。IV型地区电价最高,但风资源较差,回报水平较低。I类地区电价最低,但I类地区的风资源好,项目收益水平比其他地区的项目都高。这就造成了开发商集中在该地区的局面。不论投资成本如何,风资源好的地区的回报均高于风资源差的地区(类型I> II型>Ⅲ型> IV型)。而资源好的地区常常远离负荷中心。所以要解决风电开发过于集中,并远离负荷中心的问题就必须对现有的电价政策做出适当调整。

在I、II和III类区的项目,即使有弃风的问题,其收益率通常也比没有弃风的IV类地区要高。如前面所讨论的,弃风主要发生在西北地区。假设8000元/千瓦的投资成本,II类区有5%的弃风,Ⅲ类区有3%的弃风,II类和III类区项目的收益仍比IV类区高。假设投资成本相同,如果弃风率为10%,在满负荷发电小时数为2600小时时,II类和III类区项目的收益比没有弃风的IV型区项目低;在满负荷发电小时数为2800小时时,项目收益高于没有弃风的IV型区的项目。就是说只要弃风率不超过10%,I类II类地区项目的收益就比VI类区高。

IV型区通常是在东南部地区,电价水平为0.61元/千瓦时,比从西北地区输送到东南部地区的成本要低。如果将计算得到的环境效益(0.007元/千瓦时)考虑在内,在东南部地区的电价水平应该为0.673元/千瓦时(即使不考虑土地资源的稀缺性)。如果将东南部地区的风电电价提高到这一水平,就可以引导更多的风电开发向负荷中心转移,减少西部向东部的输电压力。

本文的讨论仅仅是一个例子。风电行业的长远发展需要在规划层面将发电、输电、配电、用电做通盘的考虑,以实现风电行业的经济有效和可持续发展。

(国家发改委能源研究所高虎、时景丽、陶冶对此文亦有贡献)





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