風(fēng)電發(fā)展的出路在哪里？這11個(gè)問題直指要害！

6、風(fēng)電需要新的輸送通道嗎?這樣會(huì)增加風(fēng)電成本嗎?

歷史上，美國在接入新電源時(shí)需要同步建設(shè)新的輸送通道。1930、1940和1950年代的聯(lián)邦水電開發(fā)都包括輸電設(shè)施建設(shè)，設(shè)備都?xì)w聯(lián)邦政府所有。1960和1970年代的大型核電站和火電廠建設(shè)，催生了洲際電網(wǎng)。同樣，芬蘭、瑞典和意大利也建造了輸送水電的線路。在美國及世界其他地方發(fā)展風(fēng)電，也同樣涉及到建設(shè)新的輸送通道問題，為滿足不斷增長的電力需求，保證電力的穩(wěn)定可靠以及接入除風(fēng)電以外的其他電源，輸送通道建設(shè)勢在必行。

一些研究發(fā)現(xiàn)，盡管風(fēng)電輸送通道造價(jià)高昂，消費(fèi)者仍然受益，原因在于風(fēng)電取代其他發(fā)電方式能夠降低發(fā)電成本。電網(wǎng)協(xié)調(diào)系統(tǒng)規(guī)劃(JCSP)，即美國東部電網(wǎng)公司關(guān)于輸電和發(fā)電規(guī)劃的概念性設(shè)計(jì)顯示，假設(shè)2024年20%的電力來自風(fēng)電，收益成本比率將從1.7降至1。

另外，與電力生產(chǎn)成本(如燃料、運(yùn)行和維護(hù)等)及開發(fā)電力所需的資本金相比，電力輸送支出在消費(fèi)者所有電力支出中的比重，已經(jīng)微不足道。電網(wǎng)協(xié)調(diào)系統(tǒng)規(guī)劃(JCSP)研究表明，增加的傳輸成本預(yù)計(jì)將占2024年全部能源銷售額的2%。

7、風(fēng)電需要備用電源嗎?是否會(huì)因啟動(dòng)備用電源而消耗更多的化石能源?

在電力系統(tǒng)中，必須維持發(fā)電量和用電量之間的持續(xù)平衡。電網(wǎng)通過控制發(fā)電來遵循總需求量的變化，而不是遵循某一個(gè)發(fā)電機(jī)組變量或某一個(gè)客戶負(fù)荷的變化。當(dāng)風(fēng)電接入電力系統(tǒng)中時(shí)，凈負(fù)荷變化成為電網(wǎng)運(yùn)營商的操作對象。

電網(wǎng)針對某一個(gè)發(fā)電站的變量或某一個(gè)用戶用電量的變化進(jìn)行調(diào)整的成本相當(dāng)巨大，事實(shí)上，也沒有這個(gè)必要。在這種情況下，并不要求有專門針對風(fēng)電場、其他發(fā)電廠或個(gè)體負(fù)荷變化的備用電源，否則將是對電力資源的誤用和浪費(fèi)。

至于風(fēng)電的并網(wǎng)是否會(huì)導(dǎo)致更多化石燃料消耗的問題，可以這樣理解，風(fēng)力發(fā)出的1度電替代了通常由化石燃料發(fā)出的1度電，由此風(fēng)電減少了化石燃料的消耗和污染物的排放。但是因風(fēng)電變量而增加的備用容量(無論是熱備用還是計(jì)劃備用)本身也會(huì)消耗燃料和排放污染物，所以在替代效果上會(huì)小于理論值。但是需要多少的備用容量呢?

迄今為止，大量的研究發(fā)現(xiàn)，風(fēng)電所需的備用容量只占了全部風(fēng)電容量的一小部分，且隨風(fēng)電的出力情況而變化。通常來講，有些備用容量是熱備用，有些是計(jì)劃備用。調(diào)峰電廠在強(qiáng)制降功率運(yùn)行時(shí)，會(huì)增加單位出力的燃料消耗和污染物排放量。

一個(gè)保守的例子可以用來說明風(fēng)電管理規(guī)范對燃料消耗和排放所產(chǎn)生的影響。比較3種情況：(1)由化石燃料電廠生產(chǎn)一定量的電能;(2)由風(fēng)電生產(chǎn)同樣多的電能且不需要增加備用;(3)由風(fēng)電生產(chǎn)同樣多的電能且需要增加備用。假設(shè)第一種情況和第三種情況中有關(guān)化石燃料的平均利用率沒有發(fā)生任何變化。

從嚴(yán)格意義上講，這并不十分精確，而是需要進(jìn)行復(fù)雜的模擬實(shí)驗(yàn)才能定量地說明這一問題。事實(shí)上，對此已進(jìn)行過一些研究，驗(yàn)證了這個(gè)簡單的例子所得出的結(jié)論。

在第一種情況下，消耗了一定量的化石燃料;在第二種情況下，節(jié)省了這些燃料，并避免了由此產(chǎn)生的排放;在第三種情況下，假設(shè)需要3%的化石燃料電源作為備用(熱備用)，并假設(shè)其有25%的效率損失，那么備用電源所耗燃料則相當(dāng)于第一種情況中所用燃料的4%。因此，相對于第一種情況，第三種情況實(shí)際上減少了96%的燃料消耗和污染物排放，而不是100%。但是，最初預(yù)估的燃料節(jié)約量總體上是正確的，認(rèn)為風(fēng)電的變動(dòng)性實(shí)際上會(huì)增加系統(tǒng)中燃料消耗的觀點(diǎn)是站不住腳的。

英國能源研究中心的研究證明了上述例子的正確性。該中心綜合了四項(xiàng)研究結(jié)果，這四項(xiàng)研究都直接論述了由于增加運(yùn)行備用以及化石燃料機(jī)組降功率運(yùn)行，風(fēng)電的接入是否會(huì)造成二氧化碳排放量增加這一問題。該中心認(rèn)為，在風(fēng)力發(fā)電占比為20%的情況下，因風(fēng)電并網(wǎng)造成的“效率損失”僅為7%，幾乎可以忽略不計(jì)。

8、風(fēng)電需要儲(chǔ)存嗎?

“風(fēng)不會(huì)一直刮”這一事實(shí)經(jīng)常被用作論據(jù)，來說明為應(yīng)對風(fēng)電的間歇性，需要儲(chǔ)能。然而，持這一觀點(diǎn)的人忽視了電網(wǎng)運(yùn)行特性和風(fēng)電在廣闊的、多樣化的空間范圍內(nèi)的運(yùn)行表現(xiàn)。

一直以來，其他所有的變量(如系統(tǒng)負(fù)荷變化、發(fā)電穩(wěn)定性、調(diào)度變化、電網(wǎng)布局變化)都可以進(jìn)行系統(tǒng)化處理。這是因?yàn)樵谶M(jìn)行系統(tǒng)平衡之前將電力匯集起來，需求的多樣性降低了成本。儲(chǔ)電技術(shù)幾乎不會(huì)用于某單一電源，對其最經(jīng)濟(jì)的利用方式是使其為整個(gè)系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性服務(wù)。儲(chǔ)電會(huì)對電網(wǎng)產(chǎn)生有益的影響，但是這必須同其成本進(jìn)行衡量。(截至本文撰寫時(shí))美國運(yùn)行的風(fēng)電超過2600萬千瓦，歐洲地區(qū)超過6500萬千瓦，并未因平衡風(fēng)電而增設(shè)儲(chǔ)能設(shè)備。

即使沒有風(fēng)電，儲(chǔ)能對系統(tǒng)也是有價(jià)值的，這就是為什么在數(shù)十年之前，風(fēng)能和太陽能發(fā)電技術(shù)尚未被廣泛認(rèn)可時(shí)，美國就建設(shè)了大約2000萬千瓦、全球建設(shè)了1億千瓦的抽水蓄能電站。風(fēng)電的接入能夠使電網(wǎng)中的儲(chǔ)能系統(tǒng)價(jià)值得到整體提升，但儲(chǔ)能系統(tǒng)對電網(wǎng)的作用并未改變──先是儲(chǔ)存能量，然后再根據(jù)電網(wǎng)需求變化而非只針對風(fēng)電變化釋放能量。

圖7是近似于美國西部電網(wǎng)調(diào)度的一個(gè)簡單例子，圖中所有數(shù)值僅供參考，假定一個(gè)為高峰負(fù)荷的10%、具有168小時(shí)的儲(chǔ)能能力的儲(chǔ)能設(shè)備，然后進(jìn)行儲(chǔ)能分析。系統(tǒng)大量接納風(fēng)電的能力主要取決于其他多種電源的構(gòu)成情況。儲(chǔ)能是一種靈活的電源形式，即使系統(tǒng)中沒有風(fēng)電，儲(chǔ)能本身對電網(wǎng)系統(tǒng)來說也是具有經(jīng)濟(jì)價(jià)值的。

隨著風(fēng)電并網(wǎng)量的增加，儲(chǔ)能系統(tǒng)的價(jià)值也相應(yīng)提升。沒有風(fēng)電的情況下，儲(chǔ)能的價(jià)值在每千瓦超過1000美元，可見，低成本的儲(chǔ)能設(shè)備為系統(tǒng)提供了可觀的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。隨著風(fēng)電接入比例的提高，儲(chǔ)電系統(tǒng)的價(jià)值也會(huì)增加，最終能達(dá)到每千瓦1600美元左右。目前美國很多地區(qū)的電源結(jié)構(gòu)與這個(gè)例子中的情況很接近。

在風(fēng)電占比很高的系統(tǒng)中，儲(chǔ)能具有更大價(jià)值，因?yàn)檎{(diào)度起來更經(jīng)濟(jì)，從而使可變成本較低的發(fā)電機(jī)組(諸如火電和核電)的利潤空間受到壓縮(及產(chǎn)生市場出清價(jià)格)。更多的低電價(jià)時(shí)段拉大了價(jià)差，增加了套利的機(jī)會(huì)，提升了儲(chǔ)能的價(jià)值。

在一個(gè)基本負(fù)荷很低、靈活電源較多的電網(wǎng)系統(tǒng)中，儲(chǔ)能的價(jià)值大小對風(fēng)電也就不那么敏感了。如圖8所示，在風(fēng)電沒有接入時(shí)，儲(chǔ)電本身就已具有一定的價(jià)值，但是隨著風(fēng)電不斷增加，即使風(fēng)電增加到40%的份額，儲(chǔ)電價(jià)值也只獲得了小幅度的提升。

整個(gè)市場價(jià)格的走低能夠降低率先建設(shè)“高固定成本低可變成本電源”(例如火電或者核電)的積極性，也就是說在未來大量使用風(fēng)電的時(shí)代，低可變成本電源會(huì)越來越少，這就縮短了低可變成本電源(如火電或核電)收回利潤的時(shí)間，同時(shí)也減少了當(dāng)前儲(chǔ)電在價(jià)格總額度中的占比，從而減少成本。

風(fēng)電到底是否需要儲(chǔ)存?這個(gè)問題取決于經(jīng)濟(jì)成本和利潤。眾多關(guān)于“大規(guī)模風(fēng)電并網(wǎng)成本”的研究已經(jīng)得出了很多結(jié)論，其中最重要的一條是，即使是風(fēng)電增加到20%的份額，并網(wǎng)成本也能保持在較低的水平，也根本沒有必要在風(fēng)電占比為20%的大范圍消納區(qū)域內(nèi)新增儲(chǔ)能系統(tǒng)。這些研究總體上表明，未來十年風(fēng)電并網(wǎng)成本遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于專用儲(chǔ)電成本，而且并網(wǎng)成本還可以通過使用先進(jìn)的風(fēng)能資源預(yù)測技術(shù)得到進(jìn)一步降低。