顧為東

我國擁有豐富的風能資源。全國風能詳查和評價結(jié)果顯示，全國陸上50米高度層年平均風功率密度大于等于300瓦/平方米的風能資源理論儲量約73億千瓦。其中，可開發(fā)利用風能儲量（不包括海上）遠超我國化石能源之和。但由于風電并網(wǎng)受限，風電難以大規(guī)模發(fā)展。筆者認為，將我國風能潛在優(yōu)勢轉(zhuǎn)化為現(xiàn)實生產(chǎn)力和國際競爭力，必須走大規(guī)模風電高效、低成本全部利用之路。

一、迅猛發(fā)展的風電與“棄風”的尷尬

“十一五”以來，我國風電裝機迅猛發(fā)展。2012年，全國新增風電裝機容量、總量分別占全球新增風電裝機容量的30%和總?cè)萘康?6.8%，保持全球領(lǐng)先。全年風電發(fā)電量1008億千瓦時，約占全國總上網(wǎng)電量的2.0%。

然而，在我國風電產(chǎn)業(yè)迅速發(fā)展的同時，風電與電網(wǎng)穩(wěn)定與安全間的矛盾日益凸顯，風電限電棄風現(xiàn)象日趨嚴重，也使風電制造業(yè)嚴重過剩。

2012年，我國風電限電超過200億千瓦時（實際值應大于300億千瓦時），比2011年增加一倍。按現(xiàn)在1千克標準煤發(fā)3度電的水平，200億千瓦時電等于浪費了670萬噸煤，直接經(jīng)濟損失超過100億元。為此還帶來高達2000萬噸二氧化碳排放，以及二氧化硫、氮氧化物等粉塵侵害的環(huán)境污染問題。

2012年，全國風電平均利用小時數(shù)比2011年減少30個小時，個別省（區(qū)）風電利用小時數(shù)下降到1400小時左右。目前蒙東、吉林限電最為突出，冬季供暖期限電比例已超50%。蒙西、甘肅酒泉、張家口壩上地區(qū)限電比例達20%以上。

大規(guī)模限電，導致風電企業(yè)無利可圖，企業(yè)經(jīng)營從繁榮跌入衰退。兩年前，明陽風電、金風科技和華銳風電紛紛上市，風電產(chǎn)業(yè)輝煌一時；如今，三大巨頭全部陷入舉步維艱的境地。運營商龍源集團2012年因棄風減少利潤13億元；大唐集團經(jīng)營的800萬千瓦風場，棄風率竟達40%～60%，由盈利進入虧損。短短兩年，“最好的風”變成了“最壞的風”，我國的風電產(chǎn)業(yè)進入“寒冬”。

二、能源結(jié)構(gòu)與國情決定我國風電不能大規(guī)模并網(wǎng)

中國風電之所以出現(xiàn)大規(guī)模棄風而不能上網(wǎng)，主要由于風能自身波動和間歇特性，導致風電場發(fā)出的電能隨之波動，接入電網(wǎng)時直接破壞電網(wǎng)穩(wěn)定性、連續(xù)性和可調(diào)性，危及電網(wǎng)安全。

（一）風電波動嚴重危及電網(wǎng)安全

風電輸出波動劇烈，從一年中風電場每天平均輸出功率看，每天最大和最少發(fā)電量至少相差約40～50倍。從微觀上分析一天內(nèi)的輸出功率變化，風電在24小時內(nèi)仍處于非常不穩(wěn)定狀態(tài)，輸出功率（兆瓦）在0～100之間隨機波動。

風電輸出功率大幅度波動和間歇特性，不僅造成電壓波動、閃變、頻率和相位偏差、諧波等10余項指標影響電網(wǎng)供電質(zhì)量和嚴重危及電網(wǎng)安全，同時，大規(guī)模風電并網(wǎng)，還須依靠以煤電為主的發(fā)電裝備進行調(diào)峰，否則電網(wǎng)將面臨“崩潰”。

（二）煤電為主的電網(wǎng)難以為風電做深度調(diào)峰

與歐美發(fā)達國家不同，我國能源結(jié)構(gòu)以煤炭為主。2012年我國煤電發(fā)電量占總發(fā)電量的73.9%。而歐美國家的能源結(jié)構(gòu)是以石油、天然氣等為主，其中美國27%是天然氣發(fā)電；英國燃氣發(fā)電比例更高達60%；北歐國家水電占90%。

這些國家電網(wǎng)對風電并網(wǎng)容納能力遠高于我國，這是因為燃氣、燃油發(fā)電和水電的調(diào)峰能力強，在一定范圍內(nèi)能有效減少風電波動對電網(wǎng)的危害。如西班牙，近十年來大力發(fā)展風電，裝機容量居全球第4位。他們在迅速發(fā)展風電的同時，大力配套發(fā)展具有深度調(diào)峰能力的燃油/燃氣機組、聯(lián)合循環(huán)機組，可深度調(diào)節(jié)機組達3500萬千瓦，滿足了風電調(diào)峰需求。

即便如此，美國、丹麥等西方國家也已遭遇大規(guī)模風電上網(wǎng)難的制約。

（三）不同國家、不同地區(qū)地理條件和資源分布不一樣，不能完全生搬硬套外國模式

我國以煤電為主的火電機組，其鍋爐燃燒系統(tǒng)具有滯后（反應慢）、效率低、經(jīng)濟性差等缺陷，不宜做深度調(diào)峰。以1000兆瓦某超臨界機組為例，風電充足時，參與調(diào)峰的火電機組輸出功率下降，每度電耗煤迅速上升；當輸出功率下降到額定功率的80%時，千瓦時電耗煤增加6克；下降到50%時，千瓦時電耗煤增加24克，煤電廠處于虧損狀態(tài)；下降到30%時，千瓦時電耗煤將增加約36克，煤電廠嚴重虧損。同時，千瓦時電耗煤的增加也帶來二氧化碳、二氧化硫等排放污染物大幅增加。

現(xiàn)在，國家又要新增投資約8000億元，建“三縱三橫”特高壓交流骨干網(wǎng)架，將我國西部地區(qū)風電送到東部地區(qū)。若僅從工程來看是正確的、能解決問題的，但從宏觀上進行系統(tǒng)運行規(guī)律分析，我們將發(fā)現(xiàn)這又是以鄰為壑、殺敵一萬自損八千的賠本舉措，仍是穿新鞋走老路，不適應中國國情。而且連著名電力專家潘垣院士在支持建設(shè)“三縱三橫”骨干網(wǎng)的同時也認為：對于風電等可再生能源的遠距離輸電，導致輸電線路功率會發(fā)生大幅度波動，線路的利用率就會降低。而且與火電機組不同，風機的慣性小，直流輸電慣性也小，這就會影響輸送端的運行穩(wěn)定性。

中國“富煤、少油、缺氣”的國情，決定我國將在較長時間保持以煤電為主的電源結(jié)構(gòu)，這也決定了我國目前電網(wǎng)結(jié)構(gòu)不具備大規(guī)模深度調(diào)峰能力，國外傳統(tǒng)風電并網(wǎng)模式不符合我國大規(guī)模風電并網(wǎng)的國情。中國還是一個發(fā)展中國家，這決定我們發(fā)展新能源應與經(jīng)濟效益統(tǒng)一，不能顧此失彼，為發(fā)展而發(fā)展。

三、中國風電發(fā)展特色之路

針對上述中國風電發(fā)展存在的問題，結(jié)合在主持實施國家“973”計劃風能項目成果和30余年的研究，筆者認為要將我國風能潛在比較優(yōu)勢轉(zhuǎn)化為現(xiàn)實生產(chǎn)力和國際競爭力，必須走大規(guī)模風電高效、低成本全部利用的中國特色之路。

（一）風電產(chǎn)業(yè)靠“補貼”難以為繼

目前，我國發(fā)展風電基本是遵循歐美等發(fā)達國家的思路，將大規(guī)模風電并入電網(wǎng)，并靠政府“補貼”來推動風電產(chǎn)業(yè)發(fā)展。但中國作為發(fā)展中國家，完全以“補貼”方式發(fā)展大規(guī)模風電是不可持續(xù)的。

這是因為：按現(xiàn)在風電價格與煤電對比，東部地區(qū)上網(wǎng)標桿電價是0.61元/千瓦時，煤電上網(wǎng)價格是0.43元/千瓦時，也就是說，每千瓦時風電上網(wǎng)國家要補0.17元。我國現(xiàn)在每千瓦時煤電創(chuàng)造的利潤是0.05元，相當于我們要用3.4千瓦時的煤電獲得的利潤才能補助1千瓦時度風電的發(fā)展。

2012年全年風電發(fā)電量1008億千瓦時，每千瓦時風電上網(wǎng)國家要補0.17元，全年國家要補171.36億元。如果風電上網(wǎng)電量發(fā)展到電網(wǎng)的10%，國家至少每年要補貼1000億元以上（太陽能發(fā)電要每千瓦時電補貼約0.8元，達標后每年也要補幾千億）。

（二）亟待修改完善《可再生能源法》

2005年出臺的《可再生能源法》第二十九條規(guī)定電網(wǎng)企業(yè)全額收購可再生能源電量，因風電不能上網(wǎng)造成損失，處一倍以下罰款。由于電網(wǎng)全額收購，還給予財政補貼，使我國風電出現(xiàn)前所未有的“大躍進”，三、四年風電裝備產(chǎn)能和裝機容量均達世界第一。但是，電網(wǎng)公司既沒有全部收購風電，也沒有被處以罰款。若按照《可再生能源法》，電網(wǎng)公司僅賠償一項就損失1000億元以上。如電網(wǎng)公司將大規(guī)模風電無條件全部上網(wǎng)，很可能造成我國若干次大面積停電事故，損失將在數(shù)萬億元以上。

2005年，筆者完成的研究報告《中國風電產(chǎn)業(yè)發(fā)展新戰(zhàn)略》與《可再生能源法立法研究》，同時獲得2005年度國家發(fā)展和改革委員會優(yōu)秀研究成果獎二等獎（一等獎空缺）。報告闡述我國電網(wǎng)在現(xiàn)有條件下不可能大規(guī)模消納風電，這一觀點與《可再生能源法立法研究》中的觀點截然相反。

筆者當時提出“風電多了上不了網(wǎng)”這是由中國能源結(jié)構(gòu)決定的，并被事實證明。與之相對應，國家對《可再生能源法》作了8處修改，其中最為重要的修正是將原法中“全額”收購可再生能源發(fā)電改為“全額保障性”收購。

當前，又有人強烈提出政府要責成電網(wǎng)公司全額收購風電，政府應新增投資約8000億元，建“三縱三橫”特高壓交流骨干網(wǎng)架將我國西部地區(qū)風電送到東部地區(qū)。我認為，這又是典型的“頭痛醫(yī)頭、腳痛醫(yī)腳”的舉措。如不改變照抄照搬不適合中國國情的國外大規(guī)模風電并網(wǎng)方式，無疑還會重蹈覆轍，繼續(xù)付出沉痛的代價。

（三）解決風電不能大規(guī)模上網(wǎng)的有效途徑

大規(guī)模風電利用應該是多元的，解決風電不能大規(guī)模上網(wǎng)的一個重要途徑就是發(fā)展“非并網(wǎng)風電”。

“非并網(wǎng)風電”是筆者1980年開始研究的，1985年在當時國內(nèi)唯一風能研究雜志《風能》（第4期，總第12期）和1986年《江蘇工學院學報》（第7卷第4期）首次提出。經(jīng)過多年豐富和深化，已形成一套理論體系，在國際風能界得到廣泛認可。

所謂“非并網(wǎng)風電”，就是大規(guī)模、超大規(guī)模風電場所發(fā)風電，通過必要的技術(shù)創(chuàng)新與集成，用于能較好適應風電特性的高耗能工業(yè)，使大規(guī)模、超大規(guī)模風電不經(jīng)過常規(guī)電網(wǎng)，就能夠高效、低成本、低故障率全部利用。非并網(wǎng)風電技術(shù)適用于大規(guī)模、超大規(guī)模風電場，以高耗能產(chǎn)業(yè)作為載體，將我國豐富的風能資源轉(zhuǎn)化為規(guī)模化綠色產(chǎn)業(yè)。

“非并網(wǎng)風電”是我國風能發(fā)展領(lǐng)域的原創(chuàng)性成果，2007年獲得國家重點基礎(chǔ)研究發(fā)展計劃（“973”計劃）立項，取得一系列研究成果，并廣泛應用；在國家《風電發(fā)展“十二五”專項規(guī)劃》中三次提到發(fā)展“非并網(wǎng)風電”，為我國風電行業(yè)進行國際交流、合作的重要領(lǐng)域。目前已通過鑒定的示范工程，可規(guī)?；茝V并產(chǎn)生巨大經(jīng)濟社會效益。

1.實現(xiàn)風電淡化海水可持續(xù)化。傳統(tǒng)意義上的海水淡化是用煤電作為動力源的高耗能產(chǎn)業(yè)，非并網(wǎng)風電海水淡化，則利用我國沿海地區(qū)取之不盡的海水和風能，通過科技進步提供干凈的飲用水，實現(xiàn)我國淡水的可持續(xù)化。

《國家“十二五”海水淡化發(fā)展規(guī)劃（綱要）》采納了“關(guān)于可再生能源與海水淡化耦合工程試點”建議，我院日產(chǎn)100噸風電淡水海水的示范工程已通過國家鑒定，并在此基礎(chǔ)上，哈電集團制造建設(shè)的單臺風機日產(chǎn)1萬噸海水淡化水能力的示范工程，并將在江蘇大豐市建成投產(chǎn)。

2.實現(xiàn)高耗能產(chǎn)業(yè)低碳化。2012年我國電解鋁產(chǎn)能2600萬噸，如60%的鋁產(chǎn)能（1560萬噸）采用非并網(wǎng)風電電解生產(chǎn)，可以消耗我國6360萬千瓦的風電場裝機容量（或10400萬千瓦的光伏電站裝機容量）一年發(fā)出電量，年節(jié)煤4700萬噸，減排二氧化碳1.28億噸。目前，該技術(shù)已建立2000A示范，并通過國家級鑒定。

3.實現(xiàn)風能直接制氫規(guī)?；?。不僅解決規(guī)?；?、低成本制氫難題，還為電網(wǎng)起到調(diào)峰作用。目前，該技術(shù)已通過國家級鑒定，并成為國家標準的重要內(nèi)容。同時該新能源技術(shù)與傳統(tǒng)能源天然氣進行“嫁接”，如加氫天然氣用于汽車可大幅度提高天然氣的燃燒效率，降低氮氧排放80%。

4.實現(xiàn)煤炭的清潔化。采用風/煤多能源系統(tǒng)，通過風電與煤化工“嫁接”，可使煤化工產(chǎn)量提高2.5倍，實現(xiàn)二氧化碳近零排放、節(jié)水38%以上，解決了我國煤炭清潔化的世紀難題。

5.實現(xiàn)多能源協(xié)同電網(wǎng)智能化。以上“四化”的實現(xiàn)，將成為四個能適應風電大幅度波動特性和為電網(wǎng)進行調(diào)峰的“智能負載”。通過物聯(lián)網(wǎng)將常規(guī)“智能電網(wǎng)”和“智能負載”，集成創(chuàng)新為具有中國特色的“智能電網(wǎng)系統(tǒng)”，可使我國電網(wǎng)效率由30%提升到40%～60%（美國為45%），將使我國以風能為主的可再生能源得到大規(guī)模、高效、低成本全部利用，并伴生一批相配套的萬億元級新興制造業(yè)集群，將我國全球劣勢、規(guī)模最大的高耗能產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)化為極具國際競爭力的規(guī)?；G色產(chǎn)業(yè)。

非并網(wǎng)風電/氯堿產(chǎn)業(yè)、非并網(wǎng)風電/城市污水（泥）高效處理產(chǎn)業(yè)、非并網(wǎng)風電非石油稀烴鏈化產(chǎn)業(yè)等系列成果，正如國家發(fā)展和改革委白和金研究員所言，“非并網(wǎng)風電直接用于高耗能產(chǎn)業(yè)，它不僅對江蘇省而且對全國能源結(jié)構(gòu)、能源布局產(chǎn)生重大影響”。世界風能學會主席普利本·麥加德表示，“非并網(wǎng)風電系統(tǒng)理論使非并網(wǎng)風電在世界影響日增，開辟了世界大規(guī)模風電多元化應用的新領(lǐng)域”。

國內(nèi)外知名專家的評價，更堅定了筆者的信念，加快我國自主研發(fā)的這一成果的推廣，將充分發(fā)揮和利用我國世界領(lǐng)先的風能等可再生能源，催生我國生態(tài)文明建設(shè)、推動經(jīng)濟結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整，為實現(xiàn)中國夢、實現(xiàn)中華民族偉大復興作出基礎(chǔ)性的重要貢獻。