方 敏，孔祥威，施建中，顧為東

(江蘇省宏觀經(jīng)濟(jì)研究院，南京210013)

大規(guī)模非并網(wǎng)風(fēng)電系統(tǒng)理論與實(shí)踐

方 敏，孔祥威，施建中，顧為東

(江蘇省宏觀經(jīng)濟(jì)研究院，南京210013)

本文針對(duì)我國風(fēng)能等可再生能源，由于其波動(dòng)性而不能大規(guī)模并入電網(wǎng)的難題，提出了非并網(wǎng)風(fēng)電理論。將高耗能負(fù)載改造成為能夠適應(yīng)電能波動(dòng)的智能負(fù)載，極大地提高了可再生能源的利用率。研究了非并網(wǎng)風(fēng)電理論的本質(zhì)和內(nèi)涵，并討論了非并網(wǎng)風(fēng)電理論的應(yīng)用情況，為我國節(jié)能減排，提高電網(wǎng)效率和可再生能源利用率提出了一條新路徑。

非并網(wǎng)；多能源協(xié)同；智能負(fù)載

1 前言

進(jìn)入21世紀(jì)，全球可再生能源不斷發(fā)展，風(fēng)能作為一種高效清潔的能源正受到越來越多國家的高度重視，成為繼石油燃料、化工燃料之后主要的可再生能源。目前，風(fēng)電正在以超出預(yù)期的每年兩位數(shù)的增長速度飛速發(fā)展。2013年，中國(不包括臺(tái)灣地區(qū))新增裝機(jī)容量16 088.7 MW，同比增長24.1%；累計(jì)裝機(jī)容量91 412.89 MW，同比增長21.4%[1]。新增裝機(jī)和累計(jì)裝機(jī)兩項(xiàng)數(shù)據(jù)均居世界第一。

我國擁有豐富的風(fēng)能資源。全國風(fēng)能詳查和評(píng)價(jià)結(jié)果顯示，現(xiàn)已確定陸地50 m高處的風(fēng)能可利用儲(chǔ)量為2.35×109kW[2]，而海上風(fēng)電可利用量也接近1.5×109kW。其中，可開發(fā)利用的風(fēng)能儲(chǔ)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過我國煤炭、石油、天然氣等化石能源的總和。

我國風(fēng)電產(chǎn)業(yè)迅速發(fā)展的同時(shí)，大量風(fēng)電對(duì)電網(wǎng)穩(wěn)定與安全帶來的矛盾日益凸顯，風(fēng)電限電棄風(fēng)的現(xiàn)象日趨嚴(yán)重，也帶來風(fēng)電制造業(yè)的嚴(yán)重過剩。

2012年我國風(fēng)電限電超過200億度（實(shí)際值應(yīng)大于300億度），比2011年增加一倍。按現(xiàn)在1 kg標(biāo)準(zhǔn)煤發(fā)3度電的水平，200億度電等于浪費(fèi)了6.7× 106t煤，直接經(jīng)濟(jì)損失超過100億元。為此還帶來高達(dá)2×107t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。

2 中國風(fēng)電為什么不能大規(guī)模上網(wǎng)

2.1 風(fēng)電波動(dòng)特性

由于風(fēng)能的自身波動(dòng)和間歇特性，導(dǎo)致風(fēng)電場(chǎng)發(fā)出的電能也隨之波動(dòng)，接入電網(wǎng)時(shí)會(huì)直接破壞電網(wǎng)的穩(wěn)定性、連續(xù)性和可調(diào)性，嚴(yán)重危及電網(wǎng)安全。

圖1顯示了新疆達(dá)坂城某風(fēng)電場(chǎng)一年中每天的平均輸出功率（發(fā)電量）曲線圖，可以直觀地看到輸出的風(fēng)電波動(dòng)劇烈，每天最多和最少發(fā)電量至少相差約50倍。

圖1 一年中風(fēng)電場(chǎng)每天平均輸出功率曲線圖Fig.1 A year of wind farm daily average output power curve

圖2顯示了新疆達(dá)坂城某風(fēng)電場(chǎng)一年中風(fēng)電場(chǎng)每5天的平均輸出功率（發(fā)電量）曲線圖，也可以直觀地看出，最多和最少發(fā)電量之間至少相差40倍。

圖2 一年中風(fēng)電場(chǎng)每5天平均輸出功率曲線圖Fig.2 A year of wind farm every 5 day average output power curve

圖3顯示了江蘇某四個(gè)風(fēng)電場(chǎng)某一天的負(fù)荷曲線圖，盡管是4個(gè)風(fēng)電場(chǎng)疊加，風(fēng)電在24 h內(nèi)仍處于非常不穩(wěn)定狀態(tài)，輸出功率在0～100 MW隨機(jī)波動(dòng)，嚴(yán)重影響供電質(zhì)量，危害電網(wǎng)安全。

以上分析可見，風(fēng)電輸出功率的大幅度波動(dòng)和間歇等特性造成電壓波動(dòng)、閃變、頻率和相位偏差、諧波等10余項(xiàng)指標(biāo)影響電網(wǎng)的供電質(zhì)量，嚴(yán)重危及電網(wǎng)安全。這還決定了大規(guī)模風(fēng)電并網(wǎng)必須依靠以煤電為主的發(fā)電裝備隨時(shí)進(jìn)行深度調(diào)峰，否則電網(wǎng)將面臨“崩潰”。

2.2 我國以煤電為主的電網(wǎng)難以為風(fēng)電作深度調(diào)峰

與歐美等發(fā)達(dá)國家和地區(qū)不同，我國能源結(jié)構(gòu)是以煤炭為主。2012年我國煤電發(fā)電量3.68× 1012kw?h-1，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?xì)獍l(fā)電比例更是高達(dá)60%；北歐國家水電占90%。

因此，這些國家的電網(wǎng)對(duì)風(fēng)電并網(wǎng)容納能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于我國，這是因?yàn)槿細(xì)?、燃油發(fā)電和水電的調(diào)峰能力強(qiáng)，在一定范圍內(nèi)能有效減少風(fēng)電波動(dòng)對(duì)電網(wǎng)的危害。如歐洲的西班牙，近十年來大力發(fā)展風(fēng)電，裝機(jī)容量突破2×107kW，居全球第4位。他們?cè)谘杆侔l(fā)展風(fēng)電的同時(shí)，大力配套發(fā)展具有深度調(diào)峰能力的燃油/燃?xì)鈾C(jī)組、聯(lián)合循環(huán)機(jī)組，可深度調(diào)節(jié)機(jī)組達(dá)3.5×107kW，滿足了風(fēng)電調(diào)峰需求。

圖3 江蘇某四個(gè)風(fēng)電場(chǎng)負(fù)荷曲線圖Fig.3 Four load curve of wind farm map in Jiangsu

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

而我國以煤電為主的火電機(jī)組，其鍋爐燃燒系統(tǒng)具有滯后（反應(yīng)慢）、效率低、經(jīng)濟(jì)性差，不宜做深度調(diào)峰。以1 000 MW某超超臨界機(jī)組為例，風(fēng)電充足時(shí)，參與調(diào)峰的火電機(jī)組輸出功率下降，每度電耗煤迅速上升；當(dāng)輸出功率下降到額定功率的80%時(shí)，度電耗煤增加6 g；下降到50%時(shí)，度電耗煤增加24 g，煤電廠處于虧損狀態(tài)；下降到30%時(shí)，度電耗煤將增加約36 g，煤電廠嚴(yán)重虧損。同時(shí)，度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。所以，煤電機(jī)組參與深度調(diào)峰，將使煤耗上升、發(fā)電機(jī)組效率下降和故障概率增加，長期以往還會(huì)嚴(yán)重縮短發(fā)電設(shè)備壽命。

中國的國情是“富煤、少油、缺氣”，決定我國將在較長時(shí)間保持以煤電為主的電源結(jié)構(gòu)，這一特性也就決定了我國電網(wǎng)不具備大規(guī)模深度調(diào)峰的能力、國外傳統(tǒng)的風(fēng)電并網(wǎng)模式不符合我國大規(guī)模風(fēng)電并網(wǎng)的國情。

3 非并網(wǎng)風(fēng)電理論

“非并網(wǎng)風(fēng)電”是一個(gè)原創(chuàng)性理論，是推動(dòng)我國風(fēng)電規(guī)?；彤a(chǎn)業(yè)化發(fā)展的重要途徑。大規(guī)模風(fēng)電的直接應(yīng)用，在繞開電網(wǎng)這一限制瓶頸的同時(shí)，還使得風(fēng)電機(jī)組結(jié)構(gòu)優(yōu)化和風(fēng)能利用效率的提高，由此大幅降低風(fēng)電發(fā)展的成本。這一理論為走出一條擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)和中國特色的風(fēng)能多元化發(fā)展之路奠定基礎(chǔ)，也使我國風(fēng)電基礎(chǔ)理論研究在國際上占一席之地，得到國際同行的肯定。2011年第十屆世界風(fēng)能大會(huì)上專門設(shè)立非并網(wǎng)風(fēng)電分會(huì)場(chǎng)，谷歌（Google）也以“非并網(wǎng)風(fēng)電”作為全球搜索專有名詞。

非并網(wǎng)風(fēng)電是指大規(guī)模風(fēng)電直接應(yīng)用于一系列通過技術(shù)創(chuàng)新、能較好應(yīng)用風(fēng)電特性的產(chǎn)業(yè)[3～5]。大規(guī)模風(fēng)電的終端負(fù)荷不再是電網(wǎng)，其與蓄電池配套的小型獨(dú)立運(yùn)行供電系統(tǒng)也不同，而是將風(fēng)電直接輸送到一些高載能的企業(yè)，以期解決無法上網(wǎng)的風(fēng)電的利用問題。非并網(wǎng)風(fēng)電模式和離網(wǎng)型風(fēng)電模式、并網(wǎng)型風(fēng)電模式的區(qū)別如圖4至圖6所示。

圖4 離網(wǎng)型風(fēng)電模式Fig.4 Off-grid wind power integration

圖5 并網(wǎng)型風(fēng)電模式Fig.5 Grid-connected wind power integration

圖6 非并網(wǎng)型風(fēng)電模式Fig.6 Non-grid-connected wind power integration

離網(wǎng)型風(fēng)電模式風(fēng)電經(jīng)蓄電后為負(fù)載供電，利用效率降低30%左右，投資卻增加約一倍。并網(wǎng)型風(fēng)電模式風(fēng)機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，風(fēng)電對(duì)電網(wǎng)污染嚴(yán)重。在沒有燃?xì)獍l(fā)電、水電等調(diào)峰時(shí)，風(fēng)電在電網(wǎng)中貢獻(xiàn)率一般難以超過10%。而非并網(wǎng)型風(fēng)電模式利用風(fēng)/網(wǎng)協(xié)同供電，風(fēng)電、網(wǎng)電相互獨(dú)立、互不干擾，協(xié)同為負(fù)載供電。風(fēng)機(jī)結(jié)構(gòu)優(yōu)化，成本降低，實(shí)現(xiàn)風(fēng)電高效、低成本全部利用。

風(fēng)電的這種非并網(wǎng)模式，將發(fā)電與負(fù)載直接耦合為一個(gè)“新系統(tǒng)”，其優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)在：a.采用直流電，回避風(fēng)電上網(wǎng)電壓差、相位差、頻率差難以控制的問題，繞開電網(wǎng)這一限制風(fēng)電大規(guī)模應(yīng)用的瓶頸，也避免了風(fēng)電并網(wǎng)對(duì)電網(wǎng)系統(tǒng)的影響；b.突破終端負(fù)荷使用風(fēng)電的局限，使大規(guī)模風(fēng)電在非并網(wǎng)風(fēng)電系統(tǒng)中100%利用；c.由于沒有了上網(wǎng)條件的束縛，風(fēng)力機(jī)可以采用一些低成本、高效能的設(shè)備，也可以簡(jiǎn)化甚至省去成本高、結(jié)構(gòu)復(fù)雜的設(shè)備。

非并網(wǎng)風(fēng)電理論的關(guān)鍵是將高耗能產(chǎn)業(yè)通過必要的技術(shù)創(chuàng)新和改造后，能夠適應(yīng)風(fēng)電和電網(wǎng)波動(dòng)，成為理想的、具有深度調(diào)峰能力的“智能負(fù)載”。根據(jù)目前對(duì)高耗能產(chǎn)業(yè)內(nèi)在耦合機(jī)理和運(yùn)行規(guī)律研究，可改造成智能負(fù)載的高耗能產(chǎn)業(yè)主要有：電解鋁工業(yè)、規(guī)模化電解水制氫、大規(guī)模海水淡化、氯堿工業(yè)和風(fēng)煤多能源系統(tǒng)等[4，5]。

4 非并網(wǎng)多能源協(xié)同供電

根據(jù)非并網(wǎng)風(fēng)電理論，發(fā)展的非并網(wǎng)多能源協(xié)同供電系統(tǒng)是將風(fēng)電、網(wǎng)電、光伏發(fā)電、水電、核電、余熱發(fā)電及沼氣發(fā)電等多種能源產(chǎn)生的電能，通過智能控制系統(tǒng)按一定順序使用，給某個(gè)區(qū)域協(xié)同供電。根據(jù)有無網(wǎng)電，此系統(tǒng)有兩種能源供給模式。當(dāng)有網(wǎng)電時(shí)，多能源協(xié)同供電模式可以優(yōu)先使用風(fēng)電、光伏發(fā)電、水電、余熱發(fā)電及沼氣發(fā)電等綠色電力，不足部分由網(wǎng)電補(bǔ)充。當(dāng)無網(wǎng)電時(shí)，可以利用上述多種電力進(jìn)行多能源脫網(wǎng)獨(dú)立供電。

非并網(wǎng)多能源協(xié)同供電系統(tǒng)的核心內(nèi)涵是把區(qū)域優(yōu)勢(shì)化的能源放在合適的地域發(fā)電，在特定的供電系統(tǒng)中各能源有適當(dāng)?shù)碾娏┙o比例，協(xié)同發(fā)揮最優(yōu)化作用。該系統(tǒng)有許多集中供電系統(tǒng)所不能實(shí)現(xiàn)的優(yōu)勢(shì)，主要體現(xiàn)在：a.能量利用效率高；b.就地生產(chǎn)，就地利用，能量輸配的損失??；c.各種形式的電力協(xié)同配合，按一定優(yōu)先級(jí)為負(fù)載供電，使各類能源均發(fā)揮最優(yōu)利用狀態(tài)；d.能源系統(tǒng)的安全性高。

非并網(wǎng)多能源協(xié)同供電系統(tǒng)采用分布式布局，與集中供電的電網(wǎng)體系形成了多層次、多梯度的協(xié)同供電網(wǎng)絡(luò)，不僅提高了國家電網(wǎng)安全運(yùn)行能力，而且提高了區(qū)域特征明顯的綠色能源利用效率，解決了電網(wǎng)薄弱地區(qū)波動(dòng)性風(fēng)電的消納，增強(qiáng)了電網(wǎng)應(yīng)對(duì)用電負(fù)荷波動(dòng)的能力，還可以解決電網(wǎng)難以延伸的邊遠(yuǎn)地區(qū)供電問題。

非并網(wǎng)多能源協(xié)同供電系統(tǒng)可以根據(jù)地區(qū)產(chǎn)業(yè)特點(diǎn)，進(jìn)行整體規(guī)劃和配置，將電能輸出與其他形式能源輸出相結(jié)合，形成冷、熱、電、氣、水等綜合供給保障體系，為某一區(qū)域進(jìn)行能源綜合聯(lián)供，最優(yōu)化配置使用能源。

能源短缺、水資源匱乏和環(huán)境污染是制約很多國家經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的重要因素。非并網(wǎng)風(fēng)電試圖以風(fēng)資源為突破口，撬動(dòng)高耗能工業(yè)低碳化、煤炭利用清潔化、淡化水資源可持續(xù)化和多能源協(xié)同供電系統(tǒng)分布化的杠桿，促進(jìn)世界及地區(qū)經(jīng)濟(jì)快速、可持續(xù)化發(fā)展。非并網(wǎng)風(fēng)電系統(tǒng)提供了全新的風(fēng)電利用方式，回避了大規(guī)模風(fēng)電并網(wǎng)、風(fēng)電機(jī)組設(shè)計(jì)和制造中諸多技術(shù)難題，創(chuàng)新了風(fēng)電利用方式，以簡(jiǎn)潔的技術(shù)體系促進(jìn)了風(fēng)電技術(shù)的推廣和大規(guī)模應(yīng)用。非并網(wǎng)風(fēng)電理論及系統(tǒng)提供了一條適合中國國情的風(fēng)電多元化利用之路。儲(chǔ)量豐富的風(fēng)能是未來中國經(jīng)濟(jì)低碳化的希望和動(dòng)力，多元化利用風(fēng)能就是開啟風(fēng)能寶庫的鑰匙。非并網(wǎng)風(fēng)電系統(tǒng)有助于石油替代戰(zhàn)略的實(shí)施，促進(jìn)高耗能工業(yè)布局調(diào)整，解決區(qū)域性缺水問題，這些不僅可以解決發(fā)展中國家發(fā)展經(jīng)濟(jì)所面臨的現(xiàn)實(shí)問題，對(duì)于發(fā)達(dá)國家也具有借鑒意義。

5 非并網(wǎng)風(fēng)電應(yīng)用領(lǐng)域

5.1 非并網(wǎng)風(fēng)電理論在電解工業(yè)中的應(yīng)用探索

電解工業(yè)是其比較理想的用戶之一，這是因?yàn)椋弘娊夤I(yè)使用直流電，風(fēng)力機(jī)向負(fù)載直接供應(yīng)直流電，不需研究頻率和相位控制等技術(shù)，也省去了整流、變頻（逆變）等復(fù)雜設(shè)備。電解工業(yè)熱容量大，只要掌握電解過程中電場(chǎng)、流場(chǎng)、溫度場(chǎng)“三場(chǎng)平衡”的運(yùn)行規(guī)律，負(fù)載就能較好地適應(yīng)風(fēng)電電流的波動(dòng)。而且，電解工業(yè)耗電量大、用電集中的特點(diǎn)，有利于大量應(yīng)用風(fēng)電替代化石能源，實(shí)現(xiàn)大規(guī)模節(jié)能減排。主要包括以下內(nèi)容。

1）非并網(wǎng)風(fēng)電電解鋁系統(tǒng)。非并網(wǎng)風(fēng)電/電解鋁系統(tǒng)，采用先進(jìn)的智能供電控制技術(shù)和新型電解槽熱平衡技術(shù)，實(shí)現(xiàn)風(fēng)電不上電網(wǎng)，100%優(yōu)先用完風(fēng)電，不足電量通過智能控制系統(tǒng)，由網(wǎng)電進(jìn)行補(bǔ)充，協(xié)同供電，保證對(duì)電解槽的連續(xù)供電。同時(shí)，在風(fēng)小或無風(fēng)時(shí)，新型電解槽熱平衡技術(shù)能有效防止電解槽驟冷驟熱，保持電解槽處于低能耗狀態(tài)，從而杜絕了因電流波動(dòng)導(dǎo)致鋁電解液的溫度波動(dòng)。

2）非并網(wǎng)風(fēng)電氯堿系統(tǒng)。非并網(wǎng)風(fēng)電氯堿系統(tǒng)，是非并網(wǎng)風(fēng)電的重要應(yīng)用領(lǐng)域之一。采用先進(jìn)的智能控制技術(shù)，利用風(fēng)電對(duì)氯堿電解槽直接供電，從而降低氯堿工業(yè)對(duì)煤電等傳統(tǒng)電力的依賴，使其向低碳節(jié)能的生產(chǎn)方式轉(zhuǎn)變。

3）非并網(wǎng)風(fēng)電制氫系統(tǒng)。非并網(wǎng)風(fēng)電制氫系統(tǒng)是基于電解水制氫可以適用于風(fēng)電波動(dòng)這一特性設(shè)計(jì)的，整個(gè)裝置對(duì)風(fēng)機(jī)的不穩(wěn)定功率輸出具有較強(qiáng)適應(yīng)性。整個(gè)系統(tǒng)利用綠色風(fēng)能產(chǎn)生潔凈燃料氫氣，探索了獲取潔凈燃料的一條全新途徑[6]。

5.2 非并網(wǎng)多能源協(xié)同供電示范應(yīng)用

非并網(wǎng)多能源協(xié)同供電系統(tǒng)通過智能控制系統(tǒng)，將風(fēng)電、網(wǎng)電、光伏發(fā)電、水電、核電、余熱發(fā)電及沼氣發(fā)電等多種能源產(chǎn)生的電能，按一定優(yōu)先級(jí)順序使用，給某個(gè)區(qū)域或一組負(fù)載協(xié)同供電。該供電系統(tǒng)不僅解決了風(fēng)電等間歇性、波動(dòng)性能源的直接利用問題，而且升華了分布式電網(wǎng)系統(tǒng)的內(nèi)涵和應(yīng)用，超越了分布式電網(wǎng)單一形式的電能輸入，實(shí)現(xiàn)了多種電能協(xié)同供電。真正做到充分發(fā)揮區(qū)域能源優(yōu)勢(shì)，高效、合理、優(yōu)化配置和使用能源。主要包括以下內(nèi)容。

1）非并網(wǎng)風(fēng)電/海水淡化系統(tǒng)。非并網(wǎng)風(fēng)電/海水淡化技術(shù)，是大規(guī)模非并網(wǎng)風(fēng)電用于高載能工業(yè)的又一創(chuàng)新，處于世界領(lǐng)先水平。非并網(wǎng)風(fēng)電/海水淡化采用了先進(jìn)的海水淡化設(shè)備，全球首次實(shí)現(xiàn)了設(shè)備內(nèi)部熱能平衡，極大提高了能量利用率。利用先進(jìn)的智能平衡供電控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)海水淡化設(shè)備適應(yīng)風(fēng)電特性、100%應(yīng)用風(fēng)電，從而解決了海水淡化的能量供給問題。非并網(wǎng)風(fēng)電/海水淡化系統(tǒng)是將海水淡化水直接送入岸上的城市管網(wǎng)[7]。

2）非并網(wǎng)風(fēng)電油田抽油系統(tǒng)。非并網(wǎng)風(fēng)電油田抽油系統(tǒng)采用先進(jìn)的智能控制技術(shù)，電力變換跟蹤技術(shù)及電能高效智能緩存技術(shù)，將風(fēng)電、網(wǎng)電、柴油發(fā)電、光伏發(fā)電等電能進(jìn)行優(yōu)先級(jí)排序，對(duì)負(fù)載進(jìn)行連續(xù)供電。這一系統(tǒng)將極大促進(jìn)我國石化行業(yè)的節(jié)能減排[8]。

3）非并網(wǎng)風(fēng)沼電一體化發(fā)電供電系統(tǒng)。沼氣是一種可再生能源，它主要是通過生物化學(xué)方法對(duì)人畜糞便、生活垃圾和工業(yè)有機(jī)廢水等進(jìn)行處理而生成。我國有著豐富的沼氣資源，大力發(fā)展沼氣事業(yè)是解決農(nóng)村清潔能源短缺和城市生活垃圾問題的有效方式之一，具有良好的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)和環(huán)境效益。通常，在自然條件下，沼氣池難以達(dá)到最佳的發(fā)酵溫度（35℃左右），沼氣產(chǎn)量少且不穩(wěn)定，這是沼氣難以市場(chǎng)化普及的重要原因之一。因此，若有一種“綠色”的能源能夠提高和維持沼氣池發(fā)酵溫度，從而保持長年穩(wěn)定高效的產(chǎn)氣，也就科學(xué)地解決了這一難題。風(fēng)沼電一體化發(fā)電供氣系統(tǒng)，將風(fēng)電和沼電優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，克服了沼氣和風(fēng)能大規(guī)模應(yīng)用中的難點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)風(fēng)能和沼氣的最優(yōu)綜合利用。

4）非并網(wǎng)風(fēng)電與大規(guī)模蓄電相結(jié)合。將“非并網(wǎng)風(fēng)電”與大規(guī)模蓄電結(jié)合起來以進(jìn)一步發(fā)揮兩者的優(yōu)勢(shì)，不僅突破了大規(guī)模風(fēng)電僅有并網(wǎng)運(yùn)行一種方式，而且使“非并網(wǎng)風(fēng)電”的質(zhì)量提高、范圍擴(kuò)展、效益增大。

5.3 非并網(wǎng)風(fēng)電/煤多能源系統(tǒng)

傳統(tǒng)能源經(jīng)過上百年的發(fā)展，比較穩(wěn)定，而且使用面廣，新能源在短時(shí)間內(nèi)還難以完全取代傳統(tǒng)能源。將新能源和傳統(tǒng)能源結(jié)合起來發(fā)展，通過這種“嫁接”，一方面可以利用新能源改造和提升傳統(tǒng)能源，改變傳統(tǒng)能源高消耗、高排放的特點(diǎn)，使其更加“綠色”；另一方面，新能源也能借助傳統(tǒng)能源，克服其成本高、使用面窄的缺點(diǎn)，使新能源得到更好更快的發(fā)展。

1）風(fēng)電煤一體化系統(tǒng)。縱觀工業(yè)文明，各個(gè)時(shí)代主體燃料的轉(zhuǎn)變，也就是一個(gè)從固體到液體再到氣體燃料的轉(zhuǎn)變。在這個(gè)發(fā)展過程中，能源隱含著“減碳加氫”的演變規(guī)律。與此相適應(yīng)，工業(yè)和動(dòng)力設(shè)備的發(fā)展都遵循了“高效能、低排放”的技術(shù)路徑。以規(guī)?；L(fēng)電電解水制氫工藝為橋梁，將非并網(wǎng)風(fēng)電系統(tǒng)“嫁接”到煤制甲醇等煤化工工藝上，避開了風(fēng)電上網(wǎng)的瓶頸問題，使風(fēng)電100%利用的同時(shí)，大幅度減排了二氧化碳，提高了單位煤量的甲醇產(chǎn)量，使“綠色”煤化工成為可能[9]。

2）風(fēng)/煤制甲醇集成系統(tǒng)。我國煤炭和風(fēng)能資源都相對(duì)豐富，且分布具有很大的重疊性。非并網(wǎng)風(fēng)電電解水工藝產(chǎn)生的O2和H2是煤制甲醇工藝急需的生產(chǎn)原料，因此，非并網(wǎng)風(fēng)電與煤制甲醇的集成系統(tǒng)通過綜合利用煤炭和風(fēng)能資源，發(fā)揮各自的特長、克服其固有缺陷，以求達(dá)到經(jīng)濟(jì)、社會(huì)和環(huán)境效益的最優(yōu)化。

3）風(fēng)/煤制乙二醇集成系統(tǒng)。將大規(guī)模非并網(wǎng)風(fēng)電直接應(yīng)用于煤制乙二醇的生產(chǎn)工藝，將大規(guī)模、隨機(jī)性變化的風(fēng)能轉(zhuǎn)化為脈動(dòng)直流電，并直接利用該電能電解水生產(chǎn)氫氣和氧氣，用獲得的氫氣和氧氣作為乙二醇生產(chǎn)工藝中的原料?？梢源蠓忍岣唢L(fēng)能的利用率，并優(yōu)化煤制乙二醇工藝，實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗、溫室氣體減排、綠色環(huán)保等。

6 結(jié)語

我國“富煤、少氣、缺油”的資源條件，決定了在未來一定時(shí)期內(nèi)中國能源結(jié)構(gòu)以煤炭為主的格局，由于電網(wǎng)結(jié)構(gòu)不具備大規(guī)模深度調(diào)峰的能力，因此不能照搬國外傳統(tǒng)風(fēng)電并網(wǎng)模式。大規(guī)模破口非并網(wǎng)風(fēng)電系統(tǒng)基礎(chǔ)理論和實(shí)踐研究試圖以風(fēng)資源為突破口，撬動(dòng)高耗能工業(yè)低碳化、煤炭利用清潔化、淡化水資源可持續(xù)化和多能源協(xié)同供電系統(tǒng)分布化的杠桿，推動(dòng)中國和世界經(jīng)濟(jì)向低碳化、可持續(xù)化發(fā)展。

[1] Chinese Wind Energy Association.Installed capacity of wind power in 2013(CWEA)[Z].

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[3] 顧為東.大規(guī)模非并網(wǎng)風(fēng)電系統(tǒng)理論與實(shí)踐[M].南京：江蘇人民出版社，2014.

[4] 顧為東.中國風(fēng)電產(chǎn)業(yè)發(fā)展新戰(zhàn)略與風(fēng)電非并網(wǎng)理論[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2006.

[5] 顧為東.大規(guī)模非并網(wǎng)風(fēng)電系統(tǒng)開發(fā)與應(yīng)用[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2008，32(19)：1-4.

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[7] He Xiaobin，Li Chufu，Gu Weidong.Research on an innovative large-scale offshore wind power seawater desalination system [C]//Proceedings of 2010 World Non-Grid-Connected Wind Power and Energy Conference.Nanjing：IEEE Press，2010：1-4.

[8] Li Chufu，He Xiaobin，Gu Weidong.Application of distributed wind(solar)/grid complementsystem for oil pumping machines in oilfields[C]//Proceedings of 2010 World Non-Grid-Connected Wind Power and Energy Conference.Nanjing：IEEE Press，2010：380-383.

[9] Gu Weidong，Yan Zhuoyong.Research on integrated system of large-scale non-grid-connected wind power and coal-to-SNG[C]// Proceedings of 2010 World Non-Grid-Connected Wind Power and Energy Conference.Nanjing:IEEE Press，2010：198-201.

The theory and practice of largescale non-grid-connected wind power system

Fang Min，Kong Xiangwei，Shi Jianzhong，Gu Weidong
(Jiangsu Academy of Macroeconomic Research，Nanjing 210013，China)

In according with the volatility of renewable energy such as wind power in China，large-scale of which cannot be consumption by grid，the non-grid-connected wind power theory is proposed in this paper.The high energy consumption load is transformed into smart load which can adapt to the fluctuation of energy，greatly improve the utilization of renewable energy.The paper discuss the essence and connotation of non-grid-connected wind power theory，and the application of non-grid-connected wind power theory，for China’s energy saving and emission reduction，proposed a new path to improve the utilization rate of network efficiency and renewable energy.

non-grid-connected；multi-energy collaborative；smart load

TK89

A

1009-1742(2015)03-0014-06

2014-10-20

國家科技支撐計(jì)劃“兆瓦級(jí)非并網(wǎng)風(fēng)電海水淡化系統(tǒng)研發(fā)及先導(dǎo)性示范”（2013BAB08B04）

顧為東，1956年出生，男，江蘇鹽城市人，研究員，主要研究方向?yàn)榉遣⒕W(wǎng)風(fēng)電基礎(chǔ)理論與產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用；E-mail：guwd@zjzw.net