楊曉靜，徐科，，許兵，劉偉（.國網(wǎng)天津市電力公司，天津30000；.國家電網(wǎng)公司研究室，北京0003）

風(fēng)電接入電網(wǎng)的評價體系

楊曉靜1，徐科1，2，許兵2，劉偉1
（1.國網(wǎng)天津市電力公司，天津300010；2.國家電網(wǎng)公司研究室，北京100031）

為解決目前風(fēng)電缺乏全面有效的評價體系，促進風(fēng)電健康有序發(fā)展，基于實用性考慮，提出從運行水平、開發(fā)利用水平、經(jīng)濟性和社會性4個方面對風(fēng)電接入電網(wǎng)進行全面和系統(tǒng)的評價。提出從風(fēng)電場和電網(wǎng)運行的角度進行運行水平評價，從已開發(fā)利用和未開發(fā)潛力的角度進行開發(fā)利用水平評價，從上網(wǎng)電價的角度進行經(jīng)濟性評價，從節(jié)能減排的角度進行社會性評價，提出了完整的評價指標(biāo)體系，給出了指標(biāo)定義，解釋了指標(biāo)含義，并分析了指標(biāo)當(dāng)前的平均水平，提出的評價體系覆蓋面全，計算簡單，具有較好的實用性。關(guān)鍵詞：風(fēng)電；評價；運行水平；開發(fā)利用水平；經(jīng)濟性；社會性

我國風(fēng)能資源豐富，離地50m高度3m/s以上風(fēng)力可開發(fā)資源約為25億kW，為我國經(jīng)濟社會發(fā)展提供了重要的能源保障[1-2]。近年來隨著技術(shù)發(fā)展和造價水平下降，我國風(fēng)電發(fā)展十分迅速，截至到2012年底全國風(fēng)電裝機容量已突破6 000萬kW，風(fēng)電已經(jīng)成為僅次于火電和水電的第3大電源。與火電等穩(wěn)定電源不同，風(fēng)電出力具有間歇性和波動性，風(fēng)電的大規(guī)模開發(fā)對接入電網(wǎng)提出了巨大挑戰(zhàn)。我國風(fēng)電長期以來重建設(shè)、輕運行、缺評價，尤其是缺乏全面有效的評價體系，一定程度上造成了目前風(fēng)電產(chǎn)能過剩、消納困難等問題。因此，風(fēng)電的評價技術(shù)對于指導(dǎo)風(fēng)電健康有序發(fā)展具有重要的意義[3-4]。

1 風(fēng)電評價技術(shù)研究現(xiàn)狀

目前，風(fēng)電評價技術(shù)已經(jīng)開展了一定的研究。文獻[3]從風(fēng)電場容量有效度、風(fēng)電場發(fā)電密集度、風(fēng)電場運行安全度、風(fēng)電場相對效益系數(shù)4個指標(biāo)評價了風(fēng)電場的發(fā)電可靠性；文獻[4]對風(fēng)電利用水平評價的關(guān)鍵指標(biāo)進行了研究；文獻[5]提出風(fēng)電機組分布系數(shù)、風(fēng)資源系數(shù)和損失系數(shù)3種指標(biāo)，對風(fēng)電場容量系數(shù)進行了評價分析；文獻[6]提出了單個并網(wǎng)風(fēng)電機組在線運行狀態(tài)評估方法?，F(xiàn)有風(fēng)電評價技術(shù)多從可靠性的角度分析，評價分析偏向理論化，計算較為復(fù)雜，評價結(jié)果不太直觀，實踐性不強；評價對象多限于風(fēng)電機組和風(fēng)電場本身；對于風(fēng)電接入電網(wǎng)的評價較少，評價體系還缺乏全面和系統(tǒng)性[3-7]。本文針對風(fēng)電接入電網(wǎng)后的各項數(shù)據(jù)指標(biāo)，基于實用性考慮，從運行水平、開發(fā)利用水平、經(jīng)濟性和社會性4個方面進行全面和系統(tǒng)的評價，以便指導(dǎo)風(fēng)電又好又快發(fā)展。

2 風(fēng)電接入電網(wǎng)的評價指標(biāo)體系

風(fēng)電相比常規(guī)化石能源發(fā)電主要有3大特點：清潔、可再生和不穩(wěn)定，風(fēng)電接入電網(wǎng)的評價指標(biāo)也主要圍繞這3個特點開展，分為運行水平、開發(fā)利用水平、經(jīng)濟性和社會性4個方面。評價指標(biāo)盡量采用相對值，這樣便于不同地區(qū)進行對比。

2.1 風(fēng)電運行水平

該部分評價指標(biāo)主要反映風(fēng)電接入電網(wǎng)的運行水平，既反映風(fēng)電場風(fēng)機的運行水平，也反映電網(wǎng)調(diào)度的運行水平，具體分為：年平均利用小時、平均單機容量、風(fēng)電場平均并網(wǎng)容量、風(fēng)電場平均并網(wǎng)電壓、具備低電壓穿越能力的風(fēng)機比例、安裝風(fēng)功率預(yù)測的風(fēng)電場比例、風(fēng)電功率預(yù)測系統(tǒng)準(zhǔn)確性。

1）年平均利用小時（h）

年平均利用小時=風(fēng)電全年發(fā)電量/風(fēng)電裝機總?cè)萘?。該指?biāo)是風(fēng)電評價最常用的指標(biāo)，指風(fēng)電一年中滿負(fù)荷運行的時間，充分反映風(fēng)電機組的發(fā)電能力。該指標(biāo)與很多因素相關(guān)，如：風(fēng)力資源、系統(tǒng)調(diào)峰能力、網(wǎng)源結(jié)構(gòu)、負(fù)荷需求特性，同時也與風(fēng)電機組本身的可靠性密切相關(guān)[8]。目前風(fēng)電的年平均利用小時一般在2 000 h左右[2，4]，國內(nèi)最好的風(fēng)電場（福建沿海）可以達到3 000 h以上，近年受到外送通道的限制，國內(nèi)風(fēng)電該指標(biāo)在不斷下降。該指標(biāo)是風(fēng)電接入電網(wǎng)評價最常見、也是最重要的指標(biāo)。

2）平均單機容量（MW）

平均單機容量=風(fēng)電裝機總?cè)萘?風(fēng)機總數(shù)量。該指標(biāo)指風(fēng)電單機容量的平均水平，反映風(fēng)電的裝備水平。一般而言，發(fā)電機單機容量越大，技術(shù)水平越高、效率越高、經(jīng)濟性也越好，風(fēng)電機組也是如此。目前風(fēng)電機組單機容量技術(shù)上已經(jīng)可以達到10MW，實際裝機單機容量已有超過5MW的，國內(nèi)風(fēng)電單機容量一般在1.5~2MW左右，目前單機容量2.5~3MW的風(fēng)機也正在實用推廣中[9]。

3）風(fēng)電場平均并網(wǎng)容量（MW）

風(fēng)電場平均并網(wǎng)容量=風(fēng)電裝機總?cè)萘?并網(wǎng)點數(shù)量。該指標(biāo)指風(fēng)電場并網(wǎng)的平均容量，反映風(fēng)電的并網(wǎng)規(guī)模。風(fēng)電的開發(fā)利用以集中大規(guī)模為主，類似于其他發(fā)電方式，風(fēng)電場的規(guī)模也越來越大，目前我國已有8個107kW級的風(fēng)電基地。從單個并網(wǎng)點來看，目前風(fēng)電場容量一般不超過1 000MW。

4）風(fēng)電場平均并網(wǎng)電壓（kV）

風(fēng)電場平均并網(wǎng)電壓=風(fēng)電場1容量×并網(wǎng)點1電壓+……+風(fēng)電場n容量×并網(wǎng)點n電壓/風(fēng)電場總?cè)萘?。該指?biāo)指風(fēng)電場并網(wǎng)的平均電壓，反映風(fēng)電的并網(wǎng)級別。該指標(biāo)與風(fēng)電并網(wǎng)平均容量是緊密關(guān)聯(lián)的，一定的并網(wǎng)容量對應(yīng)著一定的并網(wǎng)電壓。隨著風(fēng)電開發(fā)利用規(guī)模的擴大，風(fēng)電的并網(wǎng)電壓也越來越高，我國西北、東北的風(fēng)電已經(jīng)亟需用特高壓送出。從單個并網(wǎng)點來看，目前風(fēng)電場并網(wǎng)電壓一般不超過500 kV。

5）具備低電壓穿越能力的風(fēng)機比例

具備低電壓穿越能力的風(fēng)機比例=具備低電壓穿越的風(fēng)機數(shù)量/風(fēng)機總數(shù)量。早期采用異步發(fā)電機的風(fēng)電機組一個重要問題就是需要從電網(wǎng)吸收大量無功，因此在電網(wǎng)電壓跌落的時候無法給電網(wǎng)提供電壓支撐，會造成風(fēng)機脫網(wǎng)，從而進一步惡化電網(wǎng)電壓[10-11]。因此，低電壓穿越能力是風(fēng)電機組必須具備的功能，而且必須滿足接入電網(wǎng)技術(shù)規(guī)范的要求。現(xiàn)在新型的雙饋或同步發(fā)電機可以靈活地控制有功和無功在正負(fù)空間運行，都具備低電壓穿越能力。該指標(biāo)較為重要，是衡量風(fēng)電運行的主要性能指標(biāo)。

6）安裝風(fēng)功率預(yù)測的風(fēng)電場比例

安裝風(fēng)功率預(yù)測的風(fēng)電場比例=安裝風(fēng)功率預(yù)測的風(fēng)電場數(shù)量/風(fēng)電場總數(shù)量。風(fēng)電相對其他電源的一個重要問題就是由于風(fēng)力大小的不確定導(dǎo)致發(fā)電功率輸出不穩(wěn)定，給電網(wǎng)的調(diào)峰、調(diào)頻帶來很大壓力，因此需要對風(fēng)電場的輸出功率進行預(yù)測，以更好地安排其他電源的發(fā)電計劃。風(fēng)功率預(yù)測是基于天氣預(yù)報對風(fēng)電場的風(fēng)力大小進行預(yù)測，從而預(yù)估風(fēng)電場的輸出功率。目前，稍大一點規(guī)模的風(fēng)電場都要求安裝功率預(yù)測系統(tǒng)。該指標(biāo)較為重要，對于風(fēng)電運行有著較重要的影響。

7）風(fēng)電功率預(yù)測系統(tǒng)準(zhǔn)確性

風(fēng)電功率預(yù)測系統(tǒng)準(zhǔn)確性=風(fēng)電場1功率預(yù)測準(zhǔn)確性×容量+……+風(fēng)電場n功率預(yù)測準(zhǔn)確性×容量/安裝功率預(yù)測風(fēng)電場的總?cè)萘?。風(fēng)電功率預(yù)測是風(fēng)電運行一個很重要的功能，其預(yù)測結(jié)果的準(zhǔn)確性對于電網(wǎng)運行（調(diào)峰、調(diào)頻）具有至關(guān)重要的作用。風(fēng)電功率預(yù)測是個較為復(fù)雜的系統(tǒng)，受到多方面因素（天氣預(yù)報、預(yù)測算法，等）的影響，其效果還不太好，尤其是較長期功率預(yù)測準(zhǔn)確性較差。目前風(fēng)電功率預(yù)測系統(tǒng)24 h準(zhǔn)確性一般在85%左右[2]。

2.2 開發(fā)利用水平

該部分評價指標(biāo)主要反映風(fēng)電資源在當(dāng)?shù)氐拈_發(fā)利用情況，既反映已開發(fā)風(fēng)電的利用水平，也反映未開發(fā)風(fēng)電的潛力，具體分為：棄風(fēng)電量比例、風(fēng)電裝機容量占比、風(fēng)電裝機容量與最大負(fù)荷比例、年發(fā)電量與全社會年用電量比例、風(fēng)電瞬時出力占用電負(fù)荷比例最大值、地區(qū)可接納風(fēng)電容量占比、地區(qū)風(fēng)電開發(fā)水平。

1）棄風(fēng)電量比例

棄風(fēng)電量比例目前尚無權(quán)威計算公式，本文以（風(fēng)電理論發(fā)電量-風(fēng)電實際發(fā)電量）/風(fēng)電理論發(fā)電量作為計算公式，理論發(fā)電量是按照實際風(fēng)力大小計算得出。為了充分發(fā)揮風(fēng)電清潔環(huán)?？稍偕膬?yōu)點，一般情況下都是讓風(fēng)電機組根據(jù)風(fēng)力大小按照最大功率輸出。由于當(dāng)?shù)卣{(diào)峰電源（火電、氣電、抽水蓄能）較少、負(fù)荷較小，再加上大范圍輸送通道建設(shè)滯后，會導(dǎo)致棄風(fēng)。該指標(biāo)較為重要，對于風(fēng)電的開發(fā)利用是比較嚴(yán)重的負(fù)面指標(biāo)。

2）風(fēng)電裝機容量占比

風(fēng)電裝機容量占比=風(fēng)電裝機總?cè)萘?地區(qū)裝機總?cè)萘浚ň傅貐^(qū)調(diào)度范圍）。裝機容量占比是反映風(fēng)電開發(fā)利用的重要指標(biāo)，可以很直觀地反映出風(fēng)電資源占當(dāng)?shù)乜傎Y源開發(fā)利用的水平[4]。該指標(biāo)越高，說明風(fēng)電開發(fā)利用的水平越高。目前該指標(biāo)的國際先進水平是在30%左右，蒙東、蒙西地區(qū)2012年底風(fēng)電裝機容量占比已分別達到30%和20%左右，已達到國際先進水平。該指標(biāo)的風(fēng)電裝機總?cè)萘亢偷貐^(qū)裝機總?cè)萘烤傅貐^(qū)調(diào)度范圍，并不是地區(qū)全部容量。該指標(biāo)較為重要，能很直觀地反映風(fēng)電的開發(fā)利用水平。

3）裝機容量與最大負(fù)荷比例

裝機容量與最大負(fù)荷比例=風(fēng)電裝機總?cè)萘?地區(qū)最大負(fù)荷。反映了風(fēng)力發(fā)電對于地區(qū)負(fù)荷供電的貢獻程度，同時可以直觀反映出風(fēng)電的消納和送出情況。目前國內(nèi)大型的風(fēng)電基地裝機容量均已超過當(dāng)?shù)刎?fù)荷需求，亟需要用通道送出。

4）年發(fā)電量與全社會年用電量比例

年發(fā)電量與全社會年用電量比例=風(fēng)電年發(fā)電量/地區(qū)全社會年用電量。體現(xiàn)風(fēng)電開發(fā)利用的重要指標(biāo)，非常直觀地反映出風(fēng)力發(fā)電對于當(dāng)?shù)刎?fù)荷供電的貢獻程度。該指標(biāo)越高，說明風(fēng)電開發(fā)利用的水平越高。目前該指標(biāo)的國際先進水平是在20%~ 30%左右，蒙東、蒙西地區(qū)2012年底該指標(biāo)已分別達到28%和12%，已達到國際先進水平。該指標(biāo)較為重要，能很直觀地反映風(fēng)電的開發(fā)利用水平。

（5）風(fēng)電瞬時出力占用電負(fù)荷比例最大值

風(fēng)電瞬時出力占用電負(fù)荷比例最大值=max（風(fēng)電瞬時出力/同一時刻負(fù)荷），統(tǒng)計周期為a。該指標(biāo)反映了風(fēng)力發(fā)電對于地區(qū)負(fù)荷供電的瞬時貢獻程度。統(tǒng)計周期為1 a，統(tǒng)計一年中的最大值。目前國內(nèi)蒙東、蒙西風(fēng)電瞬時出力占用電負(fù)荷比例最大分別達到84%和35%。

6）地區(qū)可接納風(fēng)電容量占比

地區(qū)可接納風(fēng)電容量占比=理論計算可接納風(fēng)電容量/地區(qū)裝機總?cè)萘浚ㄒ援?dāng)前年計算）。該指標(biāo)反映了地區(qū)風(fēng)電的接納能力，體現(xiàn)了地區(qū)風(fēng)電的可開發(fā)利用程度，是反映風(fēng)電開發(fā)利用水平的重要指標(biāo)。該指標(biāo)與地區(qū)負(fù)荷情況、裝機情況有著密切的關(guān)系。地區(qū)負(fù)荷曲線較為平穩(wěn)的話，該指標(biāo)值會較高；可調(diào)度調(diào)峰電源較多的話，該指標(biāo)值會較高；適當(dāng)安裝儲能裝置，也可以提高該指標(biāo)值[12-13]。該指標(biāo)體現(xiàn)了風(fēng)電開發(fā)的潛力，越大越好。

7）地區(qū)風(fēng)電開發(fā)水平

地區(qū)風(fēng)電開發(fā)水平=風(fēng)電裝機總?cè)萘?地區(qū)風(fēng)電資源裝機容量。該指標(biāo)反映了該地區(qū)的風(fēng)電開發(fā)規(guī)模，反映了該地區(qū)還有多少風(fēng)電可以開發(fā)，反映了風(fēng)電可開發(fā)利用的潛力。

2.3 經(jīng)濟性

現(xiàn)有風(fēng)電經(jīng)濟性的指標(biāo)評價一般多限于風(fēng)電場本身的建設(shè)，多針對風(fēng)電機組造價、風(fēng)電場投資建設(shè)的費用進行計算分析，比較復(fù)雜[3，14]。一個地區(qū)的風(fēng)電上網(wǎng)電價其實已經(jīng)包含了風(fēng)電機組造價、風(fēng)電場建設(shè)費用等因素，通過風(fēng)電上網(wǎng)電價與平均上網(wǎng)電價的高低關(guān)系能夠簡單直觀地反映出風(fēng)電的經(jīng)濟性水平。因此本文提出從上網(wǎng)電價的角度對風(fēng)電經(jīng)濟性進行評價，更便于操作，也更具有實際價值。

風(fēng)電上網(wǎng)電價水平=風(fēng)電購電均價/地區(qū)平均購電均價。該指標(biāo)反映了風(fēng)電上網(wǎng)電價與其他發(fā)電方式上網(wǎng)電價的對比關(guān)系，反映了風(fēng)電與其他發(fā)電方式的經(jīng)濟競爭力水平，該指標(biāo)值越低越好。目前國內(nèi)的風(fēng)電上網(wǎng)電價在0.6元/（kW·h）左右，一般的平均上網(wǎng)電價在0.4元/（kW·h）左右，風(fēng)電上網(wǎng)電價還高于常規(guī)火電，更是遠高于水電。該指標(biāo)直觀反映了風(fēng)電與其他發(fā)電方式的經(jīng)濟競爭力水平，較為重要。

2.4 社會性

風(fēng)力發(fā)電的主要優(yōu)點就是清潔環(huán)保和不耗費能源資源，因此社會性的評價也主要從這兩方面開展。

1）減排效果

減排效果=風(fēng)電減少污染量排放量/（風(fēng)電減少污染量排放量+地區(qū)污染物排放總量）。該指標(biāo)反映了風(fēng)電在減少污染物排放方面的貢獻。用風(fēng)電發(fā)出的電量折算成火電耗煤量，再計算出等電量火電需要排放多少污染物，就是風(fēng)電減少污染量排放量。地區(qū)污染物排放總量可以參照當(dāng)?shù)丨h(huán)保局或者統(tǒng)計局的統(tǒng)計結(jié)果。該指標(biāo)直觀反映了風(fēng)電在清潔環(huán)保方面的作用。

2）節(jié)能效果

節(jié)能效果=風(fēng)電節(jié)能規(guī)模/地區(qū)一次能源消耗總量。該指標(biāo)反映了風(fēng)電在節(jié)約能源資源方面的貢獻。用風(fēng)電發(fā)出的電量計算出等電量火電需要耗費多少煤，就是風(fēng)電節(jié)約能源資源的數(shù)值。地區(qū)一次能源消耗總量可以參照當(dāng)?shù)亟y(tǒng)計局的統(tǒng)計結(jié)果，一般來說，地區(qū)一次能源消耗總量已經(jīng)包含了清潔能源的等值消耗。該指標(biāo)直觀反映了風(fēng)電在節(jié)約能源資源方面的作用。

綜上可得風(fēng)電接入電網(wǎng)評價指標(biāo)體系如表1所示。

表1 風(fēng)電接入電網(wǎng)評價指標(biāo)體系Tab.1 Evaluation syste Mofw ind power grid connection

3 結(jié)語

2012年底我國風(fēng)電裝機容量已超過6 000萬kW，已經(jīng)成為僅次于火電和水電的第3大電源，預(yù)計到2020年全國風(fēng)電裝機將超過1.5億kW，風(fēng)電具有很大的發(fā)展?jié)摿?。目前風(fēng)電面臨著棄風(fēng)和無序發(fā)展的問題，亟需要一套完善的評價體系來指導(dǎo)風(fēng)電科學(xué)有序發(fā)展。本文基于實用性考慮，提出從運行水平、開發(fā)利用水平、經(jīng)濟性和社會性4個方面對風(fēng)電接入電網(wǎng)進行全面和系統(tǒng)的評價，為風(fēng)電的推廣應(yīng)用提供了量化的評價依據(jù)，為促進風(fēng)電健康發(fā)展做出了積極貢獻。

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Evaluation Syste MofW ind Power Grid Connection

YANGXiaojing1，XUKe1，2，XUBing2，LIUWei1
（1.Tianjin Electric Power Corporation of StateGrid，Tianjin 300010，China；2.State Grid Corporation Research Office，Beijing 100031，China）

To solve the proble Mof lack of comprehensive and effective evaluation syste Mon wind power currently and promote the healthy and orderly development of wind power，the comprehensive and systematic evaluation of wind power grid connection is proposed fro Mthe level of operation，developmentand utilization，economy and society aspects based on the practical consideration.The operation levelevaluation is executed fro Mwind farms and grid operation point.The developmentand utilization levelofdevelopmentand utilization isexecuted fro Mthe developed and untapped potential.The economic evaluation isexecuted fro Melectricity price.The socialevaluation isexecuted fro Menergy saving and emission reduction.The complete evaluation syste Mis proposed，and the index definition is given.The indexmeaning isexplained，and the index average current isanalyzed.The evaluation syste Mis proposed in this paper with full coverage，simple calculation and strong practicality.

wind power；evaluation；operation level；developmentand utilization level；economy；society

TM614

A

1003-8930（2015）07-0091-05

10.3969/j.issn.1003-8930.2015.07.16

楊曉靜（1981—），女，碩士，工程師，主要從事電力系統(tǒng)自動化的研究。Email：xiaojing.yang@tj.sgcc.com.cn

2013-10-10；

2013-12-16

徐科（1979—），男，博士，高工，主要從事電力系統(tǒng)自動化和電網(wǎng)規(guī)劃的研究。Email：xudenke@yeah.net

許兵（1976—），男，本科，高工，主要從事電力系統(tǒng)自動化的研究。Email：bing-xu@sgcc.com.cn