華 偉

中國(guó)電建集團(tuán)江西省水電工程局有限公司，江西南昌 330000

全球變暖與全球碳排放量逐漸增多緊密相關(guān)，為此有效控制碳排放量已成為世界人民的聯(lián)合訴求。目前，低碳經(jīng)濟(jì)模式主要是以低污染、低能耗及低排放為前提，最有效的途徑是發(fā)展清潔能源，其中清潔可再生能源是最好不過的，風(fēng)是除水電外，最具商業(yè)開發(fā)價(jià)值的可再生能源。截止2016年，風(fēng)電能源已成為有效控制排碳量的首選能源，可以說，其對(duì)改善全球變暖具有歷史性的重大意義。

1 中國(guó)風(fēng)力發(fā)電發(fā)展及其特點(diǎn)簡(jiǎn)述

1.1 發(fā)展歷程

隨著我國(guó)的不斷發(fā)展，中國(guó)風(fēng)電技術(shù)水平已經(jīng)得到了很大幅度的提升，同時(shí)，在國(guó)家對(duì)于風(fēng)電產(chǎn)業(yè)的支持之下，大量風(fēng)電建設(shè)工程的開展進(jìn)一步加快了這一行業(yè)的發(fā)展，結(jié)合現(xiàn)有數(shù)據(jù)來看，我國(guó)風(fēng)力發(fā)電占全球風(fēng)力發(fā)電比例22%以上，我國(guó)的風(fēng)電裝機(jī)容量已經(jīng)處于世界先進(jìn)地位。

1.2 布局特征

相對(duì)來說，我國(guó)風(fēng)能資源豐富地區(qū)主要集中在西北、華北及東北地區(qū)，東南沿海地區(qū)風(fēng)能資源也相對(duì)較多。2005年我國(guó)主要地區(qū)風(fēng)力發(fā)電累計(jì)裝機(jī)容量約為6億kW，而到了2015年累計(jì)裝機(jī)容量已接近50億kW，我國(guó)風(fēng)力發(fā)電發(fā)展是呈“梯字”穩(wěn)步上升的，其中，尤以西北和華北兩個(gè)地區(qū)風(fēng)能裝機(jī)容量所占比例最大。從省域空間角度，我國(guó)風(fēng)電裝機(jī)容量集中在8個(gè)地區(qū)，分別是甘肅、山西、新疆、內(nèi)蒙古、河北、寧夏、云南及山東等，共占我國(guó)風(fēng)電總裝機(jī)容量的70.0%，已成為工模較大的風(fēng)電發(fā)電的重要基地。

1.3 現(xiàn)存問題

2010年以前，風(fēng)電產(chǎn)業(yè)發(fā)展強(qiáng)弱主要通過風(fēng)電裝機(jī)量的規(guī)模來評(píng)判，而從2010年開始，風(fēng)電產(chǎn)業(yè)發(fā)展開始主要受跨區(qū)并網(wǎng)建設(shè)速度和“棄風(fēng)”地區(qū)風(fēng)電外送消納能力的影響。

1.3.1 我國(guó)風(fēng)電產(chǎn)業(yè)的發(fā)展并不均衡。

結(jié)合現(xiàn)狀來說，我國(guó)風(fēng)力發(fā)電的應(yīng)用仍主要集中在華北、西北、東北等地區(qū)，在西南地區(qū)的應(yīng)用相對(duì)較少。在這樣的背景之下，由于技術(shù)、資源等方面出現(xiàn)的差異，我國(guó)風(fēng)電產(chǎn)業(yè)的發(fā)展自然難以達(dá)到預(yù)期的要求。

1.3.2 嚴(yán)重的“棄風(fēng)”現(xiàn)象。

從定義上來說，“棄風(fēng)”主要是指由于電網(wǎng)接納能力不足、風(fēng)電不穩(wěn)定等原因而導(dǎo)致的部分風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)機(jī)暫停的現(xiàn)象。顯然，這樣的問題不但會(huì)導(dǎo)致資源的大量浪費(fèi)，同時(shí)，如果不能及時(shí)對(duì)這樣的問題進(jìn)行處理，那么我國(guó)風(fēng)電產(chǎn)業(yè)的發(fā)展水平必然難以得到有效的提升。由于我國(guó)目前電力市場(chǎng)需求逐漸趨于平緩，加之裝機(jī)地區(qū)的不協(xié)調(diào)分布，我國(guó)“棄風(fēng)率”相對(duì)較高，截止2015年，平均“棄風(fēng)率”已高達(dá)15%。“棄風(fēng)”最嚴(yán)重的地區(qū)為吉林、新疆、甘肅及黑龍江，均不同程度地超過警戒線（20%）。1.3.3 風(fēng)電并網(wǎng)率并不高。

目前我國(guó)風(fēng)電并網(wǎng)率與國(guó)外相比仍有一定差距，這是由于我國(guó)電網(wǎng)項(xiàng)目建設(shè)無法滿足風(fēng)力發(fā)電項(xiàng)目的需要，與之根本無法同步，而且其他常規(guī)電源與風(fēng)電存在一定沖突、并不協(xié)調(diào)。如北歐電力市場(chǎng)，瑞典、挪威、丹麥及芬蘭聯(lián)合建設(shè)了跨區(qū)電網(wǎng)，以實(shí)現(xiàn)相互間的電力輸送，這樣不僅充分利用了丹麥多余的風(fēng)電資源，而且同時(shí)滿足了其他國(guó)家的用風(fēng)需求。然而，目前我國(guó)風(fēng)電并網(wǎng)外輸卻仍存在一系列問題，如本地火電之爭(zhēng)、裝機(jī)負(fù)荷匹配不當(dāng)及電源電網(wǎng)協(xié)調(diào)不充分等，可以說，我國(guó)盈余的風(fēng)電跨區(qū)消納仍十分困難。

自“十三五”以來，我國(guó)風(fēng)電發(fā)展十分迅速，華北、西北、東北作為風(fēng)電開發(fā)的重點(diǎn)地區(qū)，其直接關(guān)系到未來風(fēng)電的發(fā)展，因此必須采取有效措施以實(shí)現(xiàn)風(fēng)電大規(guī)模的跨區(qū)消納?；谝陨?，我國(guó)未來發(fā)電發(fā)展應(yīng)堅(jiān)持建立風(fēng)電并網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)，即在經(jīng)濟(jì)允許的情況下，實(shí)現(xiàn)合理跨“省區(qū)”、跨“地區(qū)電網(wǎng)”，這也是實(shí)現(xiàn)“棄風(fēng)”地區(qū)風(fēng)電跨區(qū)向外輸送的有效方式。

2 研究對(duì)象、研究方法及數(shù)據(jù)來源

本文主要針對(duì)我國(guó)風(fēng)電跨省區(qū)及跨六大地區(qū)電網(wǎng)并網(wǎng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究，其中，六大地區(qū)電網(wǎng)主要是指：華北、東北、西北、華中、華東以及南方地區(qū)六部分電網(wǎng)系統(tǒng)，同時(shí)，這六大地區(qū)電網(wǎng)之間并不是互相獨(dú)立的，例如，華北地區(qū)電網(wǎng)與華中電網(wǎng)之間是相連接的。在這樣的背景之下，本文將針對(duì)中國(guó)風(fēng)力發(fā)電跨區(qū)并網(wǎng)進(jìn)行探究。

本文主要采用復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)分析法對(duì)中國(guó)風(fēng)力發(fā)電跨區(qū)并網(wǎng)進(jìn)行研究。從定義上來說，復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)主要是指“具有自組織、自相似、吸引子、小世界、無標(biāo)度中部分或全部性質(zhì)的網(wǎng)絡(luò)”，而通過將復(fù)雜系統(tǒng)建模成復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)，原有系統(tǒng)中的各項(xiàng)數(shù)據(jù)將能得到更為明確的展現(xiàn)。通過對(duì)這一方法的應(yīng)用，風(fēng)電并網(wǎng)中“棄風(fēng)”地區(qū)與電力負(fù)荷地區(qū)之間的關(guān)系將能得到更深入的分析，同時(shí)，通過這一方法對(duì)系統(tǒng)中的各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行分析，“棄風(fēng)”現(xiàn)象所帶來的弊端將能得到很好的解決。最后，在復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)理論的支持之下，增加風(fēng)電并網(wǎng)裝機(jī)容量、提升跨區(qū)外送消納能力的目標(biāo)將能達(dá)成。

3 風(fēng)電跨區(qū)分析

3.1 并網(wǎng)聚類分析

結(jié)合上文中的內(nèi)容，在復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)中心性特征的支持之下，本文將結(jié)合k-core算法完成2017年風(fēng)電跨區(qū)并網(wǎng)聚類分析，k-core算法的核心思想為：為了降低k均值算法對(duì)孤立點(diǎn)的敏感性，采用簇中離平均值最近的對(duì)象作為簇中心，取代簇中對(duì)象的平均值作為簇中心的算法。網(wǎng)絡(luò)中“棄風(fēng)”核心為主要風(fēng)電輸出地區(qū)，其屬于西北和華北地區(qū)電網(wǎng)，且“棄風(fēng)率”最大。分析結(jié)果顯示，“棄風(fēng)”地區(qū)風(fēng)電輸出強(qiáng)度與“棄風(fēng)率”之間是正相關(guān)的，與“棄風(fēng)”電量并沒有明顯的數(shù)學(xué)關(guān)系，同時(shí)，針對(duì)新疆地區(qū)所得的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，其“棄風(fēng)”區(qū)和風(fēng)電輸入地區(qū)距離與該省風(fēng)電外輸強(qiáng)度呈負(fù)相關(guān)。

3.2 并網(wǎng)區(qū)塊結(jié)構(gòu)特征

本文主要結(jié)合Louvain算法來完成對(duì)風(fēng)電跨區(qū)并網(wǎng)區(qū)塊結(jié)構(gòu)特征的分析，其中Louvain算法主要是指基于模塊度的社區(qū)發(fā)現(xiàn)算法，相比較來說，這一算法在效率和準(zhǔn)確度上都有非常好的表現(xiàn)。對(duì)于本文所討論的問題來說，通過空間參數(shù)對(duì)這一算法進(jìn)行改進(jìn)，“棄風(fēng)”地區(qū)風(fēng)電溢出效應(yīng)、距離衰減規(guī)律等都能得到有效的分析。在實(shí)際的應(yīng)用過程中，首先利用Louvain算法對(duì)我國(guó)現(xiàn)有的10個(gè)“棄風(fēng)”地區(qū)風(fēng)電輸出地區(qū)做進(jìn)一步細(xì)化，其中，主要的節(jié)點(diǎn)地區(qū)包括沈陽(yáng)、大慶、靈武等11個(gè)城市。在此基礎(chǔ)之上，風(fēng)電跨區(qū)中的風(fēng)電輸送關(guān)系將能得到更為精確的分析。

通過Gephi9.1進(jìn)行Geo layout分布，數(shù)據(jù)獲取較困難，尤其是西藏、香港、澳門及臺(tái)灣地區(qū)更是如此，因此并未獲得以上地區(qū)的數(shù)據(jù)。我國(guó)風(fēng)電跨區(qū)并網(wǎng)共劃分5個(gè)區(qū)塊：第一區(qū)塊為遼寧、黑龍江、吉林、天津及北京；第二區(qū)塊為河北、蒙東地區(qū)、山西、山東、上海、江蘇、浙江、安徽、上海；第三區(qū)塊為寧夏、蒙西地區(qū)、河南、陜西、江西、湖北、福建及湖南；第四區(qū)塊為重慶、甘肅及貴州；第五區(qū)塊為四川、青海、新疆。以上5個(gè)區(qū)塊均以負(fù)荷地區(qū)為核心，以“棄風(fēng)”地區(qū)為邊緣，其結(jié)構(gòu)為“核心-邊緣”型。

通過對(duì)復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)分析法的應(yīng)用，本文在現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上組建了中國(guó)風(fēng)電跨區(qū)并網(wǎng)模型，并針對(duì)“棄風(fēng)”地區(qū)風(fēng)電的“溢出效應(yīng)”進(jìn)行了深入分析。獲取“棄風(fēng)”地區(qū)“棄風(fēng)率”和“棄風(fēng)”電量，結(jié)合風(fēng)電負(fù)荷地區(qū)能耗“雙控”指標(biāo)及“棄風(fēng)”地區(qū)跨區(qū)外輸空間距離變量，有效衡量“棄風(fēng)”地區(qū)與負(fù)荷地區(qū)間并網(wǎng)的強(qiáng)弱。利用k-core聚類算法確定了風(fēng)電跨區(qū)并網(wǎng)中的核心地區(qū)。最后，通過Louvain算法對(duì)網(wǎng)絡(luò)中關(guān)聯(lián)度較大的地區(qū)區(qū)塊進(jìn)行了劃分。結(jié)合這些內(nèi)容，我國(guó)風(fēng)力發(fā)電跨區(qū)并網(wǎng)的建設(shè)應(yīng)能滿足以下要求。

（1）堅(jiān)持“地理臨近”原則。結(jié)合上文中對(duì)“棄風(fēng)”地區(qū)空間溢出效應(yīng)的研究結(jié)果來看，在進(jìn)行風(fēng)電跨區(qū)并網(wǎng)建設(shè)的過程中，寧夏、甘肅、新疆等地區(qū)應(yīng)作為網(wǎng)絡(luò)輸出的核心區(qū)域，而對(duì)于區(qū)域電網(wǎng)歸屬問題來說，則應(yīng)將西北及華北地區(qū)視作風(fēng)電輸出的核心區(qū)域。另一方面，為了消納華北、華東地區(qū)電網(wǎng)覆蓋地區(qū)，東北電網(wǎng)應(yīng)能完成并網(wǎng)輸送風(fēng)電到華北電網(wǎng)的需求。

（2）西北電網(wǎng)和華北電網(wǎng)是風(fēng)電跨區(qū)并網(wǎng)“棄風(fēng)”消納的核心，而華中電網(wǎng)是風(fēng)電負(fù)荷的核心。但我國(guó)風(fēng)電負(fù)荷的“核心”與其他國(guó)家相比分散度較大，共涉及五大地區(qū)電網(wǎng)，分別為華東、華北、華中、南方、西北等地區(qū)電網(wǎng)。在各地區(qū)選出碳排放量最大的電網(wǎng)，即負(fù)荷的“核心”地區(qū)。

（3）與傳統(tǒng)地區(qū)電網(wǎng)區(qū)塊劃分不同，風(fēng)電跨區(qū)并網(wǎng)區(qū)塊劃分不僅具有地域傾向性，而且其在低碳經(jīng)濟(jì)背景下，也受到了減排“雙控”目標(biāo)和風(fēng)電傳輸損耗的影響。劃分后的區(qū)塊呈現(xiàn)“核心-邊緣”結(jié)構(gòu)，即以負(fù)荷地區(qū)為核心，“棄風(fēng)”地區(qū)為邊緣。

4 結(jié)語

綜上所述，低碳經(jīng)濟(jì)背景下，必須合理且有效地解決清潔能源消納問題，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)清潔能源優(yōu)化范圍配置最大化，提升再生能源的競(jìng)爭(zhēng)力。