陳明福 劉仁和 王小燕

（1 中國電建集團福建省電力勘測設(shè)計院有限公司 福建福州 350001 2 福建省人力資源服務(wù)有限公司 福建福州 350001）

0 引言

福建省地處歐亞大陸的東南邊緣，瀕臨東海和臺灣海峽，受季風和臺灣海峽“狹管效應(yīng)”的共同影響，沿海風能資源十分豐富。根據(jù)福建省風能資源分析，全省海域風能理論蘊藏總儲量超過1.23 億kW，特點是年平均風速較大，盛風期為秋冬季，以東北風為主，風向穩(wěn)定，風能資源比較豐富。

隨著福建海上風電規(guī)模的增大，帶來一系列消納問題［1-3］，包括：調(diào)峰問題、加重福建電網(wǎng)“北電南送”輸送壓力等。因此，需要在對福建全省和各地市進行電力平衡、調(diào)峰平衡的基礎(chǔ)上，分析電網(wǎng)的消納能力，并研究促進海上風電消納的對策等。

1 福建海上風電現(xiàn)狀及發(fā)展規(guī)劃

1.1 現(xiàn)狀和發(fā)展規(guī)劃

福建省2019 年已建海上風電總裝機46 萬kW。國家能源局2017 年3 月批復的 《福建省海上風電場工程規(guī)劃報告》：“同意福建省海上風電規(guī)劃總規(guī)模1330 萬kW”［4］根據(jù)近期開展的福建省深遠海海上風電規(guī)劃［5］，提出近中期福建規(guī)劃在深遠海地區(qū)新增裝機達1 324 萬kW，遠景另外預留6 780 萬kW的儲備場址。

綜合比較規(guī)劃風電場的裝機規(guī)模、離岸距離、水深、建設(shè)條件、經(jīng)濟技術(shù)情況等因素，預計福建省2025 年、2030 年、2035 年底全省風電總裝機容量分別為1 613 萬kW、2 332 萬kW、3 026 萬kW，其中海上風電規(guī)模分別為1 241 萬kW、1 960 萬kW、2 654 萬kW，占比約77%～88%。

1.2 海上風電出力特性

福建省海上風電平均風速較大，秋冬季以東北風為主，風向穩(wěn)定，風速及風功率基本以9 月～翌年3 月較大，4 月～8 月較小。日變化較為平緩，一般午后3、4 點時風速達到全天最大。福建省海上風電典型日出力特性曲線如圖1 所示。

圖1 福建省海上風電典型日出力特性曲線

2 福建省負荷預測和電源規(guī)劃

（1）負荷預測：根據(jù)預測，福建省2025—2035 年全省最大負荷分別約5 760 萬kW～8 130 萬kW。

（2）負荷特性：福建省電網(wǎng)夏季典型日負荷系數(shù)曲線如圖2 所示，呈雙峰形態(tài)，早高峰一般出現(xiàn)在8 點～12 點，午峰一般出現(xiàn)在13 點～18 點，低谷時段一般出現(xiàn)在0 點～7 點；平均日負荷率和平均日最小負荷率總體呈現(xiàn)上升態(tài)勢。夏季典型日比冬季典型日峰谷差低。

圖2 福建省電網(wǎng)典型日整點負荷系數(shù)曲線

（3）電源規(guī)劃：根據(jù)福建省已開展的電源規(guī)劃，在不修改火電、核電、水電等電源規(guī)劃方案的情況下，將近期規(guī)劃增加的近海和深遠海海上風電裝機規(guī)模進行疊加統(tǒng)計，預計福建電網(wǎng)2025 年和2035 年電源裝機總量分別達到8 996 萬kW和13 006 萬kW，其中風電裝機占比分別為17.9%和23.3%。

3 電力電量平衡、調(diào)峰平衡及問題分析

3.1 電力平衡

根據(jù)福建省電力負荷預測方案及電源建設(shè)規(guī)劃，分別進行2025—2035 年電力、電量平衡分析，結(jié)果如表1 所示。

表1 福建省2025—2035 年電力平衡分析 單位：萬kW

（1）在負荷預測推薦方案基礎(chǔ)上：①枯大方式：在煤電、燃氣電廠、核電全開，抽蓄電站全部處于發(fā)電工況下，全省基本實現(xiàn)電力平衡；②盛風期大方式：在核電機組部分檢修、燃氣電廠全停、煤電機組平均出力率處于較低水平（約68%～46%）的情況下，全省基本實現(xiàn)電力平衡；③盛風期小方式：在抽蓄機組全部處于抽水工況、核電機組部分檢修、燃氣電廠全停、煤電機組平均出力率處于最低水平（約44%）的情況下，全省電力仍盈余約56 萬kW～801 萬kW。在不限制風電出力的條件下，需考慮通過省間聯(lián)網(wǎng)通道向區(qū)外送電。

（2）考慮到受世界貿(mào)易形勢、全球疫情影響，如果負荷預測按低方案，則各類工況均存在電力盈余，其中2035 年三種方式最大盈余分別約1 057 萬kW～1 534 萬kW，盈余進一步擴大。

可見，隨著風電等各類電源的增長，福建全省電力平衡存在的問題為：在風電大發(fā)的情況下，電源出力無法全部在福建省內(nèi)消納，福建電網(wǎng)將出現(xiàn)電力盈余，并且盈余規(guī)模逐漸增大。

產(chǎn)生該盈余的主要原因是本文所依據(jù)的近海和深遠海海上風電開發(fā)規(guī)模和時序階段性成果，優(yōu)先考慮的是風電場的裝機規(guī)模、離岸距離、水深、建設(shè)條件、經(jīng)濟技術(shù)情況等因素，尚未和福建省火電、核電、水電、儲能等電源規(guī)劃進一步統(tǒng)籌考慮。

對盈余情況最嚴重的盛風期小方式，進行福建南北分區(qū)電力平衡，結(jié)果詳見表2，可見：南部最大電力缺額約1 365 萬kW，未超過北電南送斷面輸送能力（約1 500 萬kW）。但北部最大電力盈余達2 172 萬kW，大于南部電力缺額，與全省電力平衡結(jié)論相同，在不限制風電出力的條件下，同樣需考慮向福建省外送電。

表2 福建省2025—2035 年南北分區(qū)盛風期小方式電力平衡單位：萬kW

根據(jù)電量平衡計算，隨著海上風電的大規(guī)模增長，其提供的電量擠占了煤電的發(fā)電量和利用小時。煤電發(fā)電利用小時數(shù)不斷下降，在不考慮往區(qū)外送電的情況下，2035 年不足3 000 h。

海上風電規(guī)劃項目集中的福州東南部、莆田南部、漳州、寧德等的盛風期電力平衡表明，當?shù)鼐嬖谳^大的電力盈余，盈余電力需通過500 kV 及以上電壓等級送至主網(wǎng)在更大范圍內(nèi)消納。

3.2 調(diào)峰平衡

對福建省進行調(diào)峰平衡計算，結(jié)果詳見表3，由結(jié)果可知：

表3 福建省2025—2035 年枯水年調(diào)峰平衡表

（1）枯水年：在不考慮風電逆調(diào)峰的情況下，全省均存在調(diào)峰盈余。火電調(diào)峰深度逐漸增大。

存在問題：根據(jù)風電出力特性統(tǒng)計，由于其具有一定比例的逆調(diào)峰特性（福建省出現(xiàn)22%、43%風電裝機參與逆調(diào)峰概率分別約42%、10%），在沒有相應(yīng)地增加各類調(diào)峰電源的情況下，2030 年福建省開始出現(xiàn)調(diào)峰缺額，并且缺額逐漸增大；隨著風電逆調(diào)峰比例的提高，調(diào)峰缺額進一步增大，需要的煤電調(diào)峰深度增大，甚至超出設(shè)備最大調(diào)峰能力（全省平均約56%）。

（2）平水年調(diào)峰盈虧情況與枯水年類似，調(diào)峰盈余減小、調(diào)峰缺額增大，火電調(diào)峰深度變大。

（3）在同時滿足全省電力平衡的條件下，考慮22%、45%風電裝機參與逆調(diào)峰兩種情況，福建電網(wǎng)可消納的海上風電總裝機規(guī)模僅約1 227 萬kW～451 萬kW，小于海上風電規(guī)劃裝機總規(guī)模，并且逆調(diào)峰比例越高，可消納的海上風電裝機規(guī)模越小。

3.3 周邊省份電力盈缺情況

福建電網(wǎng)屬于華東電網(wǎng)的一部分，北側(cè)為浙江省、西側(cè)為江西省，南部為屬于南方電網(wǎng)的廣東電網(wǎng)。目前福建電網(wǎng)通過北部的1 000 kV 榕城特～蓮都特、500 kV 寧德～金華各雙回線路與華東主網(wǎng)聯(lián)系。為加強國家電網(wǎng)與南方電網(wǎng)之間的電氣聯(lián)系，實現(xiàn)國家電網(wǎng)和南方電網(wǎng)互補余缺、互為備用和緊急事故支援，目前已啟動閩粵聯(lián)網(wǎng)工程前期工作，建設(shè)方案為建設(shè)直流背靠背及相關(guān)配套工程，工程輸電能力為200 萬kW，規(guī)劃在福建南部建成閩粵聯(lián)網(wǎng)背靠背換流站、福建和廣東之間的輸電通道。

以下分析福建周邊3 個陸上緊鄰省份的電力盈缺情況，從而分析福建電網(wǎng)風電大發(fā)情況下的外送空間。

（1）浙江電網(wǎng)：“十四五”前期整體備用率偏低，后期電力平衡缺口逐步擴大，高峰存在明顯缺口。其中：預計浙江電網(wǎng)2025 年夏季和冬季高峰電力缺口約1 200 萬kW；考慮嚴控煤電和電煤消耗力度、抽蓄和核電不能如期投運、外來電減量供應(yīng)等不確定性因素，電力電量缺口將進一步擴大；電力缺口主要集中在東南部的臺溫電網(wǎng)和中部的蕭紹電網(wǎng)。

（2）廣東電網(wǎng)：考慮增加已核準和規(guī)劃電源，預計2025—2030 年電力缺額490 萬kW～3 340 萬kW，主要集中在珠三角負荷中心地區(qū)。

（3）江西電網(wǎng)：考慮增加已核準和規(guī)劃電源，預計2025—2035 年電力缺額1 200 萬kW～3 500 萬kW，主要集中在以南昌為中心的中北部地區(qū)。

以上地區(qū)均具備消納福建省盈余電力的潛力，可考慮利用現(xiàn)有或者新增省間聯(lián)網(wǎng)通道，實現(xiàn)福建盈余電力在全國更大范圍的消納。

此外，隨著海上風電相關(guān)技術(shù)的不斷進步，開發(fā)條件和時機的進一步成熟，未來也可考慮將福建省東南部海上風電場風電出力直接向東送至臺灣，實現(xiàn)風電資源在更大范圍內(nèi)的優(yōu)化配置，可考慮分期分片建設(shè)多座海上升壓匯流站和大容量直流換流站，通過多回直流通道外送，并在陸上建設(shè)相應(yīng)的換流站和配套交流網(wǎng)架加強項目。

4 促進福建省風電消納的措施分析

（1）統(tǒng)籌考慮海上風電開發(fā)時序和規(guī)模。建議結(jié)合福建全省和分區(qū)負荷發(fā)展預測，火電、核電、水電、儲能等電源規(guī)劃，以及電網(wǎng)接入和消納條件，按照“有序、適度配置資源”的原則統(tǒng)，籌考慮海上風電開發(fā)規(guī)模和時序，并規(guī)范風電場前期工作程序。

（2）海上風電接網(wǎng)部分配建電化學儲能。電化學儲能建設(shè)較靈活、周期較短，憑借自身優(yōu)秀的技術(shù)特性，在配套調(diào)節(jié)海上風電方面有明顯優(yōu)勢。建議點面結(jié)合發(fā)展“海上風電+儲能”［6-10］項目。結(jié)合國內(nèi)其他省市出臺新能源儲能配建措施和國內(nèi)已投在建的儲能電站倍率情況，從技術(shù)方面推薦海上風電配建“裝機容量10%、滿功率持續(xù)運行2 h”的儲能容量。采取“分散布局、多期規(guī)劃”策略實施海上風電配套儲能電站建設(shè)，優(yōu)先布置“重要電力輸送通道”位置，支撐電網(wǎng)可靠、經(jīng)濟運行。

（3）加強調(diào)峰電源建設(shè)力度，挖掘現(xiàn)有電源的調(diào)節(jié)能力，提高調(diào)峰電源的調(diào)峰能力。福建省貧油少氣，建設(shè)抽蓄電站、調(diào)峰性能較好的大型火電機組是發(fā)展調(diào)峰電源的現(xiàn)實選擇，爭取核電部分容量參與調(diào)峰也可提供一定的調(diào)峰能力。建議在規(guī)劃的新增電源中，提高調(diào)峰電源或者調(diào)峰性能較好電源的占比，例如選用大中型煤電機組、增加儲能電站（包括加快抽水蓄能電站）等調(diào)峰電源的建設(shè)，并專題研究福建省“風光水火核蓄儲一體化”發(fā)展模式和價格機制。

（4）增強福建電網(wǎng)北電南送通道輸電能力。目前福建省500 kV 及以上電網(wǎng)北電南送斷面輸送能力約900 萬kW，而福建南部負荷約占全省的55%，而受港口等資源影響，北部電源占比則超過60%。為滿足福建南部用電需求（2035 年缺口約1 365 萬kW）和北部大規(guī)模電源（尤其是海上風電）投產(chǎn)的送出需求，解決日益突出的福建電網(wǎng)北電南送問題，建議增強北電南送通道輸電能力。

（5）加強與區(qū)外的電力互濟，促進清潔能源消納。隨著海上風電規(guī)模的增大，今后福建盈余電力不斷增大，與區(qū)外電力互濟可考慮的通道包括：①北部通過現(xiàn)有福建至浙江南部的4回線路，實現(xiàn)北部盈余電力在浙江、上海等華東電網(wǎng)的消納，并適時增加福建至浙江東部負荷中心的輸電通道。②西部通過新建福建與江西的聯(lián)網(wǎng)，將福建盈余電力送至江西電網(wǎng)、尤其是江西中北部主要負荷區(qū)。③南部通過正在開展前期工作的閩粵聯(lián)網(wǎng)，將南部盈余電力送至廣東電網(wǎng)；遠景可增加福建至廣東珠三角負荷中心區(qū)的輸電通道。④未來福建東部沿海風電可考慮直接外送至臺灣電網(wǎng)。

各省份可消納福建盈余電力規(guī)模，待各地負荷和電源發(fā)展、西部水電送入和省間聯(lián)網(wǎng)規(guī)劃等進一步明確后，建議適時開展進一步研究。

（6）利用海上風電就地制氫。參考歐洲等地區(qū)開展海上制氫的研究情況，未來福建東南外海豐富的海上風電資源可就地用于制氫［8］，將氫輸送回陸地使用。如果能夠結(jié)合油氣公司的輸氣管路系統(tǒng)進行輸送和存儲，可減少風電送出所需的配套輸變電項目，節(jié)省投資和損耗，并提升社會和環(huán)境接受度，促進節(jié)能減排。

（7）大力突破風電并網(wǎng)調(diào)度運行關(guān)鍵技術(shù)。風電并網(wǎng)的運行調(diào)度技術(shù)水平是影響風電有效消納的關(guān)鍵因素，需滿足能源監(jiān)管部門、電網(wǎng)公司對于調(diào)度控制、風功率預測考核細則、電力輔助服務(wù)等方面的要求。為保證福建風電大規(guī)模接入電網(wǎng)后電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行，提高風電利用水平，應(yīng)加強風電場功率預測、風電場監(jiān)控、風電機組/風電場有功和無功控制、風電機組故障穿越等關(guān)鍵技術(shù)的研究和推廣應(yīng)用。

（8）完善風電發(fā)展的政策措施。風電發(fā)展的政策措施，包括技術(shù)標準規(guī)范及補償機制。①建設(shè)并完善風電設(shè)備、并網(wǎng)、檢測、調(diào)度管理等方面的標準規(guī)范體系，嚴格控制風電設(shè)備制造、并網(wǎng)接入以及調(diào)度運行等環(huán)節(jié)質(zhì)量，引導風電技術(shù)和管理水平的提升。②建立風電配套輸變電工程、跨區(qū)交易和調(diào)節(jié)的補償機制，提高電網(wǎng)企業(yè)建設(shè)配套接入工程的積極性。③制定合理的電價政策，建立分時電價，加強需求側(cè)管理，一方面鼓勵常規(guī)火電廠在低谷時刻主動為風電騰出空間，另一方面，調(diào)節(jié)用戶的用電習慣，鼓勵使用低谷電力，從而促進風電的消納［11-12］。

5 結(jié)論及建議

（1）海上風電開發(fā)規(guī)模：根據(jù)福建省近海和深遠海海上規(guī)劃，預計2025 年、2030 年和2035 年底全省風電總裝機容量分別為1 613 萬kW、2 332 萬kW 和3 026 萬kW，其中海上風電規(guī)模分別為1 241 萬kW、1 960 萬kW、2 654 萬kW，占比約77%～88%。

（2）電力平衡存在的問題：按照負荷預測基本方案，不考慮與區(qū)外電力交換時，福建省枯大方式、盛風期大方式基本實現(xiàn)電力平衡，但盛風期煤電機組平均出力率處于較低水平（約68%～46%）；盛風期小方式全省存在電力盈余，且規(guī)模逐漸增大，2035 年最多盈余約800 萬kW。若按照負荷預測低方案，則福建電網(wǎng)2035 年最大盈余可能進一步擴大至1 534 萬kW。產(chǎn)生該盈余的主要原因是本文所依據(jù)的近海和深遠海海上風電開發(fā)規(guī)模和時序階段性成果，優(yōu)先考慮的是風電場的裝機規(guī)模、離岸距離、水深、建設(shè)條件、經(jīng)濟技術(shù)情況等因素，尚未和福建省火電、核電、水電、儲能等電源規(guī)劃進一步統(tǒng)籌考慮。

（3）調(diào)峰平衡存在的問題：在不考慮風電逆調(diào)峰的情況下，福建全省均存在調(diào)峰盈余。火電調(diào)峰深度逐漸增大?？紤]一定比例的風電逆調(diào)峰，2030 年基本上均開始出現(xiàn)調(diào)峰缺額，并且缺額逐漸增大；隨著風電逆調(diào)峰比例的提高，調(diào)峰缺額增大，煤電調(diào)峰深度隨之增大，甚至超出設(shè)備最大調(diào)峰能力（全省平均約56%）。造成調(diào)峰缺額的原因是風電具有一定比例的逆調(diào)峰特性，風電規(guī)模越大、調(diào)峰缺額越大，并且沒有相應(yīng)地增加各類調(diào)峰電源。

（4）建議按照“有序、適度配置資源”的原則，統(tǒng)籌考慮海上風電開發(fā)時序和規(guī)模；進一步挖掘現(xiàn)有電源的調(diào)節(jié)能力，提高電網(wǎng)的調(diào)峰能力，促進福建電網(wǎng)風電的消納；并進一步加快抽水蓄能電站等調(diào)峰電源的建設(shè)，點面結(jié)合發(fā)展“海上風電+儲能”項目，提高福建電網(wǎng)接納風電的能力，并提高風電外送規(guī)模，加強與區(qū)外電網(wǎng)（包括浙江電網(wǎng)、上海電網(wǎng)、廣東珠三角負荷中心區(qū)、江西中北部地區(qū)、臺灣電網(wǎng)）的電力和調(diào)峰互濟，適時新增區(qū)間聯(lián)絡(luò)通道，促進福建省海上風電資源在全國更大范圍內(nèi)的消納。

（5）隨著大規(guī)模海上風電的接入，電網(wǎng)面臨的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)優(yōu)化、短路電流控制、安全穩(wěn)定等方面問題日益突出；上網(wǎng)電價等將影響風電與其他類型電源在外送方面的競爭力。建議后續(xù)結(jié)合電網(wǎng)發(fā)展規(guī)劃、風電開發(fā)和送出方案、國家相關(guān)政策等方面，作進一步專題研究。