张北县的风与电
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作为智能电网建设的一部分,特高压输电网和风光储能技术正在张北试验性地结合在一起,它将从技术上让张北不稳定的风电和大电网配套起来。
建设风电场已经十几年的张北县有个怪事。那就是“风大的时候反而要把风机停掉。”
虽然距离北京不过200多公里,但逐渐抬高的地势让张北已经处于海拔1500米左右的高原区,这里地势比较复杂,东南部是被称为“坝头”的山区,地势最高,西北部是丘陵地,两头围着中间一块平原地区。和险要的地势配合的是张北独特的气候,多风,少雨,年平均风速每秒6米,刚好满足国家建设风电场的最低风速要求。
张北的风电开发始于1996年。现在“装机总量已经达60万千瓦”,县风电办的王学斌说,但实际输出只有28.3万千瓦,“如果满负荷,电网肯定受不了”。王学斌指的是张北的发电系统并入的华北电网――按照年平均风速选址的风电场,往往忽略当地的风频因素。风速的分布不稳定,时而风大,时而风小,现有的电网通常不能适应,于是只能是电力公司被迫将机组停掉。仅去年一年,张北就因为关停风电机组损失1200多万元。
“水”与“路”不兼容
“一开始还不存在这样的问题”,王学斌回忆,1996年刚建风电的时候,单机容量小,根本谈不上什么超负荷。
张北位于有效风能密度高达200∽300瓦/平方米的优质风能资源地区,是国家发改委确定的六大风能开发基地之一。从2005年起,13家公司先后入驻张北县投资风电。张北县的风电场越建越多。
与风电开发的热闹景象形成对比的是,十几年来,连接张北县电厂与电网的变电站还是停留在220千伏。
电力系统的人通常用水和路比喻电流和电网。清华大学电力系统研究所教授何光宇解释说,变电站建设没有跟上,“这就是‘水’多了,但是‘路’还没建起来。”发改委批准的上百万千瓦电网项目已经在张北县开工建设,有望于今年年底建成。“这样可能情况就会好一点”,王学斌说。但中国电力科学院新能源研究所的戴慧珠认为,这并不是解决风电并网的根本途径。
“这涉及风电产生的频率与电网不匹配的问题。”电科院的副总工程师白晓民强调。目前国内电网的电流频率稳定在50赫兹/秒,如果风电想并网,电流频率必须一致,差一点也不行。但风电的特点就是风速完全不受人为控制,会产生不稳定的电流。如果硬要并网,就会造成其他并网点的瘫痪,这就是所谓的谐波污染。
“水”与“路”不兼容的问题并不仅存在于张北县。风电并网至今还是让所有电力公司、电网公司和专家学者头疼的问题。中国目前每年几乎有将近1/3的风电装机容量白白浪费了。
要解决问题,现在只有等智能电网。
业内人士表示,不管是在中国还是在国外,智能电网诞生的初衷有一部分就是要解决新能源并网的问题。和火电不同,新能源形式更多受限于非人为控制因素。太阳能受日照条件的制约,水电也有河水的汛期,不稳定的电流就会产生不同的电流频率。以往适用于火电的电网设计明显阻碍了新能源产业的发展。智能电网则能够在网内多变的供应和需求之间做灵活地调配,更能通过新的技术手段化解发电系统不稳定带来的负面影响。智能电网的推出到了一个关键时期。
“特高压”与“储能”结合
2009年,由国家电网新源控股有限公司主导的风光储能示范项目在张北县的满井风电场展开规划建设。
风光储能是新源控股的一个“智能电网”示范项目。作为智能电网一部分的该技术从原理上看起来非常简单。它利用了张北县风能和太阳能资源都非常丰富的特点。冬春是多风季节,张北县的风能更充足,而日照不强,到了夏秋则正好相反――张北县是河北省日照条件最好的县之一,年平均日照时数2897.8小时。如果单独开发,两种发电方式都存在不稳定的难题,但风光储能项目则将风电和光电系统发出的电通过蓄电池储存起来,当风力减弱或者日照不强的情况发生时,蓄电池可以将电释放出来,以稳定输出。“还有一个检测系统,主要是检测百万级风电并网时是否会对电网形成冲击”,王学斌说,“这个项目的特点就是能将‘风’、‘光’、‘储’、‘护’四者结合起来,项目建成之后,风电的输出能力将大幅度提升。”
“水”更多了,就需要修“路”。如果想将水送到更远的地方,就要抬高水源,产生落差,电也是这个道理。“中国智能电网的未来发展方向就是建设800千伏∽1000千伏的特高压输电网”,白晓民说。国家电网公司副总经理舒印彪也表示,具有长距离、大容量特征的特高压输电网将是今后中国智能电网的核心环节。张北县就在特高压输电网的首批建设规划当中。
不过,何光宇指出,智能电网的形式当然不会只局限在张北县所采用的风光储能技术这一种。各个国家和地区具体怎样建设各自地区的电网,需要因地制宜。比如扬州经济开发区发展的“太阳能屋顶”,利用安装在大楼上的一块块太阳能电池板吸收太阳光,将光能转化成电供大楼使用。白天光照充足的时候,“太阳能屋顶”所发的多余的电就可以送入电网,当晚上“屋顶”不发电的时候,大楼又能正常使用电网的电。
并网瓶颈打开以后
尽管国电新源目前还未就特高压输电网建设在张北县的具体实施方案给出答案,王学斌已经充满期待。“不管最终方案是怎么样,只要项目建起来了,电网的兼容性肯定比现在要好,那时很多风电企业也可以‘搭车’,并网情况就会好很多。”
张北县的风光储能项目解决的还不仅是一个风电并网的问题,它还将带来更多巨大的投资机会。何光宇表示,智能电网的兴起将给一大批人提供新的致富机遇。王学斌说,“当然,对我们自己来说,发展风电的企业多了,我们的税收也能上去。”
智能电网将带来的还有气候问题的缓解。“智能电网的推出就是为了顺应节能减排的需要。”何光宇说。正如张北县,在建起智能电网以后,那里的风电与光电不仅可以供本地使用,还可以输送到北京、天津甚至更远。当新能源电力所占发电总量提高到一定程度时,火电的优势就会下降,石油、天然气的使用量就有可能降下来。
环境学家认为智能电网是低碳未来最好的出路之一。据美国《财富》杂志报道,美国政府和业界预计,随着配电系统进入计算机时代,现代化数字电网将使美国能耗降低10%,温室气体排放量减少25%。尽管目前智能电网还有很多问题亟待解决,但它已经提供了一种未来节能减排之路的方向。并网瓶颈打开了,新能源将迎来又一个新的发展高峰。
在这个高峰到来之前,张北县已经吸引了众人的关注。自从新源控股决定将风光储能项目建在张北县,王学斌每天的工作就成了接待诸多媒体和参观者。当这位忙碌的村干部每天从满井风场回去的时候,风电涡轮机的影子早已长长地躺在草地上,夕阳映红了整个风场,映在王学斌的脸上织成了红色的喜悦。“张北的风电肯定会迎来第二次发展高峰。”