--访国网能源研究院新能源研究所所长李琼慧女士
本刊记者 黄霞
2011年,日本地震引发福岛核电站爆炸,这让很多人联想到1986年的切尔诺贝利核危机。
1986年4月,位于今天乌克兰的苏联第一座核电站--切尔诺贝利核电站4号机组发生爆炸,重达8吨多的强辐射物质喷发泄漏,相当于1945年在广岛原子弹爆炸所产生能量的200多倍,导致31人当场死亡,上万人由于放射性物质远期影响而致命或重病。有专家提出,消除切尔诺贝利核泄漏事故后遗症需800年。
按照国际核事故严重程度分级,切尔诺贝利核危机为7级,福岛危机定级则属于4级。虽然福岛核危机与切尔诺贝利核危机级别不同。但日本爆发核危机后,世界各国政府开始检讨核能发电计划,重新思考其在核电发展方面的规划和布局。
"十二五"期间,对核电发展的重新认识,将为我国新能源行业创造了一个绝佳的历史发展机遇,特别是对我国风能、分布式能源的发展产生重要的激励作用。
今年是"十二五"规划的开局之年,本刊将深入国家电网公司,透过国网能源研究院新能源与统计研究所所长李琼慧的视角,去了解新能源,了解大电网,了解特高压,了解风电并网,了解分布式能源……
"十二五" 风电大发展
核危机刺激了新能源的发展,但考虑到成本和多晶硅生产污染等问题,目前国家对于太阳能光伏发展更多地处于"观望"状态,这无疑给风能带来了又一大发展的历史机遇。
根据国家能源局"十二五"规划,2015年我国风电装机规模将达到1亿千瓦,2020年力争达到2亿千瓦。李琼慧指出,风电是目前及今后一段时期内最具有商业化开发条件的新能源,未来还有巨大的发展空间。
首先,我国现行的风电电价使得目前在中国开发风电利润丰厚,这从根本上推动了中国风电行业的快速发展。
李琼慧提出,我国现行的不同资源区风电上网标杆电价是2009年按照当时风机价格测算得到的,而随着近年风机技术的进步,产业规模的扩大,风机成本有了明显下降。她认为,在当前的电价政策下,只要风电场能发电就可以盈利。目前由于煤炭价格大涨、而煤电上网电价没有随之上调,五大发电集团火电普遍亏损,但风电可以盈利。
李琼慧认为,"只要现行的风电上网电价标准不变,我国开发风电就有利可图"。风电电价政策不变,行业的趋利性就会一直推动风电快速发展下去。
风电仍将快速发展的另一个原因是,风电的产业属性在中国要远远大于其能源属性,尽管目前并网的3107万千瓦风电所提供的发电量占总发电量的比例微不足道,但发展风电可以在很大程度上带动相关上下游产业的发展。这在政策制定者眼中无疑是拉动地方GDP的重要筹码。
统一规划,风电与电网协调发展
并网难,对于现阶段风电产业的发展是个实实在在的问题,摆在我们面前,让风电投资商们备感尴尬,一筹莫展。风电并网难在哪里?难在技术?观念?规划?还是?
李琼慧认为,目前我国部分地区风电并网难,主要是由于风电单机容量小,项目核准程序相对简单,工程建设周期短,而电网项目,核准程序复杂,建设周期相对较长,客观上要求风电与电网统一规划,要求电网结构与之相适应。
她说:"从项目建设周期来看,风电场从开工建设到具备并网条件,通常只需要几个月至1年时间;以500千伏电网为例,电网项目从开展前期工作到核准一般需要2年左右时间,从开工建设到投产,一般需要1年多时间"。
她提出,长期以来,我国风电规划多侧重于风资源规划及风电开发规划,对风电出力特性和风电消纳能力研究不够;缺乏对风电基地消纳市场研究。国家明确提出了八大风电基地开发规划,但消纳市场不明确。风电出力具有不同于常规电源的波动性和随机性,特别是大规模风电并网和消纳对系统的调峰能力和用电特性提出了更高要求,要求系统调峰能力和用电特性能够适应风电的出力特性。这些都是造成目前我国风电并网运行中"弃风"现象时有发生的主要原因。她说,如果受端消纳市场不明确,将会给未来八大基地风电并网及有效利用留下很大的隐患。
李琼慧说:"我们必须承认,目前我国风电的发展速度的确有点过快。"截至2010年,全国并网风电规模已达到3107万千瓦,核准在建2600万千瓦,按照国家"十二五"规划提出的2015年全国风电达到1亿千瓦的目标计算,"十二五"风电剩余核准空间为4400万千瓦,年均核准规模1100万千瓦。而2011年各地方发改委上报的风电项目核准规模达到6000万千瓦。如不适当控制风电发展速度,加强风电规划与配套电网规划的协调,将给"十二五"风电并网和消纳造成极大的困难。
李琼慧还提出,目前风电发展中存在"4.95万千瓦现象",可能会使中国风电越走越"瘸"。按现有规定,5万千瓦以上风电项目建设由国家发改委核准,5万千瓦以下则由地方政府审批,造成一半以上的风电项目都是4.95万千瓦装机规模。她认为,目前由于风电两级审批,造成风电项目拆批现象严重,风电规划调整频繁,风电规划与电网规划严重脱节,出现风电入网、送出严重滞后,给风电及时并网和消纳带来困难。
在李琼慧看来,"十二五"期间,最重要的是妥善协调风电和电网的规划,统一规划是风电持续健康发展的前提。李琼慧认为,风电具有波动性和随机性的出力特性,在储能技术尚不具备商业化、规模化应用的前提下,客观上需要融入大电网、通过大电网实现不同能源间的互补与均衡,实现其规模化有效利用,风电的规模化发展离不开大电网的支撑。
她建议,国家能源主管部门出台切实可行的风电规划管理办法,按照已经确定的发展目标,以八大千万千瓦级风电基地的建设为核心,进一步加强风电开发统一规划,合理安排风电建设时序,实现风电与电网的协调发展,统筹风电规划与年度开发计划。各地区应严格按照项目核准权限或批复后的风电开发方案开展相关项目核准工作;电网企业依据批复的风电规划和年度开发方案,落实风电场工程配套电力送出工程。未列入年度开发方案中的风电项目,不得享受国家可再生能源发展基金的电价补贴。她还建议根据风电项目和电网项目建设周期不同的特点,建立风电项目与电网工程同步规划、同步投产的有效机制,同步推进风电项目、电网项目建设。统筹考虑风电项目及其送出工程、电网加强工程的建设,将电网企业意见作为发电项目核准建设的条件之一,力争做到风电项目和相关电网项目的同步开展、同步审批、同步建设、同步投产。
"没有规矩,不成方圆"
风电并网难题一直困扰业界,即将出台的风电并网技术国家标准也持续受到业界的关注。
"没有规矩,不成方圆,做任何事情都不能没有规矩,风电也不例外",李琼慧这样认为,严格的并网技术标准是实现风电大规模并入电网的基础,也是风电行业可持续发展的基础。
电网为确保风电并网的安全稳定运行提出的"须具备低电压穿越技术和动态无功补偿技术"要求,甚至一度引起以机组制造商及风电场运营商为代表的电源和电网两方"到底有无必要具备"的争论。
在李琼慧看来,虽然风电并网国家技术标准对风电开发商没有资格限制,但风电厂的性能指标和优化设计对大电网安全运行很重要,没有高性能的风机也无法造就电网友好型风电厂,所以风机的质量和性能也非常重要。
李琼慧介绍,德国、西班牙、丹麦等国执行的是具有法律约束力的强制性的并网导则。西班牙要求所有新建风电机组必须具备低电压穿越和有功、无功控制能力,对早期并网不具备低电压穿越和有功、无功控制能力的机组进行技术改造。
由于欧洲各国风电发展的情况不同,不同国家制定了不同的风电并网标准。但随着风电的发展,不一致的风电并网标准已给风机制造商和风电开发商带来了很大麻烦。为此,欧洲风机制造商、风电开发商、监管机构等共同组成了欧洲并网导则工作组,正在研究制定统一的欧洲并网标准。
由于国情特殊,能源紧缺,我国出现了先行发展风电,然后在发展中慢慢配套其相关的管理办法。我国风电规模化发展刚刚起步,相关技术标准和管理规范还不完善。
"没有标准和管理办法,无法保障大规模风电并网的安全稳定运行,无法保证风电的长期可持续规模化发展,对风电产业健康发展也是致命的,所以规范风电产业发展的技术标准必须建立",李琼慧进一步解释,"去年我们刚刚做了一个调研,通过数据发现,没有经过检测认证的风电场发生故障率比较高,因为风机发生故障自动脱网的案例也很多"。
对于整个电力系统,风电装机目前还很小。但如果风电作为主流电源,其规模可能达到上亿千瓦。那时风电如果不能规范要求,将对电网造成极大的影响,也我国供电系统产生影响。李琼慧认为,风电规范发展不仅对整个行业的发展很有必要,而且对风电健康持续发展也很有必要。
国家电网公司积极加强风电并网标准体系建设,制定了《风电接入电网技术规定》、《风电调度运行管理规范》等企业标准和《风电场接入系统设计内容深度规定》等多个配套规定,基本建立了适应我国风电接入及调度运行的企业标准体系,提升了风电技术管理能力,推动了我国风电行业向规范化、标准化发展;为做好风电并网检测工作,投资3.5亿元,建立了国家风电技术与检测研究中心,具备了完备的风电机组特性检测能力,使并网风电机组满足技术性能,保证系统的安全可靠运行。
发展特高压是必然选择
国家电网出台的特高压投资规划纲要中提出,"十二五"期间是我国特高压电网发展的重要阶段,在特高压交流试验示范工程的基础上,需加快"三华"特高压交流同步电网建设。2015年,"三华"特高压电网形成"三纵三横一环网",还将建成11回特高压直流输电工程。国家电网的目标是到2020年建成以"三华"特高压同步电网为中心,东北特高压电网、西北750千伏电网为送端,联结各大煤电基地、大水电基地、大核电基地、大可再生能源基地,各级电网协调发展的坚强智能电网。
在李琼慧看来,多年前发展特高压的论证研究工作就已经开始,随着我国经济社会的发展和电网规模的扩大,对于发展特高压取得了越来越多的共识。她说,"作为一种新的输电技术,大家不应'炒作'而应'理性对待',发展特高是'不得不'的选择,不是为了发展特高压而去发展"。
发展特高压是客观需要。我国是发展中国家,人口众多,且目前正处在加速工业化进程的阶段,每年都10%以上的电力增长,所以未来能源的输送问题必须要解决,所以发展特高压是必要选择。
特高压或将解决风电输送难题
我国风电资源与负荷中心逆向分布的格局决定了我国风电"大规模、高集中"的开发模式和"大容量、高电压、远距离"的输送模式。为了大幅提高风电的利用成本,如何解决风电大规模远距离外送的经济性问题是目前中国风电开发利用的特殊难题。
李琼慧建议,进一步加强风电出力特性及消纳能力研究,加强"三北"(西北、华北、东北)地区风电基地消纳市场研究,明确"三北"地区风电基地的送电方向和消纳市场,并将风电送出规划纳入受端地区的电力发展规划,为受端电网配置必需的灵活电源,为消纳风电留出市场空间。加快构建"三华"(华北、华中、华东)特高压同步电网,尽快核准淮南(皖南)~上海、锡盟~南京、溪洛渡~浙西等特高压工程,同意淮南(南京)~上海、蒙西~长沙、靖边~连云港、哈密~河南等特高压工程开展前期工作。建设东北与华北直流背靠背扩建以及哈密、酒泉直流外送工程,为"三北"地区风电外送及市场消纳创造条件,为我国风电规模化开发和有效利用创造条件。
多能互补 效能最优
考虑到技术经济条件,未来肯定是多能互补和能源系统的融合。李琼慧说,统筹风电基地电源开发,以送端电网为平台,采用"风、水、火"多种电源打捆网对网外送,可有效提高风电送出线路的利用效率, 降低输电成本,有效解决风电基地送出经济性问题。在本地电网充分消纳风电的基础上,通过风火水联合外送,建设特高压跨区输电通道,实现网对网送电,可进一步增大风电开发规模、扩大风电消纳市场,有效提高风电利用水平,也是提高风电外送经济性的重要途径。与纯风电外送相比,风火联合开发、网对网送电具有两点优势:一是火电上网电价较低,能大幅降低平均上网电价;二是火电参与风电调节,能保证输电通道的利用小时数,有效降低输电价。
"大力发展分布式能源势在必行"
目前国家能源局正在研究布局分布式能源发展,且已在内部出台一份《小型分布式发电站管理办法》。国家能源局正在研究具体的电源管理及上网价格问题。届时,企业可做到自己发电自己用,多余的电力可输入电网。
国网公司能源研究院新能源研究所正积极研究分布式能源管理办法以及推广分布式能源发展的试点工作。
目前国内以天然气为燃料的分布式能源情况如下:目前我国北京、上海、广州等地已有一批以天然气为燃料的分布式热、电、冷多联供电站投入运行,取得明显的经济效益、环保效益和社会效益。
李琼慧表示,"考虑到调整能源结构的需求,大力发展分布式能源势在必行,预计到2020年,我国各类分布式能源的发展总装机有望达到1.3亿千瓦"。 她说,我国未来需要在具备资源条件的城市发展天然气冷热电多联产、城市建筑光伏、中小城镇热电联产供热等多种分布式能源。按照我国分布式能源系统发展目标,到2020年,小水电将达到7500万千瓦,天然气多联产将达到5000万千瓦,小型风电将达到300万千瓦,城市建筑光伏将达到500万千瓦。
另外,"十二五"期间,我国将支持建设100座新能源示范城市。李琼慧说,"发展新能源城市在一定程度上刺激了分布式能源的发展,特别是与建筑结合的城市分布式并网光伏发电系统的发展"。
她认为,核危机下,发展分布式电源,提高新能源利用,是利国得民的好事。
随后,她详细地介绍国内外各类分布式能源发展情况及其在中国的应用。分布式能源是指分布在用户端的能源综合利用系统。一次能源以气体燃料为主,可再生能源为辅,利用一切可以利用的资源;二次能源以分布在用户端的热电冷多联产为主,其他中央能源供应系统为辅,实现以直接满足用户多种需求的能源梯级利用,并通过中央能源供应系统提供支持和补充;在环境保护上,将部分污染分散化、资源化,争取实现适度排放的目标 。
分布式能源系统分布安置在需求侧的能源梯级利用,以及资源综合利用和可再生能源设施。它是以资源、环境效益最大化确定方式和容量的系统,根据终端能源利用效率最优化确定规模。分布式能源是将用户多种能源需求,以及资源配置状况进行系统整合优化,采用需求应对式设计和模块化配置的新型能源系统。
分布式能源依赖于最先进的信息技术,采用智能化监控、网络化群控和远程遥控技术,实现现场无人职守。同时,也依赖于未来以能源服务公司为主体的能源社会化服务体系,实现运行管理的专业化,以保障各能源系统的安全可靠运行。
分布式能源技术是中国可持续发展的必须选择。中国人口众多,自身资源有限,按照目前的能源利用方式,依靠自己的能源是绝对不可能支撑13亿人的"全面小康",使用国际能源不仅存在着能源安全的严重制约,而且也使世界的发展面临一系列新的问题和矛盾。中国必须立足于现有能源资源,全力提高资源利用效率,扩大资源的综合利用范围,而分布式能源无疑是解决问题的关键技术。
分布式能源是缓解我国严重缺电局面、保证可持续发展战略实施的有效途径之一,发展潜力巨大。它是能源战略安全、电力安全以及我国天然气发展战略的需要,可缓解环境、电网调峰的压力,能够提高能源利用效率。
作为国家电网系统软科学研究的中坚力量,李琼慧肩负着新能源发电及并网研究、新能源发展产业政策及经济性分析等相关方面研究,并具有丰富的研究经验。透过李琼慧的眼,我们领略到了,她对于风电、光伏、分布式能源等新能源与特高压等大电网之间关系的独到见解。
她表示,风电是目前最具有商业化开发条件的清洁能源,我国风电规模化发展刚刚起步,未来发展潜力巨大。"十二五"期间,我国风电将继续大发展;太阳能光伏发电多处于"观望"状态,分布式并网光伏发电系统将会得到较快的发展;"十二五期间也将是我国特高压电网发展的重要阶段,特高压将为我国风电外送及市场消纳创造条件,为我国风电规模化开发和有效利用创造条件。
最后,她强调,新能源与大电网的发展,最终目的是服务于整个能源体系,确保用户使用最清洁、经济、安全的电源。
个人简介-李琼慧
国网能源研究院新能源与统计研究所所长。硕士研究生,高级工程师,国家注册咨询工程师。电网电源协调发展与智能化研究领域高级专家。在能源供需分析预测、能源环境与气候变化、新能源与清洁能源、低碳经济等方面开展大量研究工作,在能源及电力行业战略规划、电力供需分析预测、电力预测预警、新能源发电及并网研究、新能源发展产业政策及经济性分析方面研究具有丰富的研究经验,研究成果曾两次获电机工程学会科技进步奖,获得国家能源局优秀软课题研究一等奖,多次获国家电网公司科技进步一、二、三等奖,获原国电公司青年科技进步奖;先后发表论文20余篇,相关研究成果得到国家能源局、国家电网公司相关部门的好评。
国网能源研究院新能源与统计研究所,成立于2009年10年。其主要职责是负责新能源、可再生能源基础理论和方法研究;承担新能源、分布式能源、储能、电动汽车的技术经济特性及并网相关问题研究咨询;承担新能源发展政策研究咨询;承担国际能源与电力工业统计信息采集分析;负责国际能源与电力统计数据手册的编撰、发行。从2011年起,受国家电网公司发展部的委托,国网能源研究院新能源与统计研究所将建立国家电网公司系统风电信息管理平台,具体承担国家电网公司系统风电发展相关研究工作,每年编写《国家电网公司风电发展白皮书》以及每月编写《国家电网公司风电发展月报》。除了开展国网公司风电发展的相关研究外,还配合国家能源局开展风电等新能源并网产业政策的研究,例如可再生能源配额制、可再生能源全额保障性收购、可再生能源优先调度等。