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摘要：风力发电的特性决定了这项技术与其他发电技术的不同，正因为如此，我们必须解决如何合理地将风力发电接入当前电力系统的问题。本文旨在针对风力发电接入系统的一些疑问进行探讨，包括风力的不稳定性，如何预测风力；风电接入系统的成本是否过高；新建风电场将引起随之而来的输电线路投资；风电接入时候会需要更多的备用容量，这些备用容量是否会导致更多化石燃料的消耗等等。
关键词：风电；系统接入；成本
作者简介：胡斌（1975-），男，上海人，上海电力设计院有限公司，工程师，主要研究方向：电力系统；杨鹏举（1986-），男，河南
漯河人，上海电力设计院有限公司，管理学硕士，主要研究方向：电力技术经济。（上海 200025）
目前风电在世界范围内的迅速发展已经引起社会各界的广泛关注，风力发电技术也被越来越多的人了解。[1]由于风力发电自身的特性，如只有在有风的情况下才能发电等等，很多人对风电可行性和效率提出了一些质疑。[2，3]风力发电的特性决定了它不能像传统的火力发电一样进行调度，而且其出力也根据风力的大小而变化，因此风力发电往往被人们看作是一种电能资源，而不是发电容量资源，它的主要作用在于替代化石能源，并减少相应的排放，真正用于高峰时段的风电只是很小的一部分，因此风电的容量价值是有限的。由于上述种种原因，风力发电对电力系统的稳定性的影响成为人们最为关注的问题之一。[4]
本文旨在针对风力发电接入系统的一些问题进行探讨，包括风力的不稳定性，如何预测风力；风电接入系统的成本是否过高；新建风电场将引起随之而来的输电线路投资；风电接入时候会需要更多的备用容量，这些备用容量是否会导致更多化石燃料的消耗等等问题。
一、预测风力的方法
风力预测是风力发电所必须解决的问题，目前的风力预测系统可以通过特定的气象预测模型以及统计数据对风电的出力进行预测。相比于负荷预测系统，风力预测系统是近年来开发的一种工具，其预测准确性不如负荷预测系统。
目前的使用经验表明，首先，风力预测系统在大部分时间可以预测出力曲线，但是偶尔会出现明显的误差（时间误差和出力误差），因此，系统运行对预测的不确定性以及整体准确性都十分关注；其次，短期的风力预测相比于中长期预测来说，其准确性更高，例如对于一个单一的风电场，提前一到两小时的风力预测的准确性较高，平均误差大约为整个风电场装机的5%-7%，然而日前预测的准确性则明显下降，平均误差为总装机的20%。
风力的预测还具有很强的聚集效应，单个风电场预测的准确性要远远低于一个区域的整体预测。德国的一项研究表明，以均方差为衡量指标，对某个单一的风电场进行日前预测的均方差为10%到15%，一个控制区域内预测的均方差为6%-8%，而对全国范围内预测的均方差则下降到5%-7%。聚集效应还体现在另一方面，如果运用多种预测模型，其预测准确性将比单一模型提高20%（同样以均方差作为衡量指标）。
尽管对单一风电场出力预测的准确性并不高，但是我们应该注意到，单个风电场的出力变化并不会对整个系统造成显著影响，系统运行更为关注的是整合所有风电场的运行预测，整体出力预测的误差更容易导致系统发电计划的失误，因此通过聚集效应提高整体预测的准确性是一种有效的解决思路。
二、风电接入成本是否太高
风电的接入对于原有的发电以及输电系统来说会带来一笔额外的成本，这笔成本是否会太高，风电接入在经济上是否合理，是人们关注的又一个重要问题。
一般来说，首先，风电接入系统的规模会影响其接入成本，当风力发电在总的电能生产中的比例占到20%的时候，风电接入系统的成本仅仅占到风电价格的10%甚至更低；其次，根据区域大小、能源组合以及风力发电分布区域的大小不同，风电接入系统的影响也各不相同。
风电出力的变化趋势与变化大小，与负荷的变化以及其他发电出力的变化并不是一致的，这就意味着风电接入系统所带来的并不全是负面影响，一些趋势相反的变化将被系统吸收从而使得出力更加平稳，也就是说当风力发电的不确定性与系统负荷的不确定性相加的时候，其结果未必是不确定性的增加。
风电接入系统的费用还会因区域电网的范围大小而不同。电网范围越大，风电接入的费用就越低。除此之外，如果风电在大电网中的分布较为广泛，其单位机组的不确定性将相应降低，同时风电出力的可预测性也有所提高，从而使得风电接入费用降低。尽管风电接入仍然需要一定的额外备用，但这并不一定需要建造新的电厂。根据国外的经验，风电比例在5%～20%（风力发电占系统总需求）的国家或区域，其现有的备用容量在风电大规模接入后仅仅是使用更为频繁，并没有新建额外的备用容量。
三、新建配套输电线路的成本是否过高
无论国内还是国外的传统电力系统，新建发电资源都包含相应的输电线路，无论是大型的水电、核电，新建电站都需要输电线路来输送其电能。目前新建风电场也将需要配套建设相应的输电线路，其成本大小已经成为一个不可忽视的问题。
研究表明，尽管接入风电场需要新建的输电线路成本较高，但是由于风电替代了其他形式的电能而给用户带来的收益也很可观。另外，作为整个电力系统成本的一部分，输电部分的投资相对于发电的投资和运行成本来说是相对较低的。而且新建输电线路对提高系统的可靠性，提高系统的供应能力以及为其他类型的发电提供便利都有一定的帮助。
四、风电的备用是否会导致更多化石燃料的消耗
为了保证电力系统的实时供需平衡，系统运行者需要时刻控制一部分发电资源，以应对系统总需求的变化。当风电接入系统之后，是否会造成更多燃料的消耗，我们用一个简单的例子来说明。
风力发电可以替代其他类型的发电资源，通常是使用化石燃料的资源，也就是说使用风力发电发出1kWh的电能，就可以避免由化石燃料产生的1kWh电能，从而减少了相应的燃料消耗和废气排放，我们称之为替代效应；然而由于风电接入，系统将会需要更多的备用容量来维持安全性，这些备用容量本身又会消耗一定的燃料，并排放相应的废气，我们称之为备用效应，两种效应同时产生作用，其结果究竟是增加还是减少排放，取决于哪种效应更加明显。我们可以知道1kWh的化石燃料发电所产生的排放量，即替代效应已知，那么问题就在于1kWh风力发电需要多少备用容量，产生多少排放量。
国外有很多针对上述问题的研究，其结果都表明风电所需要的系统备用容量与新增风电容量相比微不足道，而且因风电出力规模的不同而异，与此同时，风电接入系统后，备用发电资源可能会被迫以效率更低的方式运行，从而增加每单位出力的燃料消耗和废气排放。
为了更清晰地阐述风电接入对燃料消耗和排放所产生的影响，我们考虑下面三种情景：（1）1kWh的电能完全由化石燃料提供；（2）同样1kWh的电能由风力发电提供，并且不需要额外的备用；（3）同样1kWh的电能由风力发电提供，但是需要一定的备用容量。于是在情景1中，为了提供1kWh的电能，一定量的化石燃料（假设为100%）被消耗掉；在情景2中，所有的化石燃料都得以节省，并且避免了相应的排放量；在情景3中，假设为了给风电提供备用，将有3%的化石燃料被消耗，并且备用容量的运行效率有所下降，为正常出力效率的75%，那么最终将有4%的化石燃料因为风电的备用而被消耗。综上所述，在情景3中将有96%的化石燃料及其废气排放得以避免，而在情景2中，这个比例为100%。
英国能源研究中心（UKERC）的一项研究证明了上述结果，该研究确定了在一个风电比例为20%的电力系统中，由于风电而产生的备用资源的效率降低仅为7%。
五、结论
风力发电的特性决定了这项技术与其他发电技术的不同，也正因为如此，我们必须解决如何合理地将风力发电接入当前电力系统的问题，本文解答了若干问题，经过论证，我们发现风能尽管是一种不确定的发电资源，但是电网运行已经有了相当丰富的出力不确定性的经验，足以应对风电的不确定性，另外，风电接入系统的成本并不是很高，而且也不需要额外的备用，再加上风力预测工具的不断发展，风电接入系统已经具备了许多有利的条件，如果能扩大风电接入的规模（无论是容量规模还是地域规模），将提高风电在电力系统中的效率，使其发挥更大的作用。
参考文献：
[1]侯佑华,齐军,王小海,等.大规模风电场的建模及其在内蒙古电网安全稳定运行的研究[J].中国电机工程学报,2010,30(4):71-78.
[2]魏晓霞.我国大规模风电接入电网面临的挑战[J].中国能源,2010,32(2):19-21.
[3]郭健.大规模风电并入电网对电力系统的影响[J].新能源发电控制技术,2010,32(1):47-50.
[4]李文清,钟成.风电开发中存在的问题的探讨[J].浙江电力,2010,(1):51-53.
（责任编辑：刘辉）
关键词：风电；系统接入；成本
作者简介：胡斌（1975-），男，上海人，上海电力设计院有限公司，工程师，主要研究方向：电力系统；杨鹏举（1986-），男，河南
漯河人，上海电力设计院有限公司，管理学硕士，主要研究方向：电力技术经济。（上海 200025）
目前风电在世界范围内的迅速发展已经引起社会各界的广泛关注，风力发电技术也被越来越多的人了解。[1]由于风力发电自身的特性，如只有在有风的情况下才能发电等等，很多人对风电可行性和效率提出了一些质疑。[2，3]风力发电的特性决定了它不能像传统的火力发电一样进行调度，而且其出力也根据风力的大小而变化，因此风力发电往往被人们看作是一种电能资源，而不是发电容量资源，它的主要作用在于替代化石能源，并减少相应的排放，真正用于高峰时段的风电只是很小的一部分，因此风电的容量价值是有限的。由于上述种种原因，风力发电对电力系统的稳定性的影响成为人们最为关注的问题之一。[4]
本文旨在针对风力发电接入系统的一些问题进行探讨，包括风力的不稳定性，如何预测风力；风电接入系统的成本是否过高；新建风电场将引起随之而来的输电线路投资；风电接入时候会需要更多的备用容量，这些备用容量是否会导致更多化石燃料的消耗等等问题。
一、预测风力的方法
风力预测是风力发电所必须解决的问题，目前的风力预测系统可以通过特定的气象预测模型以及统计数据对风电的出力进行预测。相比于负荷预测系统，风力预测系统是近年来开发的一种工具，其预测准确性不如负荷预测系统。
目前的使用经验表明，首先，风力预测系统在大部分时间可以预测出力曲线，但是偶尔会出现明显的误差（时间误差和出力误差），因此，系统运行对预测的不确定性以及整体准确性都十分关注；其次，短期的风力预测相比于中长期预测来说，其准确性更高，例如对于一个单一的风电场，提前一到两小时的风力预测的准确性较高，平均误差大约为整个风电场装机的5%-7%，然而日前预测的准确性则明显下降，平均误差为总装机的20%。
风力的预测还具有很强的聚集效应，单个风电场预测的准确性要远远低于一个区域的整体预测。德国的一项研究表明，以均方差为衡量指标，对某个单一的风电场进行日前预测的均方差为10%到15%，一个控制区域内预测的均方差为6%-8%，而对全国范围内预测的均方差则下降到5%-7%。聚集效应还体现在另一方面，如果运用多种预测模型，其预测准确性将比单一模型提高20%（同样以均方差作为衡量指标）。
尽管对单一风电场出力预测的准确性并不高，但是我们应该注意到，单个风电场的出力变化并不会对整个系统造成显著影响，系统运行更为关注的是整合所有风电场的运行预测，整体出力预测的误差更容易导致系统发电计划的失误，因此通过聚集效应提高整体预测的准确性是一种有效的解决思路。
二、风电接入成本是否太高
风电的接入对于原有的发电以及输电系统来说会带来一笔额外的成本，这笔成本是否会太高，风电接入在经济上是否合理，是人们关注的又一个重要问题。
一般来说，首先，风电接入系统的规模会影响其接入成本，当风力发电在总的电能生产中的比例占到20%的时候，风电接入系统的成本仅仅占到风电价格的10%甚至更低；其次，根据区域大小、能源组合以及风力发电分布区域的大小不同，风电接入系统的影响也各不相同。
风电出力的变化趋势与变化大小，与负荷的变化以及其他发电出力的变化并不是一致的，这就意味着风电接入系统所带来的并不全是负面影响，一些趋势相反的变化将被系统吸收从而使得出力更加平稳，也就是说当风力发电的不确定性与系统负荷的不确定性相加的时候，其结果未必是不确定性的增加。
风电接入系统的费用还会因区域电网的范围大小而不同。电网范围越大，风电接入的费用就越低。除此之外，如果风电在大电网中的分布较为广泛，其单位机组的不确定性将相应降低，同时风电出力的可预测性也有所提高，从而使得风电接入费用降低。尽管风电接入仍然需要一定的额外备用，但这并不一定需要建造新的电厂。根据国外的经验，风电比例在5%～20%（风力发电占系统总需求）的国家或区域，其现有的备用容量在风电大规模接入后仅仅是使用更为频繁，并没有新建额外的备用容量。
三、新建配套输电线路的成本是否过高
无论国内还是国外的传统电力系统，新建发电资源都包含相应的输电线路，无论是大型的水电、核电，新建电站都需要输电线路来输送其电能。目前新建风电场也将需要配套建设相应的输电线路，其成本大小已经成为一个不可忽视的问题。
研究表明，尽管接入风电场需要新建的输电线路成本较高，但是由于风电替代了其他形式的电能而给用户带来的收益也很可观。另外，作为整个电力系统成本的一部分，输电部分的投资相对于发电的投资和运行成本来说是相对较低的。而且新建输电线路对提高系统的可靠性，提高系统的供应能力以及为其他类型的发电提供便利都有一定的帮助。
四、风电的备用是否会导致更多化石燃料的消耗
为了保证电力系统的实时供需平衡，系统运行者需要时刻控制一部分发电资源，以应对系统总需求的变化。当风电接入系统之后，是否会造成更多燃料的消耗，我们用一个简单的例子来说明。
风力发电可以替代其他类型的发电资源，通常是使用化石燃料的资源，也就是说使用风力发电发出1kWh的电能，就可以避免由化石燃料产生的1kWh电能，从而减少了相应的燃料消耗和废气排放，我们称之为替代效应；然而由于风电接入，系统将会需要更多的备用容量来维持安全性，这些备用容量本身又会消耗一定的燃料，并排放相应的废气，我们称之为备用效应，两种效应同时产生作用，其结果究竟是增加还是减少排放，取决于哪种效应更加明显。我们可以知道1kWh的化石燃料发电所产生的排放量，即替代效应已知，那么问题就在于1kWh风力发电需要多少备用容量，产生多少排放量。
国外有很多针对上述问题的研究，其结果都表明风电所需要的系统备用容量与新增风电容量相比微不足道，而且因风电出力规模的不同而异，与此同时，风电接入系统后，备用发电资源可能会被迫以效率更低的方式运行，从而增加每单位出力的燃料消耗和废气排放。
为了更清晰地阐述风电接入对燃料消耗和排放所产生的影响，我们考虑下面三种情景：（1）1kWh的电能完全由化石燃料提供；（2）同样1kWh的电能由风力发电提供，并且不需要额外的备用；（3）同样1kWh的电能由风力发电提供，但是需要一定的备用容量。于是在情景1中，为了提供1kWh的电能，一定量的化石燃料（假设为100%）被消耗掉；在情景2中，所有的化石燃料都得以节省，并且避免了相应的排放量；在情景3中，假设为了给风电提供备用，将有3%的化石燃料被消耗，并且备用容量的运行效率有所下降，为正常出力效率的75%，那么最终将有4%的化石燃料因为风电的备用而被消耗。综上所述，在情景3中将有96%的化石燃料及其废气排放得以避免，而在情景2中，这个比例为100%。
英国能源研究中心（UKERC）的一项研究证明了上述结果，该研究确定了在一个风电比例为20%的电力系统中，由于风电而产生的备用资源的效率降低仅为7%。
五、结论
风力发电的特性决定了这项技术与其他发电技术的不同，也正因为如此，我们必须解决如何合理地将风力发电接入当前电力系统的问题，本文解答了若干问题，经过论证，我们发现风能尽管是一种不确定的发电资源，但是电网运行已经有了相当丰富的出力不确定性的经验，足以应对风电的不确定性，另外，风电接入系统的成本并不是很高，而且也不需要额外的备用，再加上风力预测工具的不断发展，风电接入系统已经具备了许多有利的条件，如果能扩大风电接入的规模（无论是容量规模还是地域规模），将提高风电在电力系统中的效率，使其发挥更大的作用。
参考文献：
[1]侯佑华,齐军,王小海,等.大规模风电场的建模及其在内蒙古电网安全稳定运行的研究[J].中国电机工程学报,2010,30(4):71-78.
[2]魏晓霞.我国大规模风电接入电网面临的挑战[J].中国能源,2010,32(2):19-21.
[3]郭健.大规模风电并入电网对电力系统的影响[J].新能源发电控制技术,2010,32(1):47-50.
[4]李文清,钟成.风电开发中存在的问题的探讨[J].浙江电力,2010,(1):51-53.
（责任编辑：刘辉）