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西班牙风电发展的经验与启示
发布时间:2022-11-24 22:03浏览次数:

西班牙风电发展的经验与启示

(研究单位:国网能源研究院)

西班牙是世界上风电发展最快的国家之一,近年来通过采取一系列协调有力的措施,在促进风电大规模发展的同时,保障了电网的安全稳定运行。我国目前正处于风电迅猛发展阶段,西班牙在风电发展方面的一些做法和经验对于促进我国风电与电网协调发展具有积极的借鉴意义。

一、西班牙风电发展及电力系统概况

西班牙电网属于欧洲同步电网(UCTE)的一部分,2009年全国发电装机9850万千瓦,发电量2669亿千瓦时,与法国、葡萄牙和摩洛哥通过6条400千伏输电线路互联。

西班牙拥有十分丰富的风能资源,据西班牙风能协会(AEE)最新统计,截至2009年底,该国风电装机容量达1826万千瓦,占总装机容量的18.5%。并网风电场已超过500个。2001~2009年,风电装机容量年均增长23.4%,占装机总量的比重提高了12.4个百分点(如图1所示)。

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图1 2001~2009年西班牙风电装机容量及所占比重

2009年,西班牙风力发电量为358亿千瓦时,占全国总发电量的12.5%,较2001年提高了9.6个百分点。2001~2009年,风力发电量年均增长23.2%(如图2所示)。2009年12月8日3时59分,瞬时风电出力达到全国电力负荷的53.7%;当日风力发电量高达2.52亿千瓦时,占当日全国电力消费量的44.9%;当月风电比例也高达22.7%,首次超过核电(19.5%)。

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图2 2001~2009年西班牙风力发电量及所占比重

西班牙电网公司(REE)研究表明,西班牙可接入电网的陆地风电装机容量上限为4100万千瓦。西班牙未来风电发展的重点是海上风电。

西班牙电网以400千伏和220千伏为骨干网架,已形成全国联网,并与法国等欧洲四国实现互联。截至2009年底,伊比利亚半岛输电线路回路长度为35074公里,其中400千伏线路18026公里,220千伏及以下线路17048公里,变电容量66259兆伏安。400千伏线路主要分布在北部、中部和东部,基本与大型风电场布局相适应(如图3所示,红线、绿线分别表示400千伏和220千伏输电线路)。西班牙目前主要通过5条400千伏输电线路(2个双回路、3个单回路)与法国和葡萄牙互联,另有若干220千伏联网线路、1条400千伏海底电缆与摩洛哥互联。

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图3 西班牙风电场分布与高压输电线路图

二、西班牙促进风电与电网协调发展的举措

为了促进风电规模化发展,保障电网安全稳定运行,近年来西班牙从风电规划、电源结构优化、电网建设、新技术应用、调度管理等方面采取了一系列措施,在风电比重不断提高的情况下,避免了重大电网事故的发生,电网可靠性保持在较高水平。

(一)采用风电溢价机制调动风电企业和电网企业的积极性

西班牙1997年实施的《电力法》规定,风电场上网电价可以在固定电价和溢价两种方式中选择其一,每年有一次选择权。固定电价方式:风电电价水平固定,为电力平均参考销售电价的90%,电网企业须按此价格水平收购风电,超过平均上网价格部分由国家补贴;溢价方式:风电企业需按照电力市场竞争规则与其他电力一样竞价上网,但政府额外为上网风电提供溢价(补贴电价),因此电价水平为“溢价+电力市场竞价”,风电溢价为平均参考销售电价的50%。西班牙鼓励风电场参与电力市场竞争,2005之后,由于全球能源价格的上涨,西班牙的电力销售电价和电力上网价格也持续上涨,90%以上的风电企业选择溢价方式。由于支付给风电和其他电力的上网电价相同,电网企业也不会因为风电大规模上网而承担额外的成本。

(二)严格落实风电发展规划

西班牙风电发展规划目标明确,且得到了严格执行。2005年,西班牙政府批准了《可再生能源规划》风力发电原理考试,确定2010年风电发展目标为装机容量2016万千瓦,发电量455亿千瓦时。按照2009年11月公布的风电投产计划表,2010~2013年每年新投产风电装机容量为170万千瓦。实际情况与规划目标非常接近。

(三)大力发展调峰性能良好、运行灵活的机组

风力发电的随机性和间歇性特点,决定了电力系统必须具备较好的调峰能力。为了适应风电装机规模和发电量不断提高的需要,西班牙近年来大力发展具有深度调峰能力的燃气机组、油气混合燃料机组,积极推动抽水蓄能机组建设。截至2009年底,具备良好调峰性能的装机达3497万千瓦,占总装机容量的35.5%,有效提升了电力系统的调峰能力。

西班牙电力系统备用容量大,发电装机容量与最大用电负荷之比一直处于较高水平,发电设备利用小时数相对偏低。2009年,西班牙总装机容量与最大用电负荷比值为2.2:1,在世界主要国家中是最高的。特别是在风电大规模发展和优先调度的情况下,其他常规机组配合风电出力,设备利用率明显下降。2001~2009年,西班牙发电设备平均利用小时数从4205小时下降至2915小时,减少了1290小时。其中,火电和核电的设备利用小时数总体呈显著下降趋势,而风力发电设备利用小时数保持在1900~2000小时(如图4所示)。

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图4 2001~2009年西班牙发电设备利用小时数

(四)建立风电功率预测考核机制,应用先进风力预测技术

风力发电受来风情况的影响很大,具备精确的风电功率预测能力,是电网接纳大规模风电的必要条件。西班牙电力法规定,风电场必须对其发电量做出预测,并上报电网公司。当预测与实际所发电力相差超过20%时,风电场要向电网公司缴纳罚款,相差越大则罚款数目也越大。在相关风电上网政策的推动下,西班牙在风资源短期预测、风机出力短期预测等领域开展了大量研究,加强历史数据积累,不断完善风电功率预测模型,预测精度明显提升。目前,已经能够将48小时内的预测误差控制在30%以内(平均误差不超过20%)、24小时内的预测误差控制在15%以内(平均误差不超过10%),在该领域处于世界领先地位。短期风电功率预测技术已在西班牙风电场和电力系统调度中心得到广泛应用,为大规模风电并网提供了有力支撑。

(五)制定严格的风电并网标准,促进风电技术进步

西班牙对风电入网不是无条件的宽松和支持,而是充分考虑电网稳定运行对风电的要求,研究制定了严格的风电并网技术标准并强制执行,促使风机制造企业提高技术能力,确保电网在风电大规模接入后保持安全稳定运行。西班牙的风电并网技术标准不仅要求新装风机采用新技术和新控制系统,同时要求风电场必须为老旧风机更换新的控制系统,以满足并网技术要求从而保证风电场继续获得收益。相关标准的施行,有效促进了风机制造企业的技术进步,尤其是显著提高了风机控制系统的技术水平,提高了电网对并网风机的管控能力。

(六)加强骨干网架建设和跨国联网,提高电网输送能力

西班牙风能资源主要集中在北部和南部的沿海区域,风电场也是以成片开发的大中规模电场为主,但其电力负荷区域主要集中在中部的马德里和东部的巴塞罗那地区,大量风电需要跨地区输送。近年来,西班牙在电网建设方面主要以400千伏骨干网架为主。2005~2009年,新增400千伏输电线路1180公里,占新增线路的69.6%,变电容量累计增长21.9%。按照规划,2010年和2016年西班牙风电装机将分别达到2000万千瓦和3000万千瓦,并网规模将进一步扩大。为此,西班牙计划继续加大高电压等级输电网的建设力度,2009~2013年五年内投资40亿欧元用于电网建设,并发布了2016年电网规划方案(如图5所示)。

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图5 2016年西班牙电网规划图

在加强国内电网建设的同时,西班牙还计划进一步加强与法国、葡萄牙等周边国家的联网建设。2008年,REE与法国电网公司(RTE)签署了合作协议,计划在2012年前新建一条西班牙与法国互联的400千伏同塔双回输电线路,最大输送功率为216万千瓦,以加强与欧洲大陆电网的联系,实现更大规模的风电送出和消纳。

(七)成立可再生能源电力控制中心,加强风电实时集中监控力度

为了实现最大程度吸纳风电的同时,确保电力系统的安全稳定运行,2006年6月REE成立了世界上第一个可再生能源电力控制中心(CECRE)。CECRE是国家电力调度控制中心(CECOEL)的下属运行部门,专门负责对全国可再生能源发电进行调度控制。西班牙法律要求风力发电公司必须成立实时控制中心,所有装机容量在1万千瓦以上的风电场的实时控制中心必须与CECRE直接互联。这些控制中心负责每12秒向CECRE上报有功功率、无功功率、电压、温度、风速等风电场运行数据,并根据CECRE的调度指令,调节风电出力,在15分钟内达到相关要求。为了维持系统稳定,在某些特定情况下,有权切除部分风电或要求风电场降出力运行,如2008年11月2日负荷很小从而不得不限制风电出力。CECRE的成立及成功运行,极大地提高了电网公司对风电的实时监控能力,有效降低了瞬时风电波动对电网的影响,确保了西班牙电网的安全运行。

三、启示

(一)对风电的接纳能力是由包括电源、电网、用户构成的整个电力系统的结构和特性决定的,电网是其中一个重要环节,电源结构和调峰能力是影响风电并网和消纳的关键因素。风电的大规模并网需要系统具备相应的调峰、调频能力风力发电原理考试,需要其他电源的配合和协调。西班牙电力系统后备电源充足,在风电快速发展过程中,大批燃气发电、水电等调峰性能良好、运行灵活的电源是支撑风电迅猛发展和保持电网安全稳定运行的重要基础。这些常规电源为风电提供了配合和支撑,同时也“牺牲”了设备利用率。

(二)制定合理的发展规划并严格遵照执行是风电产业健康发展的重要前提。西班牙在欧盟总体目标的框架下制定了本国风电中长期发展规划,明确了每年的装机增长量,并且严格按照规划落实建设项目和配套工程,保障了风电与电网的协调发展。

(三)加强骨干网架建设是促进风电大规模开发及消纳的重要保障。互联电网是风电大规模开发和远距离输送的物理载体。西班牙近年来加快400千伏骨干网架及跨国互联线路建设,实施大型风电场送出工程,促进了风电的跨区乃至跨国消纳。

(四)严格的并网标准和运行考核机制对保障电网安全稳定运行发挥了重要作用。西班牙通过制定并强制执行严格的并网标准,加强对风电场的运行监控和调度管理,建立风电功率预测考核机制,推动短期风电功率预测等新技术应用,有效保障了厂(场)网协调和电网安全。

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