破解风电迷思

　　图6显示了风能预测的巨大集群效应。如图所示，750公里以上范围的风电集群预测误差降低了50%。图中显示了误差率已经降至区域预测和单一风电场的标准误差(RMSE)之间，以上数据是基于对德国40个风电场所发电量的测量结果得到的。德国的一些其他研究显示，对于一个独立风电场的典型风能预测误差约为该风电场装机容量的10%～15%标准误差(RMSE)，而对未来一天某一区域的误差率降至6%～8%，对于整个德国的风能预测误差降至5%~7%。如标准误差(RMSE)法所测算的那样，综合应用不同的风能预测模型，也能提高最多20%的风能预测精度。
　　更重要的是，预测误差对于单个风电场的影响并不大。对于所有风电场的整体预测误差才会影响到发电和调度。
　　5、风电并网成本是不是很高？
　　当风电成为电源之一时，风电并网成本是除风电以外的电力系统设计和运行的额外成本。一般地，风电占比达到20%时，因风电所增加的平衡成本约为风电整体销售价的10%或更低。在不同的平衡区域（或电网覆盖区域）接入风电所产生的影响大不相同，这取决于区域规模、资源配置以及风电的地理分布情况等因素。
　　风电的变化并不与负荷的变化完全一致，这意味着现存系统变量能够摊配一定的风电变量，也意味着电力系统中这种新变量成分的介入，并不会恰巧导致总变量或极端变量的增大，因为与极端变量重合的几率微乎其微。总的变量取决于各变量平方和的平方根（而不是算术和），这表明用于平衡除风电外的净负荷变化的备用容量要低于单独用于平衡负荷变化与单独平衡风电变化的备用容量之和。
　　风电在较大的消纳区域内的并网运行成本要比在较小的区域更低。如果风电遍布整个区域，那么每台机组的波动降低而整体的预测能力会提高，这样就降低了并网的成本。可能需要更多的运行备用容量，但不一定非要增加新的发电厂。按照风电占比较高的国家和地区的经验（风电占整个电力需求的5%～20%），风电场建成后已有备用容量得到了更多的利用，而不需要新增备用。

　　6、风电需要新的输送通道吗？这样会增加风电成本吗？
　　历史上，美国在接入新电源时需要同步建设新的输送通道。1930、1940和1950年代的联邦水电开发都包括输电设施建设，设备都归联邦政府所有。1960和1970年代的大型核电站和火电厂建设，催生了洲际电网。同样，芬兰、瑞典和意大利也建造了输送水电的线路。在美国及世界其他地方发展风电，也同样涉及到建设新的输送通道问题，为满足不断增长的电力需求，保证电力的稳定可靠以及接入除风电以外的其他电源，输送通道建设势在必行。

　　图6 集群风电场的风能预测误差因空间平滑效应而减小

　　一些研究发现，尽管风电输送通道造价高昂，消费者仍然受益，原因在于风电取代其他发电方式能够降低发电成本。电网协调系统规划（JCSP），即美国东部电网公司关于输电和发电规划的概念性设计显示，假设2024年20%的电力来自风电，收益成本比率将从1.7降至1。另外，与电力生产成本（如燃料、运行和维护等）及开发电力所需的资本金相比，电力输送支出在消费者所有电力支出中的比重，已经微不足道。电网协调系统规划（JCSP）研究表明，增加的传输成本预计将占2024年全部能源销售额的2%。
　　7、风电需要备用电源吗？是否会因启动备用电源而消耗更多的化石能源？
　　在电力系统中，必须维持发电量和用电量之间的持续平衡。电网通过控制发电来遵循总需求量的变化，而不是遵循某一个发电机组变量或某一个客户负荷的变化。当风电接入电力系统中时，净负荷变化成为电网运营商的操作对象。电网针对某一个发电站的变量或某一个用户用电量的变化进行调整的成本相当巨大，事实上，也没有这个必要。在这种情况下，并不要求有专门针对风电场、其他发电厂或个体负荷变化的备用电源，否则将是对电力资源的误用和浪费。
　　至于风电的并网是否会导致更多化石燃料消耗的问题，可以这样理解，风力发出的1度电替代了通常由化石燃料发出的1度电，由此风电减少了化石燃料的消耗和污染物的排放。但是因风电变量而增加的备用容量（无论是热备用还是计划备用）本身也会消耗燃料和排放污染物，所以在替代效果上会小于理论值。但是需要多少的备用容量呢？迄今为止，大量的研究发现，风电所需的备用容量只占了全部风电容量的一小部分，且随风电的出力情况而变化。通常来讲，有些备用容量是热备用，有些是计划备用。调峰电厂在强制降功率运行时，会增加单位出力的燃料消耗和污染物排放量。
　　一个保守的例子可以用来说明风电管理规范对燃料消耗和排放所产生的影响。比较3种情况：（1）由化石燃料电厂生产一定量的电能；（2）由风电生产同样多的电能且不需要增加备用；（3）由风电生产同样多的电能且需要增加备用。假设第一种情况和第三种情况中有关化石燃料的平均利用率没有发生任何变化。从严格意义上讲，这并不十分精确，而是需要进行复杂的模拟实验才能定量地说明这一问题。事实上，对此已进行过一些研究，验证了这个简单的例子所得出的结论。
　　在第一种情况下，消耗了一定量的化石燃料；在第二种情况下，节省了这些燃料，并避免了由此产生的排放；在第三种情况下，假设需要3%的化石燃料电源作为备用（热备用），并假设其有25%的效率损失，那么备用电源所耗燃料则相当于第一种情况中所用燃料的4%。因此，相对于第一种情况，第三种情况实际上减少了96%的燃料消耗和污染物排放，而不是100%。但是，最初预估的燃料节约量总体上是正确的，认为风电的变动性实际上会增加系统中燃料消耗的观点是站不住脚的。
　　英国能源研究中心的研究证明了上述例子的正确性。该中心综合了四项研究结果，这四项研究都直接论述了由于增加运行备用以及化石燃料机组降功率运行，风电的接入是否会造成二氧化碳排放量增加这一问题。该中心认为，在风力发电占比为20%的情况下，因风电并网造成的“效率损失”仅为7%，几乎可以忽略不计。