一、分散式風(fēng)力發(fā)電技術(shù)

1.分散式風(fēng)力發(fā)電的定義

分散式接入風(fēng)電項目是指位于用電負荷中心附近，不以大規(guī)模遠距離輸送電力為目的，所產(chǎn)生的電力就近接入電網(wǎng)，并在當?shù)叵{的風(fēng)電項目。分散式接入風(fēng)電項目應(yīng)具備以下幾個條件：

a.應(yīng)充分利用電網(wǎng)現(xiàn)有的變電站和線路，原則上不新建高壓送出線路和110kV、66kV變電站，并盡可能不新建其他電壓等級的輸變電設(shè)施;

b.接入當?shù)仉娏ο到y(tǒng)110kV或66kV降壓變壓器及以下電壓等級的配電變壓器;

c.在一個電網(wǎng)接入點接入的風(fēng)電裝機容量上限以不影響電網(wǎng)安全運行為前提合理確定，統(tǒng)籌考慮各電壓等級的接入總?cè)萘?，并鼓勵多點接入;

d.除示范項目外，單個項目總裝機容量不超過50MW。

2.分散式風(fēng)力發(fā)電的優(yōu)點

分散式風(fēng)力發(fā)電最明顯的優(yōu)點就是不用像大規(guī)模風(fēng)電場一樣新建高電壓、遠距離輸電線路，由于其容量小，本地消納的壓力要小得多，還有如下幾方面的優(yōu)點。

a.對電力用戶：①提高了電力供應(yīng)的可靠性;②在電力用戶附近，恰當?shù)牡攸c安裝合適的風(fēng)電機組，更加充分地利用了風(fēng)能資源，不用新建長距離輸電線路，進而大幅度減小了線路的損耗，提高了能量轉(zhuǎn)換的效率;③依靠先進的電力電子設(shè)備進行有效地控制，滿足了電力用戶對電能質(zhì)量的要求;④為我國輸電線路、配電設(shè)施延伸不到的偏遠地區(qū)，提供電力供應(yīng);⑤為電力用戶使用電力提供多種選擇的途徑。

b.對風(fēng)電開發(fā)商：①因為分散式風(fēng)力發(fā)電選址靈活、體積小、投資小、建設(shè)周期短，風(fēng)電開發(fā)商能夠?qū)ν顿Y形式進行有效評估，從而可以減小投資的風(fēng)險;②以相對低的資金成本進入競爭的電力市場;③由于分散式風(fēng)力發(fā)電屬于可再生能源，可以享受可再生能源的一些優(yōu)惠政策;④建在電力用戶附近，一定程度地節(jié)約了輸電線路和設(shè)備的資金花費;⑤緊密配合負荷增長，擴建周期短，避免了無謂的資金花費。

c.對電網(wǎng)公司：①風(fēng)電機組就地安裝，靠近電力用戶，節(jié)省了遠距離傳輸?shù)妮旊娋€路和配電系統(tǒng)的投資;②在沒有輸配電網(wǎng)絡(luò)的偏遠地區(qū)，電網(wǎng)公司架設(shè)輸電線路和配電設(shè)施的成本極高，所以分散式風(fēng)力發(fā)電為電網(wǎng)公司緩解了壓力;③分散式風(fēng)力發(fā)電亦可以作為今后應(yīng)對電網(wǎng)大面積停電的一種重要措施。通過設(shè)置和調(diào)節(jié)應(yīng)用于分散式風(fēng)力發(fā)電的風(fēng)機可以具有容易自啟動、恢復(fù)速度快等特點，當電力系統(tǒng)發(fā)生大面積停電事故后，這些發(fā)電機可作為電網(wǎng)“黑啟動”的電源，減少停電造成的損失，因此，分散式風(fēng)電是大電網(wǎng)的有益補充。

d.對社會大眾的好處：①緩解了日益緊張的化石能源的壓力，削減了溫室氣體的排放，既滿足了人們持續(xù)增長的電力需求，又響應(yīng)了環(huán)境保護的號召;②需要專業(yè)人才，可以一定程度地緩解就業(yè)壓力;③亦可以是分布式發(fā)電或微網(wǎng)的一部分，在發(fā)展過程中可以與其他能源發(fā)電項目有效結(jié)合，進一步提高供電的可靠性;④對電能供應(yīng)的可靠性和電能質(zhì)量有更高要求，所以促進了我國風(fēng)機產(chǎn)業(yè)的發(fā)展和技術(shù)升級，進一步提高了整個國家的勞動生產(chǎn)率。

二、國外分散式風(fēng)電得以發(fā)展的主要因素

根據(jù)中國可再生能源學(xué)會風(fēng)能專業(yè)委員會統(tǒng)計數(shù)據(jù)，2016年，全國新增裝機容量2337萬kW，同比下降24%;截止2016年末，全國累計裝機容量達到169億kW。已經(jīng)超越了美國，居世界首位，成為全球風(fēng)電規(guī)模最大、發(fā)展最快的電網(wǎng)。

可見，我國風(fēng)電在規(guī)模化發(fā)展取得了突出的成績，但在分散式風(fēng)力發(fā)電方面相比美國、德國、西班牙、丹麥等分散式風(fēng)力發(fā)電激勵政策相對完善的國家，我國還處于起步階段，所以我們應(yīng)該對以上國家的激勵政策進行深入研讀，以促進我國的分散式風(fēng)力發(fā)電快速發(fā)展。

分散式風(fēng)力發(fā)電項目在美國、德國、西班牙和丹麥這些國家得以快速發(fā)展，有其各自的特點，亦有其共性，對其共性進行總結(jié)主要包括以下幾方面。

a.在這些國家分散式風(fēng)力發(fā)電項目都得到社會各界的大力支持，特別是地方政府降低門檻，允許個人投資建設(shè)分散式風(fēng)力發(fā)電項目，全民辦風(fēng)電的隊伍進一步擴大，這將是分散式風(fēng)電項目的主力軍。

b.分散式風(fēng)力發(fā)電項目的開發(fā)流程簡單，從風(fēng)電項目的評估到商業(yè)運行的周期較短。

c.分散式風(fēng)力發(fā)電項目的規(guī)模多樣，從50kW的小型家用風(fēng)機到兆瓦級的大型并網(wǎng)型風(fēng)機，以固定電價來滿足政府、商業(yè)、工業(yè)、居民等不同種類用戶的電力需求。

d.分散式風(fēng)力發(fā)電項目入網(wǎng)門檻低，可直接通過當?shù)嘏渚W(wǎng)實現(xiàn)電網(wǎng)接入。

e.國家制訂了鼓勵開發(fā)分散式風(fēng)力發(fā)電項目的一系列政策和措施。

f.風(fēng)機制造商致力于新型風(fēng)機的研發(fā)，應(yīng)用于分散式風(fēng)力發(fā)電的風(fēng)電機組技術(shù)相對成熟。

g.金融機構(gòu)、能源供給企業(yè)以及政府都能為分散式風(fēng)電項目的建設(shè)提供資金支持。

三、我國分散式風(fēng)電發(fā)展存在的技術(shù)問題

a.風(fēng)能資源評估與選址技術(shù)

對于分散式風(fēng)電項目的開發(fā)，風(fēng)資源評估具有舉足輕重的意義，因此怎樣高效判斷特定區(qū)域的風(fēng)資源狀況是非常重要的工作，其中最為關(guān)鍵的環(huán)節(jié)就是計算資源概率密度分布，并且將計算結(jié)果作為關(guān)鍵的指標，以此作為依據(jù)來分析并衡量此區(qū)域的風(fēng)資源特點及現(xiàn)狀。

美國以及西班牙等國家已經(jīng)廣泛開展了風(fēng)資源評估工作，所涉及到的衡量指標也眾多，主要有季風(fēng)圖以及額定誤差值等，得到的相關(guān)數(shù)據(jù)結(jié)果極其細致且精確。此外，風(fēng)資源評估運用的手段及技術(shù)也相對比較完善，充分考慮了基地條件以及電力系統(tǒng)條件等，為相關(guān)項目開發(fā)提供了全面系統(tǒng)的數(shù)據(jù)。但是我國在風(fēng)資源評估方面卻仍然有待加強。

風(fēng)機容量和配置都會直接影響電網(wǎng)的穩(wěn)定性，并且還會對電力系統(tǒng)短路電流以及電壓分布造成一定程度的影響。通過選擇適宜的安裝位置能夠有效降低電力系統(tǒng)的損害，同時提升整個系統(tǒng)的負荷率。假若安裝位置不科學(xué)，也必然會帶來不利的影響，使得配電網(wǎng)的可靠性大大降低。

在選址手段方面，我國和國外還存在明顯差距，風(fēng)資源評估的精準度很大程度上影響了分散式風(fēng)電基地的科學(xué)性。需要注意的是，由于風(fēng)資源評估是存在區(qū)別的，當前國內(nèi)并未形成全面系統(tǒng)的評估體系，自然也無法很真實地判斷分散式風(fēng)電基地的狀況，造成評估結(jié)果存在一定的誤差。一般是通過氣象臺的相關(guān)統(tǒng)計數(shù)據(jù)來衡量風(fēng)資源，然而數(shù)據(jù)無法準確反映出本地區(qū)的風(fēng)資源現(xiàn)狀，僅僅是發(fā)揮參考的作用。因此，現(xiàn)階段國內(nèi)在分散式風(fēng)電場的選址方面仍然有待加強，應(yīng)采取有效措施，有效提升風(fēng)資源評估能力。

b.風(fēng)功率預(yù)測技術(shù)與電力調(diào)度

目前，國外開發(fā)的風(fēng)功率預(yù)測系統(tǒng)很多，如丹麥Ris國家實驗室的Prediktor預(yù)測系統(tǒng)、德國的AWPT預(yù)測系統(tǒng)以及西班牙的LocalPred預(yù)測系統(tǒng)等。這些預(yù)測系統(tǒng)均是根據(jù)氣象部門提供風(fēng)向和風(fēng)速等數(shù)據(jù)進行風(fēng)功率預(yù)測的。丹麥Ris國家實驗室的Precliktor預(yù)測系統(tǒng)，就是利用HIRLAM提供風(fēng)電場所屬位置的風(fēng)速情況，綜合考慮風(fēng)電場附近障礙物、粗糙度變化等因素后用WASP進行精度更高的風(fēng)速預(yù)測，然后由發(fā)電量計算模塊RisPark根據(jù)預(yù)測的風(fēng)速計算出該風(fēng)電場的風(fēng)電預(yù)測功率。西班牙的LocalPred預(yù)測系統(tǒng)采用了高分辨率中尺度氣象模式MM5(或NWP模式)的氣象數(shù)據(jù)，通過統(tǒng)計模塊(MOS)對預(yù)測風(fēng)速進行訂正，最后利用歷史氣象數(shù)據(jù)建立起來的功率輸出模型進行風(fēng)功率預(yù)測。

目前，我國的風(fēng)電功率預(yù)測主要是利用氣象數(shù)據(jù)的風(fēng)速預(yù)測和統(tǒng)計方法，預(yù)測技術(shù)比較局限，預(yù)測精度也不甚理想。文獻介紹了一種利用時間序列法的短期風(fēng)速預(yù)測技術(shù)，但并沒有給出風(fēng)電場輸出功率的預(yù)測。而文獻則主要是利用了時間序列法和神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)法進行風(fēng)功率預(yù)測，能夠?qū)崿F(xiàn)提前一個觀測時間段的風(fēng)速以及風(fēng)功率預(yù)測。文獻基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法和時間序列法兩種方法對風(fēng)速預(yù)測進行了深入的研究，文章中的時序神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型其實質(zhì)還是以時間序列為基礎(chǔ)，此方法不適用于較長時間的預(yù)測。所以我國的風(fēng)功率預(yù)測的技術(shù)水平遠遠落后于美國、歐洲。

只有保證電力系統(tǒng)運行發(fā)用電的實時平衡，才能實現(xiàn)系統(tǒng)的安全與穩(wěn)定。風(fēng)電場并網(wǎng)后，由于目前的預(yù)測技術(shù)無法完全預(yù)測風(fēng)電出力的波動，存在一定的誤差。所以為了調(diào)峰，調(diào)度機構(gòu)就必須為波動的風(fēng)電留出相當?shù)膫溆萌萘浚@樣就給電力調(diào)度機構(gòu)帶來了麻煩。隨著電力系統(tǒng)中風(fēng)電的比重日益增大，提高風(fēng)功率預(yù)測能力，將是減少系統(tǒng)備用容量，減輕電力調(diào)度的最有效的途徑。也是分散式風(fēng)電大規(guī)模發(fā)展的必要條件之一。

c.分散式風(fēng)電的無功優(yōu)化技術(shù)

近些年，我國在風(fēng)電場無功優(yōu)化算法的研究方面也取得了一定的成果，無功優(yōu)化算法主要是人工智能方法和數(shù)學(xué)規(guī)劃方法。因為無功優(yōu)化技術(shù)的非線性和復(fù)雜性，想要實現(xiàn)實時控制是非常不容易的，所以目前還沒有比較理想的解決措施。負荷是影響傳統(tǒng)配電網(wǎng)中無功優(yōu)化效果最主要的不確定因素，配網(wǎng)中風(fēng)電出力的波動性亦是一個影響較大的不確定因素。所以，無功優(yōu)化方案和模型中要綜合考慮風(fēng)電出力波動性和負荷的變化等這些不確定因素的影響。為了考慮負荷變化的影響，傳統(tǒng)的無功優(yōu)化算法一般是假定一定時間內(nèi)的負荷是固定不變的，然后把負荷預(yù)測的曲線分解成多個時段，用動態(tài)優(yōu)化方法進行求解。而風(fēng)電出力的波動比負荷的變化更加頻繁，而目前的風(fēng)功率預(yù)測技術(shù)和精度還不甚理想，所以采用動態(tài)無功補償?shù)姆椒▉砥揭诛L(fēng)速的波動比較困難。

d.發(fā)展模式及電網(wǎng)接納能力

與西班牙、丹麥、德國等歐洲國家相比，我國風(fēng)電的發(fā)展模式具有大規(guī)模集中開發(fā)、高電壓等級遠距離輸送等特點。千萬kW風(fēng)電基地以高電壓等級的輸電線路集中送出。規(guī)模稍小(10萬kW以內(nèi))的風(fēng)電場則以110kV(或220kV)電壓等級接入本地區(qū)電網(wǎng)，幾乎沒有直接接入35kV及以下配電網(wǎng)的，這與歐洲國家風(fēng)電場多接入配電網(wǎng)的模式有很大差別，所以分散式風(fēng)電在我國現(xiàn)在的并網(wǎng)方式下要發(fā)展還需要相當長的時間。

歐洲有些國家風(fēng)電的發(fā)展模式由陸地小規(guī)模開發(fā)轉(zhuǎn)向海上規(guī)?；l(fā)展。因為這些國家內(nèi)陸的分散式風(fēng)電已經(jīng)將近飽和，不得不向遠離負荷中心的近海地區(qū)轉(zhuǎn)移。根據(jù)德國風(fēng)能協(xié)會(BWE)預(yù)計，2020年德國在波羅的海和北海等海上區(qū)域規(guī)劃的風(fēng)電裝機容量將達到1000萬kW，這些風(fēng)電將利用直流輸電線路送至南部地區(qū)的負荷中心。西班牙北部和南部沿海地區(qū)的風(fēng)資源是未來幾年的主要開發(fā)方向，風(fēng)電場以規(guī)模化開發(fā)為主，但東部的巴塞羅那和中部的馬德里是主要的負荷中心，絕大部分風(fēng)電需要跨區(qū)輸送。所以我國的由大規(guī)模向分散式的發(fā)展模式和思路，剛好與歐洲一些國家相反。發(fā)展的經(jīng)驗亦可以相互借鑒。

近些年我國風(fēng)電的規(guī)模化開發(fā)，就地消納存在困難時，輸送容量不足的問題已逐步顯現(xiàn)，需要逐步建設(shè)區(qū)域間輸送網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)風(fēng)電跨區(qū)消納。而且不僅是我國，世界各國均是如此，如德國北海岸地區(qū)風(fēng)能資源豐富，而南部地區(qū)是負荷中心，所以存在風(fēng)電無法就地消納的問題。目前，由于德國南北電網(wǎng)聯(lián)絡(luò)線的限制，北電無法南送，導(dǎo)致北部地區(qū)的風(fēng)電場在部分時段會按照調(diào)度命令關(guān)停掉部分風(fēng)電機組。德國2015年的風(fēng)電發(fā)展規(guī)劃目標是裝機容量達36000MW，新建850km、改造更新400km的380kV線路，增加輸電線路長度約5%。南北走向的輸電走廊可以充分利用南部負荷中心來消納北部富余的風(fēng)電。所以我國要發(fā)展大規(guī)模分散式風(fēng)電需要加強網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，增加輸電線路，以滿足部分地區(qū)消納能力不足的問題。

e.風(fēng)電上網(wǎng)電價與相關(guān)政策

目前，風(fēng)電發(fā)展較早的國家針對風(fēng)電的電價政策主要包括固定電價政策、電價補貼政策以及綠色能源許可證政策。德國實行固定電價政策;丹麥則是電價補貼政策;而西班牙采用固定電價和電價補貼兩種選擇，風(fēng)電企業(yè)可以任意選擇，但其設(shè)定的電價使得固定電價的收益期望小于電價補貼，所以可以用此來引導(dǎo)風(fēng)電企業(yè)，因此目前絕大部分的風(fēng)電企業(yè)選擇了電價補貼。

針對風(fēng)電，目前我國實行的是標桿上網(wǎng)電價的政策。國家發(fā)展改革委2009年發(fā)布的《關(guān)于完善風(fēng)力發(fā)電上網(wǎng)電價政策的通知》中將我國的風(fēng)能資源區(qū)分為4類，對應(yīng)的風(fēng)電標桿電價分別為每kWh 0.51元、0.54元、0.58元和0.61元。繼續(xù)實行風(fēng)電費用分攤制度，通過全國征收的可再生能源電價附加費來分攤風(fēng)電上網(wǎng)電價高出當?shù)厝济簷C組標桿上網(wǎng)電價的部分。所以目前我國風(fēng)電的電價政策與歐洲國家固定電價的政策是一致的，無需面對遠期市場價格波動的風(fēng)險，全額保障性收購風(fēng)電;風(fēng)電出力的波動所帶來的平衡和調(diào)峰問題均由電網(wǎng)公司負責(zé)，而其成本最終由用戶分攤。

固定的風(fēng)電標桿上網(wǎng)電價，可以保障風(fēng)電場的利益，但風(fēng)電場無法針對市場價格信號做出反應(yīng)，沒有主觀靈活性，使得反調(diào)峰作用明顯。所以這種電價政策無法正確引導(dǎo)風(fēng)電的市場行為。

因為風(fēng)電的反調(diào)峰作用明顯，所以可以針對風(fēng)電實行峰谷標桿上網(wǎng)電價，用市場價格信號來引導(dǎo)風(fēng)電參與系統(tǒng)調(diào)峰。例如凌晨風(fēng)資源較好，正是負荷較低時刻。若此時電力市場的電價較低，風(fēng)電場完全可以合理“棄風(fēng)”，從而引導(dǎo)風(fēng)電參與調(diào)峰。

四、結(jié)論

本文介紹了分散式風(fēng)力發(fā)電技術(shù)和優(yōu)點，對美國、德國、西班牙、丹麥等國分散式風(fēng)電得以迅速發(fā)展進行了深入的分析，在此基礎(chǔ)上，對我國分散式風(fēng)電發(fā)展存在的技術(shù)問題進行了總結(jié)，我國分散式風(fēng)電發(fā)展還需要解決以下幾個問題。

a.提高風(fēng)能資源評估能力，進而提高分散式風(fēng)電場選址的合理性和準確性。

b.提高風(fēng)電功率預(yù)測技術(shù)，進而減輕電力調(diào)度的壓力。

c.提高分散式風(fēng)電場無功優(yōu)化能力，以減少對電網(wǎng)的負面影響。

d.加快轉(zhuǎn)變我國由“集中開發(fā)”向“分散接入”的發(fā)展思路，進一步促進我國分散式風(fēng)電的快速發(fā)展。

e.針對分散式風(fēng)電制定更加合理的價格政策，如實行針對風(fēng)電的峰谷標桿上網(wǎng)電價，以市場價格信號引導(dǎo)風(fēng)電場參與調(diào)峰。