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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。
8、风电需要储存吗?
“风不会一直刮”这一事实经常被用作论据,来说明为应对风电的间歇性,需要储能。然而,持这一观点的人忽视了电网运行特性和风电在广阔的、多样化的空间范围内的运行表现。一直以来,其他所有的变量(如系统负荷变化、发电稳定性、调度变化、电网布局变化)都可以进行系统化处理。这是因为在进行系统平衡之前将电力汇集起来,需求的多样性降低了成本。储电技术几乎不会用于某单一电源,对其最经济的利用方式是使其为整个系统的经济性服务。储电会对电网产生有益的影响,但是这必须同其成本进行衡量。(截至本文撰写时)美国运行的风电超过2600万千瓦,欧洲地区超过6500万千瓦,并未因平衡风电而增设储能设备。即使没有风电,储能对系统也是有价值的,这就是为什么在数十年之前,风能和太阳能发电技术尚未被广泛认可时,美国就建设了大约2000万千瓦、全球建设了1亿千瓦的抽水蓄能电站。风电的接入能够使电网中的储能系统价值得到整体提升,但储能系统对电网的作用并未改变──先是储存能量,然后再根据电网需求变化而非只针对风电变化释放能量。
图7 现有电源构成情况下的储能价值
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