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风电发展影响因素及节能减排效益分析
摘要:从风电功率预测、低电压穿越能力以及我国的电价政策3方面分析了影响风电发展的因素，指出现阶段由于风电功率预测难、风电机组低电压穿越能力不足限制了风电的发展，而我国现阶段实行的风电标杆上网电价极大地促进了我国风电的发展。还研究了风电的经济效益和环境效益，结果表明:从长远来发展来说，风电场的经济效益与环境效益都将优于传统火力发电，随着风力发电技术的成熟与发电规模的日益壮大，风电对火电置换的节能减排效益将日益显著。
关键词:风电;影响因素;经济效益;环境效益
我国自然资源总量丰富，排世界第7位，能源资源量约为4万亿占世界总人口的22%，已探明煤炭储量仅占世界储量的11%，人均常规能源资源占有量为135t标准煤，仅为世界平均水平264t标准煤的1/2。人均能源资源占有量相对不足，成为制约我国社会经济可持续发展的一个因素。节能减排被提上政治日程，《“十二五”节能减排综合性工作方案》中明确了“十二五”期间万元GDP能耗比2010年下降16%的目标，节能减排工作刻不容缓。
风能作为一种清洁的可再生能源，已经日益引起世界各国的注意，风电已经成为清洁能源中最具竞争力、最具发展潜力的能源[2]，我国陆地上可开发利用的风能资源约为6~10亿kW，如果充分利用这些风能资源的话，风能将越发彰显其在节能减排上的贡献。中国风电产业的发展走过了20多年的历程，其技术已相对成熟，自2003年起，风电场建设进入规模化及国产化阶段，装机容量增长迅速，特别是2006年开始，连续四年装机容量翻番，到2010年，中国累计风电装机容量实现了对美国的超越，成为全球风电装机容量最多的国家，累计装机容量达44.73GW。
1风电发展因素
1.1风电功率预测
风力发电能量转换过程为:风能转换成机械能，然后机械能转换成电能。当风速小于切入风速，有功功率为零;当风速大于切入风速，风电机组投入运行，有功功率随着风速增大而增加;当风速达到额定风速，有功功率达到最大值;当风速超过额定风速风电机组通过变桨距保持有功功率恒定为最大值;当风速超过切出风速风电机组将停机。
风电机组发出的有功功率与风速满足关系式(1)

式中,P为风电机组的有功出力;CP为风能转换效率;ρ为风轮轮毅高度处的空气密度;A为风轮扫风面积;vin,vN,vout为风电机组的切人、额定和切出风速;PN为风电机组额定功率。
从式(1)可知，风电机组发出的有功功率主要取决于风速的大小，因此风电机组发出的有功功率波动比较大。由于风电出力不可控，风电并网对电能质量和电网调度均产生不利影响:风电对电能质量的影响最主要的是电压波动、闪变以及谐波问题;风电的随机性和间歇性导致电力电量平衡和调度安排非常困难，随着风电场容量的增加，这些问题将越来越突出，在风电功率无法预测时，电网必须按比较保守的方案为风电留出足够的备用容量以平衡风功率的波动，如果风电功率考虑过高可能造成全网备用不足，如果考虑过低又可能增加其他常规火电机组深度调峰容量，甚至导致火电机组被迫启停调峰，从而带来火电机组煤耗指标的大幅度上升。
为了保障电力系统安全可靠运行，国家能源局发布《风电场功率预测预报管理暂行条例》，条例中要求:到2012年1月1日，国内所有已并网运行的风电场必须建立风电功率预测系统，以保证风电场对电网的安全运行，不达要求的将不予并网。《风电场功率预测预报管理暂行条例》必将促进风电健康有序发展。
国外风电功率预报研究工作起步较早，比较有代表性的方法主要有:丹麦国家实验室的Prediktor预报系统、西班牙的LocalPred预报系统和德国的Previent。预报系统等。其主体思想均是利用数值天预报提供风机轮毅高度的风速、风向等预报信息，然后利用风电功率预报模块提供风电功率预报。目前国内风电功率预报较为流行的方法有中国气象局开展的数值预报与统计预报相结合的方法，中国电力科学院开展的基于神经元网络的预报方法等。
1.2风电机组低电压穿越能力
当电网发生故障导致电压降低时，为了保护风电机组，风电机组自动从电网中解列。一方面，将导致电网损失大量负荷;另一方面，由于很多的扰动和故障是瞬时的，当扰动后风电机组又再次投人运行时，随着风电机组单机容量的增大和风电场规模的增大，这个投切的过程对电网的冲击很大。根据国家电监会2011年12月2日发布的《风电安全监管报告》,2010年，全国共发生80起风电机组脱网事故，其中，一次损失风电出力1050万kW的脱网事故14起，一次损失风电出力50万kW以上的脱网事故1起。
为了保障电网的安全稳定运行，风电机组必须具备低电压穿越能力，风电机组的低电压穿越能力是指风电机组组在端电压降低到一定值的情况下不脱离电网而继续运行，甚至还可为系统提供一定无功支持以帮助系统恢复电压。德国、丹麦等国家都对风电机组的