9、目前電力系統(tǒng)是否還具備靈活性？
為適應(yīng)日負(fù)荷變化周期，傳統(tǒng)電源結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)時(shí)就考慮到了系統(tǒng)的靈活性，設(shè)計(jì)了調(diào)峰機(jī)組，只有基本負(fù)荷機(jī)組才會(huì)連續(xù)運(yùn)行，這樣，在很多平衡區(qū)域內(nèi)，日負(fù)荷變化周期特性就促使常規(guī)發(fā)電系統(tǒng)形成了很好的機(jī)動(dòng)能力。圖9是一個(gè)電力系統(tǒng)的示意圖。
圖9 現(xiàn)有發(fā)電形式需要根據(jù)需求來(lái)保證日負(fù)荷循環(huán)（CT-燃?xì)廨啓C(jī)組；CC-復(fù)合循環(huán)發(fā)電）
目前常規(guī)發(fā)電系統(tǒng)的機(jī)動(dòng)操控性能一般都高于實(shí)際的日負(fù)荷變化需求。圖10是針對(duì)三個(gè)不同供電區(qū)域內(nèi)冗余熱發(fā)電系統(tǒng)聯(lián)機(jī)調(diào)節(jié)能力的分析。
次小時(shí)（低于1小時(shí)）需求側(cè)管理和此小時(shí)發(fā)電調(diào)度為常規(guī)發(fā)電機(jī)組實(shí)現(xiàn)機(jī)動(dòng)性能提供了便利。在某些區(qū)域，只允許按照以小時(shí)為單位進(jìn)行調(diào)節(jié)，不能充分發(fā)揮現(xiàn)有的彈性，但并不是因?yàn)榘l(fā)電機(jī)組不具備這樣的性能，而是當(dāng)?shù)氐氖袌?chǎng)規(guī)則決定的。例如，美國(guó)的“大區(qū)域輸電管理”系統(tǒng)（RTOs）已經(jīng)根據(jù)次小時(shí)市場(chǎng)需求成功運(yùn)行了多年。風(fēng)電的集群化進(jìn)一步降低了大規(guī)模風(fēng)電的波動(dòng)性，凈負(fù)荷強(qiáng)化了非線性波動(dòng)，而調(diào)節(jié)性能則有線性提高。
新型常規(guī)發(fā)電技術(shù)的應(yīng)用也將起到積極的作用。新型燃?xì)廨啓C(jī)組和新型的往復(fù)式（活塞式）發(fā)電機(jī)比老式燃?xì)廨啓C(jī)組具有更高效率、更寬泛的運(yùn)行范圍、更低的最小負(fù)荷、更快速的調(diào)節(jié)能力以及幾乎零開機(jī)成本等優(yōu)點(diǎn)，安裝這些新型機(jī)組能夠提高常規(guī)發(fā)電系統(tǒng)的反應(yīng)能力。
臨近系統(tǒng)之間的互聯(lián)，進(jìn)行跨區(qū)域電力調(diào)度也可以提高系統(tǒng)的靈活性。在歐洲，能夠在整個(gè)北歐電網(wǎng)內(nèi)進(jìn)行發(fā)電側(cè)與需求側(cè)的協(xié)調(diào)。如果芬蘭和丹麥之間跨越瑞典存在輸送通道且經(jīng)濟(jì)性最好的話，那么位于芬蘭的水電站就能夠在互聯(lián)系統(tǒng)中對(duì)遠(yuǎn)在1400公里之外的丹麥電網(wǎng)做出反應(yīng)。
需求側(cè)的響應(yīng)也增加了系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)方的靈活空間。智能電網(wǎng)能夠提供對(duì)負(fù)荷進(jìn)行實(shí)時(shí)響應(yīng)的解決方案?；旌蟿?dòng)力電動(dòng)汽車?yán)枚嘤嗟娘L(fēng)電在夜間充電，可以提高夜間最低負(fù)荷，并像系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)方希望的那樣，對(duì)風(fēng)電凈負(fù)荷較大變化進(jìn)行快速而準(zhǔn)確的反應(yīng)。
10、風(fēng)電的容量悉數(shù)較低，能與火電或核電媲美嗎？
從經(jīng)濟(jì)性角度比較不同電源方式時(shí)，有兩個(gè)主要的問(wèn)題：（1）生產(chǎn)一定電力需要在發(fā)電設(shè)備上投入多少資本？（2）生產(chǎn)這些電力需要多少運(yùn)行成本？因?yàn)橘Y本投入會(huì)逐步分?jǐn)偟诫娏Ξa(chǎn)出上去，所以關(guān)于第一個(gè)問(wèn)題，當(dāng)發(fā)電廠投入成本C時(shí)，產(chǎn)生的電力為E，而如果投入為2C，產(chǎn)生的電力即為2E。
按目前估算，新的火電廠成本大約為3000～4000美元/千瓦，對(duì)于核電站來(lái)說(shuō)，由于過(guò)去20年中建設(shè)的核電站很少，比較難估計(jì)，其成本大約是4000～8000美元/千瓦。目前風(fēng)電場(chǎng)的成本約為2000～2500美元/千瓦。而火電廠和核電站通常有較高的容量系數(shù)，同等裝機(jī)容量下，風(fēng)電年發(fā)電量要比火電或核電少。在風(fēng)能資源豐富地區(qū)，風(fēng)電的容量系數(shù)是35%～45%，而火電和核電能達(dá)到60%～90%。
圖10 3個(gè)供電區(qū)域內(nèi)的熱發(fā)電系統(tǒng)都具有冗余的負(fù)荷跟蹤能力
圖11 風(fēng)電及躉售電價(jià)的歷史價(jià)格（來(lái)源：美國(guó)能源部《美國(guó)風(fēng)能市場(chǎng)2008年報(bào)》）
從單位電力投資成本來(lái)看，造價(jià)為2500美元/千瓦、利用率為40%的風(fēng)電場(chǎng)，造價(jià)為3750美元/千瓦、利用率為60%的火電廠，造價(jià)為5000美元/千瓦、利用率為80%的核電站，在單位投資成本方面是相同的。當(dāng)然，后期的運(yùn)行成本，尤其是燃料和維護(hù)成本，是不同的。但是煤電和核電燃料成本很低，而風(fēng)電不需要燃料。所以三種發(fā)電方式的運(yùn)行成本都只占其投資成本的一小部分。
在躉售電價(jià)方面，風(fēng)能也顯示出了優(yōu)勢(shì)。圖11中，帶狀圖形表示2003年到2008年平均躉售電價(jià)的最高和最低價(jià)格。紅點(diǎn)表示1998年到2008年每年（在運(yùn)行天數(shù)中的）風(fēng)電容量加權(quán)后的平均電價(jià)。對(duì)圖中的各項(xiàng)目數(shù)據(jù)進(jìn)行累計(jì)發(fā)現(xiàn)，風(fēng)電的平均電價(jià)與最低躉售電價(jià)相當(dāng)或者更低。
電廠容量系數(shù)也反映了不同發(fā)電技術(shù)的性能。不同發(fā)電機(jī)的容量系數(shù)不同，這取決于發(fā)電機(jī)是否用作基本負(fù)荷、循環(huán)或調(diào)峰電源 。比如，核電和煤電機(jī)組主要是具有高容量系數(shù)的基本負(fù)荷設(shè)備，風(fēng)電和水電更加靈活，有風(fēng)的時(shí)候就可以發(fā)電，水電則被安排為電網(wǎng)提供最大發(fā)電量（在可能的情況下）。
容量系數(shù)較小的發(fā)電技術(shù)（如復(fù)合循環(huán)機(jī)組、燃?xì)廨啓C(jī)組、燃油和燃?xì)庹羝仩t），起著調(diào)峰和負(fù)荷跟蹤電源的作用，也可用作容量電源。單個(gè)電廠的容量系數(shù)也受到環(huán)境因素的限制，比如對(duì)空氣質(zhì)量的要求會(huì)限制化石燃料調(diào)峰機(jī)組的工作小時(shí)數(shù)。
此外，市場(chǎng)因素也會(huì)使電廠的容量系數(shù)下降。比如，高昂的天然氣價(jià)格使燃?xì)獍l(fā)電廠不得不減少工作時(shí)間?？傊?，很多電源都在額定容量以下運(yùn)行，但是為保持電網(wǎng)系統(tǒng)的可靠性發(fā)揮了非常重要的作用。這在圖12 顯示的美國(guó)中西部電網(wǎng)公司（MISO）一年運(yùn)行數(shù)據(jù)中得到說(shuō)明。
圖12 美國(guó)中西部電網(wǎng)內(nèi)燃料電廠的容量系數(shù)（2005年6月至2006年5月）
摘自美國(guó)能源部2008年7月編制的報(bào)告《2030年風(fēng)電占比20%》
11、電網(wǎng)到底能接納多少風(fēng)電？
雖然風(fēng)電是一種變化出力的電源，但是以往的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)以及詳細(xì)的風(fēng)電并網(wǎng)研究并未發(fā)現(xiàn)電網(wǎng)在容納多少風(fēng)電方面存在明確的技術(shù)限制。 一些國(guó)家已經(jīng)使用了大量的風(fēng)電。通過(guò)與歐洲其他地區(qū)的有限互聯(lián)，丹麥的風(fēng)電占比達(dá)到20%（高峰時(shí)達(dá)到43%），德國(guó)達(dá)到7%（高峰時(shí)達(dá)到30%），西班牙和葡萄牙達(dá)到11%（高峰時(shí)達(dá)到30%）。愛(ài)爾蘭風(fēng)電占9%（高峰時(shí)達(dá)到11%）。（編者注：此處為2010年數(shù)據(jù)，目前的比例有顯著提高。）
目前對(duì)風(fēng)電并網(wǎng)比例沒(méi)有技術(shù)障礙，但是可能存在經(jīng)濟(jì)性限制，即風(fēng)電增加到一定程度時(shí)，被認(rèn)為其成本已經(jīng)超過(guò)其對(duì)系統(tǒng)的價(jià)值。從多年來(lái)全球大規(guī)模風(fēng)電并網(wǎng)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)以及大量深入的風(fēng)電并網(wǎng)研究結(jié)論來(lái)看，風(fēng)電并網(wǎng)成本很低，由風(fēng)電增量帶來(lái)的價(jià)值減低也不會(huì)像預(yù)期那樣明顯。更直接地說(shuō)，有證據(jù)表明大范圍互聯(lián)電網(wǎng)可以接納的波動(dòng)電源電量（風(fēng)能和太陽(yáng)能）為高峰負(fù)荷的25%。美國(guó)東部和西部電網(wǎng)正在對(duì)更高接納能力的電網(wǎng)進(jìn)行研究。
其實(shí)，電網(wǎng)接納更多風(fēng)電，僅僅通過(guò)現(xiàn)有手段進(jìn)行規(guī)劃和運(yùn)營(yíng)是不夠的，需要對(duì)諸如輸送通道等基礎(chǔ)設(shè)施的投入、市場(chǎng)規(guī)則的改變，對(duì)發(fā)電方和電網(wǎng)運(yùn)營(yíng)方的激勵(lì)和規(guī)范，對(duì)現(xiàn)有技術(shù)和資產(chǎn)的優(yōu)化利用。
電網(wǎng)規(guī)劃人員和發(fā)電投資者在進(jìn)行設(shè)備采購(gòu)決策時(shí)要考慮到系統(tǒng)的靈活性，以適應(yīng)不斷增長(zhǎng)的負(fù)荷需求和老機(jī)組更新?lián)Q代的需要。系統(tǒng)靈活性包括降低最低發(fā)電水平、更好的升降斜坡率、更短的啟動(dòng)時(shí)間，以及在不增加材料疲勞或減少部件使用壽命的前提下設(shè)計(jì)周期循環(huán)。為增加系統(tǒng)靈活性，還要市場(chǎng)以及電價(jià)政策方面的配合。
風(fēng)電場(chǎng)可以通過(guò)輔助設(shè)施提高靈活性。在一些情況下，成本最小的調(diào)度策略可能會(huì)是限制風(fēng)電出力，在風(fēng)電大發(fā)時(shí)短時(shí)棄風(fēng)，或是讓風(fēng)電場(chǎng)提供有功調(diào)節(jié)。隨著風(fēng)電技術(shù)的不斷成熟和完善，風(fēng)電場(chǎng)可以向提供無(wú)功功率、電壓控制、頻率/控制器下降功能（頻率降低，控制器通過(guò)控制發(fā)電機(jī)從無(wú)負(fù)荷到滿負(fù)荷運(yùn)行來(lái)做出響應(yīng)）的方向發(fā)展。
