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风光发电这么好,为啥还要关掉?

 羊羊的地理教室 2023-04-24 发布于浙江
综合题版只剩不到10个名额,
再不抓紧占位,真的来不及啦~

目前,我国石油等化石能源进口量不小。为什么在这种情况下,有的地方还会关闭发电设备,弃风弃光呢?这两种清洁能源,难道不是发电量越大越好吗?


国家政府网站上还指出,做好消纳是大规模发展风光发电的前提,这个“风光消纳”又是什么呢?它和能源安全又有什么关系?

刚才提出了一大堆的问题,看完今天的文章,你就都能搞清楚了。


 01 
  什么是风光消纳?消纳不了会怎样?

风光消纳简单来讲就是能够顺利消耗(用掉)风力和光能发电所产生的电量。

如果生产的电量中有一定比例消耗不完,一些发电站会停止运转发电机,减少发电量,也就是放弃了部分原本可以发电的风能和光能,这种现象被称为“弃风弃光”。

图源:自绘

电力系统是发电与用电同时进行的。发电量和用电量一般是平衡的,需要多少就生产多少。但如果出现发电量明显大于供电量,超过了国家电网的调节能力,出现无法消纳的情况后,就有可能造成电网崩溃。

【注】我国的电网容量超级大,如果只是小扰动则不会有什么太大的影响,可以通过增减运行机组的负荷来调节。

 02 

我国弃风弃光的情况?

风电和光伏发电是需要“靠天吃饭”的,什么时候能发多少电,得看气象条件,如果发电量过大无法消纳,就只能关闭发电机组。

为什么会消耗不完呢?要弄清楚这个问题,需要先找找我国风电和光伏发电的主要分布生产地。

先看风能,我国风能发电量较大的区域主要集中在华北、西北、东北地区。

点击可看大图

图源:全国新能源消纳监测中心

再来看光伏发电,新疆、青海、内蒙古和华北地区是光伏发电量较高的省份。

击可看大图

图源:全国新能源消纳监测中心

可以看到我国西部地区风光资源丰富集中,发电量大。但经济相对落后,本身不是主要的用电市场,本地的消纳量较少。我国主要的电力消费市场还是在东部地区。

本地用不完,那把风电、光电卖给东部,不就行了吗?

在理论上是可行的,不过在实际操作中,还存在一些困难。因为输电距离较远,再加上输电基础设施有待完善,所以目前的输电成本仍较高。

而且风光发电对自然条件依赖大,有明显的不稳定性,如果输入电网的电量忽高忽低,也会给电网的安全运行带来严重影响,所以为保证电网的安全稳定运行,分配给风电和光电的上网比例是有限的。

【电量上网】所发电量接入国家电网使用。

可否把消耗不完的电量先存起来,等到需要的时候再上网使用?

也行,不过我国的储能设施还在起步的阶段,还没有完全发展起来。

在未来,推进蓄能设施的建设也是提高风光利用率的重要措施。我们之前就有介绍过 抽水蓄能水电站 和 空气储能 这两种蓄能方式。(感兴趣的同学,可以点击蓝字复习)

图源:自制

据统计,2021年5月份,我国各个省份的风光电利用率如下图所示,风电、光电利用率较低的省份主要集中在我国北方。

图源:全国新能源消纳监测中心

为了减少弃风弃光现象,国家专门成立了新能源消纳监测预警中心,到2022年时,青海省的风电利用率提升到了92.1%,光伏发电率提升到了91.4%,其他省份的新能源利用率在国家的努力下,也有不同程度的提升。

风光利用率都已经达到了90%以上了,为什么还要提高呢?

这是因为发电的基数很大,即便是只有0.1%的比例,都是不小的电量。以新疆地区为例,2022年第三季度风力发电量为469.5亿千瓦时,它的0.1%,也有4695万千瓦时,因此我国很多省份都还有提高的空间。具体该采取什么措施提高风光消纳能力呢?

 03 

  如何提高风光消纳能力?


  • 完善基础设施及政策支持


弃风弃光的很大一部分原因是因为电力产生的区域和消费的区域相隔太远,所以完善输电设备,完善跨区域的电力输送政策就十分重要。


  • 提高就地消耗率


可以优化西部地区的能源结构,提高新能源的消费占比。还可以将东部地区一些耗电量较大的产业迁到西部,充分利用西部地区丰富的自然资源。例如东数西算工程,就是考虑到了西部地区丰富的电量、土地,优越的自然环境等因素。
  • 优化开发新能源的技术


降低新能源电力的生产成本和使用价格,提高其在市场的竞争力,这样就能在市场的自动调控作用下,不断提高比例。

  • 发展水光互补、风光互补、光热电站、潮光互补等多种开发方式


风力发电和光伏发电较为不稳定,季节差异较大,在使用时可以与周边地区的其他发电方式共同使用,以弥补风电、光电不稳定的缺陷。(点击蓝字,复习水光互补

  • 建设储能设施


还可以在发电量较高的时段或者电量使用较少的时段,将产生的电量储存或者转化为其他形式,然后在发电量较低的时段释放出来。

如贵阳地区建设的首个抽水蓄能电站,在发电量高峰期抽水,将电能转化为水的势能,在发电量低峰期,再将水的势能转化为电能,有效的调节了风光发电的不稳定性。


再比如,江苏金坛盐穴压缩空气储能国家试验示范项目,该项目采用清华大学技术,引进华能集团电厂建设和运营的成熟经验,规划远期储能容量为一百万千瓦,是华东地区的大型储能基地。



 04 

提高风光消纳能力的积极影响

提高我国风光的利用率和消纳能力,可以促进风能和太阳能的大规模开发和使用 ,在我国环境保护和能源安全方面都将发挥至关重要的作用。

  • 保护生态环境


提高风电和光电等清洁、可再生能源的使用比例,可以减少化石燃料的燃烧,改善全球变暖,优化能源消费结构,有利于资源和环境的保护。

  • 促进西部地区资源优势转化为经济优势


通过将本区域的电量输送到东部经济发达地区,不仅减少了东部地区化石燃料的使用,调整了东部地区的能源结构,还促进了西部地区的经济发展。

  • 保障我国的能源安全


大力发展清洁能源,可以减少对进口化石燃料的依赖,保障我国的能源安全。如果发电量有盈余,还可以出口,赚取外汇,提高国家经济收入。


 05 
例题

在今年的全国两会上,我国西部地区“弃风弃光”问题成为热点。(“弃风”是指在风机处正常情况下,由于当地电网接纳能力不足、风电和火电冲突等原因,导致风电场风机暂停的现象,“弃光”就是光伏电站的发电量大于电力系统最大传输电量+负荷消纳电量。)国家能源局统计数据显示,2016年甘肃风电量104亿千瓦,弃风率43.1%,依据材料完成1~2题。


3.  阅读材料,完成下列问题。

材料一:甘肃省是我国能源大省,拥有多种能源资源。酒泉市瓜州地区是我国风能资源(风速大于12千米/小时有利用价值)丰富的地区之一。目前,当地已打造成千万级风电基地,无数风塔组成的风电场就像一片“森林”矗立在沙漠戈壁上。

材料二:从2014年底开始,由于调峰能力不足,甘肃省弃风率猛增。其中2015年,大多数风电场本来能发送2000多小时,实际只发送了1200小时。

材料三:图甲为酒泉市简图;图乙为瓜州地区风频图;图丙为风塔景观图。

(1)据图乙,描述瓜州地区能打造成千万级风电基地的优势气象条件。

(2)根据图文材料,分析甘肃省打造风电基地可达到的环境效益。

(3)从所学地理知识出发,阐述甘肃省近年来弃风率高的原因。


 答案与解析 
(上下滑动查看)

1.C
西部地区弃风弃光主要是由于当地人口密度和经济密度较小,当地电力消费市场有限,而且由于该地的风力资源和太阳能资源具有季节性,因此风力发电、光伏发电稳定性差;由于该地原有的基础设施不完善,电力外送通道容量有限,再加上风力发电、光伏发电成本高等因素造成的,①②④⑤正确;但是西部地区弃风弃光主要是由于已建成的发电设施能够正常运转的情况下的限电现象,与科学技术水平低无关,故③错误。

2.A
甘肃成为我国光伏发电大省的最关键条件是深居内陆,气候干旱,太阳能资源丰富。海拔高空气稀薄不符合甘肃情况,地价低、国家鼓励新能源政策与题干中自然条件不符。

3.(1)风向集中(或以东北风为主);风力大(或风力等级高);可利用风(或大于12千米/小时的风)时数多。

(2)风力是清洁能源,利用过程中不产生(或减少)大气污染;风力是可再生能源,开发利用有利于资源和环境的保护;风塔可降低风速,减少扬尘、沙尘暴天气(气象灾害)。

(3)我国西北地区(甘肃省)其他能源供应充足;当地能源消费需求少;远离东部能源消费市场;当地风电配套设施不足。

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