新疆工程學(xué)院能源工程學(xué)院 張慧娥 內(nèi)蒙古超高壓供電局 白彩清 張慧敏

隨著原油價(jià)格的持續(xù)上漲及資源儲(chǔ)備的減少，推動(dòng)了新能源產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，迎來(lái)了新一輪的高速發(fā)展。我國(guó)新能源存在裝機(jī)容量增長(zhǎng)率高于發(fā)電量增長(zhǎng)率，十三五期間發(fā)電效率普遍偏低。目前，風(fēng)電主要以棄風(fēng)率、棄電電量和風(fēng)電利用小時(shí)數(shù)三個(gè)指標(biāo)，對(duì)區(qū)域風(fēng)能資源利用水平進(jìn)行評(píng)價(jià)。三個(gè)獨(dú)立的指標(biāo)僅能從不同角度來(lái)反映區(qū)域風(fēng)能資源利用水平，具有一定的代表性，但全面反映區(qū)域的風(fēng)能資源利用效率缺少相應(yīng)的綜合性評(píng)價(jià)指標(biāo)，亟待構(gòu)建綜合指標(biāo)，更加全面的綜合評(píng)價(jià)不同區(qū)域風(fēng)能資源的利用水平，有助電力調(diào)度部門進(jìn)一步了解新疆風(fēng)能資源利用水平真實(shí)狀況，有利于新疆風(fēng)電健康有序發(fā)展。

利用效率評(píng)估方法主要采用DEA（數(shù)據(jù)包絡(luò)分析）、SFA（隨機(jī)前沿分析）和BCC（目標(biāo)指引）模型分析，文獻(xiàn)[1]采用DEA 與BCC 相結(jié)合的模型對(duì)科技投入和產(chǎn)出效率進(jìn)行評(píng)價(jià)，文獻(xiàn)[2]針對(duì)高校的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)的科研效率進(jìn)行評(píng)價(jià)，采用了DEA、BCC 模型結(jié)合Malmquist（基于面板數(shù)據(jù)）生產(chǎn)率指數(shù)進(jìn)行了測(cè)算分析。文獻(xiàn)[3]以風(fēng)電基礎(chǔ)裝機(jī)容量及人力物力作為投入指標(biāo)，以最終發(fā)電量作為產(chǎn)出指標(biāo)，采用DEA 和Malmquist 模型分析了國(guó)內(nèi)和國(guó)際典型國(guó)家的風(fēng)能、太陽(yáng)能、生物質(zhì)能、地?zé)崮芤约昂四艿陌l(fā)電效率，并對(duì)國(guó)內(nèi)4種能源率進(jìn)行總體評(píng)價(jià)。文獻(xiàn)[4]采用改進(jìn)型灰靶理論對(duì)我國(guó)部分典型省份的風(fēng)能利用效率進(jìn)行測(cè)算。

合理評(píng)估風(fēng)能資源對(duì)風(fēng)資源有效利用具有重要意義，有利于電力調(diào)度部門合理調(diào)配風(fēng)能資源，促進(jìn)新疆風(fēng)電有效利用。目前對(duì)能資源利用效率的評(píng)價(jià)尚未有成型的評(píng)價(jià)體系，本文采用改進(jìn)型灰靶理論建立風(fēng)能資源綜合利用效率評(píng)價(jià)指標(biāo)，選取國(guó)內(nèi)11個(gè)典型省份的最終風(fēng)能資源利用效率值進(jìn)行對(duì)比，分析新疆風(fēng)能資源利用效率，表明經(jīng)濟(jì)的發(fā)展、負(fù)荷密度及風(fēng)能資源利用效率有密切關(guān)系。

1 新疆風(fēng)能資源利用水平基本情況

據(jù)國(guó)家能源局統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，近年來(lái)新疆風(fēng)電裝機(jī)規(guī)模持續(xù)擴(kuò)大，新疆風(fēng)電棄風(fēng)電量和棄風(fēng)率持續(xù)“雙降”，2018年新疆風(fēng)電利用小時(shí)數(shù)已達(dá)到國(guó)家規(guī)定的最低保障收購(gòu)年利用小時(shí)數(shù)，2020年新疆風(fēng)電利用小時(shí)數(shù)（2237小時(shí)）高于全國(guó)風(fēng)電平均利用小時(shí)數(shù)（2073小時(shí)），但新疆棄風(fēng)率（12.7%）在全國(guó)排名中仍居高不下。

1.1 風(fēng)電裝機(jī)規(guī)模持續(xù)擴(kuò)大

自2016年至2020年，新疆風(fēng)電受紅色預(yù)警機(jī)制政策影響，新增風(fēng)電增速放緩，新疆風(fēng)電裝機(jī)容量占全國(guó)風(fēng)電裝機(jī)比例從2016年的11.9%降至2020年的8.4%，截止2020年新疆風(fēng)電裝機(jī)2355.15萬(wàn)千瓦，占新疆電網(wǎng)電源總裝機(jī)容量22.97%（表1）。

表1 近五年風(fēng)電裝機(jī)情況

1.2 風(fēng)能資源利用水平顯著提高

新疆切實(shí)貫徹可再生能源電力消納保障機(jī)制，按照《解決棄水棄風(fēng)棄光問題實(shí)施方案》、《清潔能源消納行動(dòng)計(jì)劃（2018-2020）》積極采取措施加大力度消納可再生能源，新疆風(fēng)電消納取得積極成效[5]。

發(fā)電情況。2016年至2020年，新疆風(fēng)電發(fā)電量從220億千瓦時(shí)增長(zhǎng)到433億千瓦時(shí)，年平均增速達(dá)到18.4%，高于全國(guó)年平均增速0.4個(gè)百分點(diǎn)，2020年新疆風(fēng)電發(fā)電量達(dá)到432.74億千瓦時(shí)（表2）。

表2 近五年風(fēng)電發(fā)電情況

棄電情況。2016年至2020年，新疆風(fēng)電棄電量從137億千瓦時(shí)下降至46.69億千瓦時(shí)，棄風(fēng)率從38%下降至12.7%，風(fēng)電棄電電量、棄風(fēng)率多年持續(xù)下降（表3）。

表3 近五年風(fēng)電棄電情況

年利用小時(shí)數(shù)情況。2016年至2020年新疆風(fēng)電利用小時(shí)數(shù)從1290小時(shí)提高到2237小時(shí)，風(fēng)電利用小時(shí)數(shù)與全國(guó)風(fēng)電平均利用小時(shí)數(shù)之間的差距逐年縮進(jìn)，2018年新疆風(fēng)電利用小時(shí)數(shù)已達(dá)到國(guó)家規(guī)定的最低保障收購(gòu)年利用小時(shí)數(shù)，2019年新疆風(fēng)電利用小時(shí)數(shù)已超出全國(guó)平均水平（表4）。

表4 近五年風(fēng)電利用小時(shí)數(shù)情況

2 構(gòu)建全面的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

目前對(duì)風(fēng)能資源的利用效率缺乏統(tǒng)一及綜合性的評(píng)價(jià)體系，現(xiàn)有的風(fēng)能利用小時(shí)數(shù)、棄風(fēng)率和棄風(fēng)量是按照不同的角度描述風(fēng)資源的利用效率，但不具有地區(qū)性質(zhì)，不能反映某個(gè)地區(qū)的風(fēng)資源利用水平。由于不同地區(qū)地理位置與氣象條件的差異，能資源利用效率、電網(wǎng)結(jié)構(gòu)、負(fù)荷構(gòu)成、經(jīng)濟(jì)發(fā)展差別較大。為了能夠充分反映一個(gè)地區(qū)的風(fēng)能特點(diǎn)、電網(wǎng)結(jié)構(gòu)、能源結(jié)構(gòu)、負(fù)荷特性、電網(wǎng)運(yùn)行水平、經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平、風(fēng)電技術(shù)水平對(duì)風(fēng)能資源利用效率的影響，構(gòu)建全面的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，相關(guān)指標(biāo)如下：

2.1 開發(fā)效率指標(biāo)

從宏觀角度評(píng)價(jià)風(fēng)能資源利用效率時(shí)，要考慮某區(qū)域內(nèi)風(fēng)能的總體開發(fā)利用強(qiáng)度，不同地區(qū)的風(fēng)能資源貯量不同、經(jīng)濟(jì)水平不同、電網(wǎng)結(jié)構(gòu)不同，導(dǎo)致不同地區(qū)的開發(fā)利用強(qiáng)度不同。提出的反映不同地區(qū)風(fēng)能總體開發(fā)強(qiáng)度的開發(fā)效率指標(biāo)，具體計(jì)算公式如下：k1=CR/CT，式中：k1為評(píng)價(jià)區(qū)域開發(fā)效率指標(biāo)；CR為評(píng)價(jià)區(qū)域風(fēng)電裝機(jī)容量；CT為該區(qū)域?qū)嶋H可開發(fā)的風(fēng)能資源總量。

2.2 能質(zhì)效率指標(biāo)

由于不同地區(qū)風(fēng)能資源水平不同，年可有效利用的風(fēng)電小時(shí)數(shù)并不一致，因此目前以“風(fēng)電利用小時(shí)數(shù)”來(lái)評(píng)價(jià)一個(gè)地區(qū)的風(fēng)能利用水平有失客觀性。在對(duì)某個(gè)區(qū)域的風(fēng)能資源利用效率進(jìn)行評(píng)價(jià)時(shí)，應(yīng)基于該區(qū)域的風(fēng)能資源實(shí)際水平。提出基于不同區(qū)域風(fēng)能資源實(shí)際水平的能質(zhì)效率指標(biāo)，具體計(jì)算公式如下：k2=H1/H2，式中：k2為評(píng)價(jià)區(qū)域能質(zhì)效率指標(biāo)；H1為該區(qū)域風(fēng)電場(chǎng)實(shí)際年風(fēng)電利用小時(shí)數(shù)；H2為該區(qū)域年風(fēng)電可利用小時(shí)數(shù)。

2.3 技術(shù)效率指標(biāo)

從技術(shù)方面來(lái)說，在評(píng)價(jià)不同區(qū)域內(nèi)的風(fēng)能利用效率時(shí)，不同區(qū)域內(nèi)風(fēng)電技術(shù)水平對(duì)風(fēng)能資源利用水平的影響亦是明顯的，不同區(qū)域內(nèi)地形、環(huán)境、風(fēng)能資源稟賦相異，所安裝的風(fēng)機(jī)類型及其轉(zhuǎn)換效率、風(fēng)電場(chǎng)運(yùn)行方式等方面都是不同的。提出基于不同區(qū)域環(huán)境特征、風(fēng)能資源稟賦的技術(shù)效率指標(biāo)，具體計(jì)算公式如下：k3=(E1+E1')/(CR×H2)，式中：k3為評(píng)價(jià)區(qū)域技術(shù)效率指標(biāo)；E1為評(píng)價(jià)區(qū)域風(fēng)電上網(wǎng)電量；E1'為該區(qū)域棄風(fēng)電量。

2.4 接納效率指標(biāo)

某個(gè)區(qū)域內(nèi)風(fēng)電接納能力對(duì)風(fēng)能資源利用水平也有深刻影響，而影響電力系統(tǒng)風(fēng)電接納能力的因素包括電力系統(tǒng)運(yùn)行的各個(gè)環(huán)節(jié)，主要為電源結(jié)構(gòu)、電源調(diào)節(jié)能力、電網(wǎng)構(gòu)架、負(fù)荷特性。為了簡(jiǎn)化計(jì)算某地區(qū)的風(fēng)電接納能力，具體計(jì)算公式如下：k4=(E1/E2)/(CR/CT1)，式中：k4為評(píng)價(jià)區(qū)域接納效率指標(biāo)；E2為該區(qū)域年發(fā)電量；CT1為該區(qū)域全口徑累計(jì)裝機(jī)容量。

2.5 消納效率指標(biāo)

風(fēng)電消納是風(fēng)能資源利用的重要環(huán)節(jié)，因此本文提出消納效率指標(biāo)，具體計(jì)算公式如下：k5=1-p，式中：k5為評(píng)價(jià)區(qū)域消納效率指標(biāo)；p 為該區(qū)域年度棄風(fēng)率。

3 風(fēng)能資源綜合利用效率評(píng)價(jià)指標(biāo)計(jì)算分析

灰靶理論屬于灰色理論范疇，在標(biāo)準(zhǔn)模式構(gòu)造的基礎(chǔ)上設(shè)定一個(gè)灰靶，在模式序列中找到靶心，然后將利用效率評(píng)價(jià)指標(biāo)序列與靶心進(jìn)行比較得到靶心度?；野欣碚摰募夹g(shù)難點(diǎn)是靶心度的求取，求利用效率評(píng)價(jià)指標(biāo)序列與靶心的相似程度，兩者距離越近，靶心度越大[3]。

本文收集相關(guān)文獻(xiàn)，其中基于改進(jìn)型灰靶理論的風(fēng)能資源利用效率評(píng)價(jià)文獻(xiàn)中構(gòu)建了風(fēng)能資源利用效率綜合評(píng)價(jià)體系，從風(fēng)能開發(fā)、能質(zhì)效率、技術(shù)水平、電網(wǎng)接納、風(fēng)能消納5個(gè)視角全面反映風(fēng)能資源利用效率，并采用改進(jìn)型灰靶理論建立評(píng)價(jià)模型，建立了風(fēng)能資源綜合利用效率評(píng)價(jià)指標(biāo)[6]。

通過計(jì)算求得我國(guó)各省份的開發(fā)效率指標(biāo)、能質(zhì)效率指標(biāo)、技術(shù)效率指標(biāo)、接納效率指標(biāo)、消納效率指標(biāo)，構(gòu)成傳統(tǒng)灰靶理論的模式序列ωi，結(jié)合榜樣模式ω'=(1,1,1,1,1)確定評(píng)價(jià)指標(biāo)體系模式序列ωi'，進(jìn)行灰靶變換，得出各省份、榜樣模式的靶心度γ(x0,xi)，即求得各省份風(fēng)能資源綜合利用效率P=γ(x0,xi)，P 越接近1，說明風(fēng)能資源綜合利用效率越高。

3.1 數(shù)據(jù)來(lái)源

各省份風(fēng)電裝機(jī)容量、風(fēng)電利用小時(shí)數(shù)、風(fēng)電上網(wǎng)電量、棄風(fēng)電量、棄風(fēng)率數(shù)據(jù)來(lái)源于國(guó)家能源局統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)；各省份實(shí)際可開發(fā)的風(fēng)能資源總量數(shù)據(jù)來(lái)源于文獻(xiàn)中國(guó)風(fēng)能資源貯量估算，其中計(jì)算各省份風(fēng)能“實(shí)際可開發(fā)量”時(shí)按其風(fēng)能的“理論可開發(fā)總量”的1/10進(jìn)行了估計(jì)；但通過對(duì)比國(guó)家能源局統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，顯示部分省份截止到2020年風(fēng)電累計(jì)裝機(jī)容量已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過文獻(xiàn)中給出的實(shí)際可開發(fā)量的估計(jì)值，故按照文獻(xiàn)中各省份風(fēng)能“理論可開發(fā)總量”的3/10對(duì)本文分析的省份的風(fēng)能實(shí)際可開發(fā)量進(jìn)行估計(jì)，但上海、江蘇、貴州和寧夏估計(jì)值仍超過實(shí)際值，將其置為實(shí)際值參與計(jì)算。

3.2 計(jì)算結(jié)果

選取國(guó)內(nèi)11個(gè)典型省份，計(jì)算得到風(fēng)能資源綜合利用效率，結(jié)果如表5。

表5 近五年典型省份風(fēng)能資源綜合利用效率計(jì)算結(jié)果（%）

綜上，從選取的11個(gè)典型省份的最終風(fēng)能資源利用效率值分析計(jì)算結(jié)果，可以看出：

從所選典型地區(qū)計(jì)算結(jié)果結(jié)合各省份實(shí)際情況，表明評(píng)價(jià)模型給出的評(píng)價(jià)結(jié)果與目前這些地區(qū)的風(fēng)能資源客觀利用水平相符。

我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)省份，如江蘇、云南、遼寧及河北四省，2020年風(fēng)能資源綜合利用效率計(jì)算結(jié)果排在前5位內(nèi)，這些省份電網(wǎng)結(jié)構(gòu)合理，其電網(wǎng)運(yùn)行水平更好，負(fù)荷水平較高，風(fēng)電消納能力更強(qiáng)、風(fēng)能資源的利用效率更高。其中排在第一位的寧夏由于電網(wǎng)結(jié)構(gòu)和能源結(jié)構(gòu)合理配比，風(fēng)能資源的利用效率較高。

新疆和甘肅兩省距離負(fù)荷中心較遠(yuǎn)，電源結(jié)構(gòu)和電網(wǎng)結(jié)構(gòu)與地域特點(diǎn)有較大關(guān)系，調(diào)峰能力方面較差，負(fù)荷水平較低，電網(wǎng)外送通道不暢，建設(shè)速度緩慢，導(dǎo)致在風(fēng)能資源利用效率較低。

觀察比較新疆?dāng)?shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)，2018年新疆在“棄風(fēng)率”方面高居全國(guó)第1位，“風(fēng)電利用小時(shí)數(shù)”方面在全國(guó)范圍內(nèi)高于江西等不棄風(fēng)的7個(gè)省份，綜合性風(fēng)能資源利用效率指標(biāo)上在全國(guó)范圍內(nèi)仍處于末位。部分原因是新疆實(shí)際可開發(fā)風(fēng)能資源總量13119萬(wàn)千瓦，遠(yuǎn)大于目前風(fēng)電實(shí)際裝機(jī)容量，新疆裝機(jī)容量?jī)H為可開發(fā)風(fēng)能資源總量的1/7，造成開發(fā)效率指標(biāo)較低，影響了綜合性風(fēng)能資源利用效率指標(biāo)。