背景
隨著經濟的快速發展，傳統化石能源的不可再生和碳排放問題，使得世界各國開始尋求低碳發展道路，競相發展可再生能源。其中，風電資源豐富、裝機靈活，在世界範圍內發展迅猛，產生了良好的經濟效益和環境效益。
2015年全球風電產業新增裝機63.5GW，同比增長22%。其中，中國新增裝機30.8 GW，美國8.6 GW、德國6 GW。連續2年，風電增長貢獻了世界電力增長的一半左右，使得世界經濟成長的同時COZ排放保持穩定。截至2015年底，全球風電總裝機容量432.9GW，中國145.4GW，成為最大市場。
在風電利用上，美國憑藉成熟的市場機制，成為世界上最大的風電生產國，2015年以74.5GW的裝機生產了1x10 MWh的風電;歐洲國家藉助靈活的電源結構和電力互聯模式，實現了高效的風電消納。其中，丹麥42%的發電量來自風電，創下全球最高風電占比記錄，其他歐洲國家風電占比也普遍大於10%。
但是，在中國，風電利用率不高的問題突出。2015年全國棄風電量達到3.39x10 kWh，直接經濟損失超過180億元；2016年一季度全國棄風情況愈發嚴峻，平均棄風率26%，“三北”地區平均棄風率更是逼近40%。棄風問題日趨常態化，如何增加風電消納已經成為了國家、社會、企業關注的一個重要課題。
其他國家的風電發展給我國風電消納提供了借鑑，主要的消納途徑可以分為靈活的電源結構、儲能系統和跨國的電力聯網3類。美國利用大量燃氣機組進行調峰，增加了電網消納風電的能力，西班牙擁有靈活的電源結構和抽水蓄能系統，適應大規模風電的開發。德國和丹麥則利用了強大的跨國電力聯網，將風電和周邊國家電源結合，實現了高比例的風電消納 。
中國棄風率高的原因有很多，最大的問題是燃煤機組占比大，靈活性較差，不利於電網接納風電。研究風電消納途徑，對中國風電發展至關重要，不僅可節約能源，對環境減排也能發揮作用，保障社會經濟的可持續發展。
風電消納途徑
目前，有很多學者從經濟可行、技術可行和政策建議等角度研究風電消納途徑，並取得了諸多成果。其中，主要的風電消納途徑有儲能技術、跨區域消納、多能互補模式和需求側回響4種。
具體的途徑技術離不開政策的引導，其中最為常見的是價格機制。合理的價格機制是保證風電健康可持續發展的前提，涉及到風電輸送成本、電網備用服務成本、國家補貼機制等。美國以州為單位，獨立運行電網，價格機制靈活，制定了許多政策和激勵措施以促進風電的發展。西班牙通過建立清晰的備用有償服務價格機制，引導風電和其他電源有序發展，合理分配消納風電的利益。
現階段我國風電在供電結構中占比較少，適用增量成本核算。通過比較風電消納前後的總費用，核算風電的輸送成本和備用服務成本，操作簡單易行。風電本身的隨機性，需要靈活的價格機制，實現需求側的回響，最大化地消納風電，支撐風電的長期穩定增長。如風電供熱價格機制。
儲能技術
儲能技術不僅能從需求側改變負荷特徵，在棄風時合理利用風電；還能從供給側提升電源結構的靈活性，增加電網消納風電的能力。常見的風電消納儲能技術有儲能電池、抽水蓄能和儲熱系統。
儲能電池有體積小、反應速度快、安裝方便的特徵，在新能源發電套用前景廣;但是壽命短、成本高、化學污染等問題有待進一步最佳化解決。抽水蓄能被認為是水電缺乏地區調整電源結構、解決風電消納能力問題的有效途徑，也是歐洲國家高效率消納風電的推手。儲熱系統的運用可以增加熱電聯產電廠的熱電關係靈活性，降低熱電廠的供電出力，也可以在供熱系統中直接消耗風電、參與儲熱。另外，生物質發電廠，運用高溫儲能方式，實現風電的規模化存儲。以氫儲能技術為媒介將風電和煤化工進行整合，在減少煤化工對環境污染的同時，可以提高風電消納能力。
運用儲能技術消納風電的研究主要集中在2個方面。從規劃角度研究儲熱、儲能的最佳容量、接入節點的最優選擇,從調度角度研究風電、火電、儲能等不同電源的協同例、儲能系統的最優運行。結果表明，上述因素對風電消納能力有明顯的影響。
跨區域消納
在歐洲，由於跨國電力聯網的存在，各國電網安全性得到提升，增加了風電消納的能力。同時，歐洲國家為風電併網要求設立了嚴格的標準，規範了風電上網的質量，保證了系統的安全穩定運行。
在中國，風電資源豐富的“三北”地區遠離負荷中心，普遍存在就地消納能力不足的問題。為實現風電的又快又好發展，跨區域消納是必不可少的途徑，為此電網輸電線路需要協調、科學規劃。以特高壓跨區輸電和“三華”特高壓同步電網建設為重點的堅強智慧型電網，可有力支撐我國大規模風電消納。
基於全國各區域用電情況、電源情況、電網建設情況，“三北”地區風電需要輸送到華北電網京津冀魯、華東電網和華中電網東部；從經濟性和安全性考慮，輸送方式適合風火聯合外送。另外，針對不同地區，考慮自身具體情況和相鄰區域情況，比較不同風電外送方案，可以研究制定適合地區特點的消納模式。
多能互補模式
多能互補是指採取多種能源互相補充，以緩解能源供需矛盾，合理保護自然資源。常見的風電消納多能互補模式有風水互補、風光互補、熱泵、電鍋爐以及電動汽車等。
風水互補是利用水電的調峰能力，消納風電的一種模式。風電和水電在季節上的互補特性，使得風水互補成為可能；但是在地域上的差別，使得風水互補模式需要遠距離、大容量調度。
風光互補模式利用太陽能和風能在資源條件和技術套用上很好的互補特性，既可以保障系統的供電可靠性，又能合理利用新能源，在獨立的供電系統中套用廣泛，例如海島供電系統、邊防哨所供電系統等。
熱泵、電鍋爐不僅能有效利用風電，替代傳統供熱機組供熱，從而減少化石能源的使用問，還能減少熱電聯產機組出力，增加電網的調峰靈活性，從而消納更多的風電。
電動汽車的發展為風電消納增加了一種新的途徑，在夜間棄風期有效利用風電進行充電，消納風電的同時減少了汽車尾氣排放，是未來生活的一種環境友好消費方式。
需求側回響
風電多集中在夜間，而夜間用電負荷小，使得風電具有反調峰特性。運用需求側回響資源可主觀地改變負荷特徵，實現風電的消納間。常見的方式有：通過電力需求側管理，激勵負荷側的高載能企業參與調峰；通過供暖需求側管理，在熱電聯產機組和風力發電機組之間實現新的最最佳化負荷分配。
高耗能企業承載著大規模用電負荷，主動參與調峰不僅能提高風電消納能力，而且能夠緩解電網調峰壓力。另外，在相關政策補償的支持下，可為企業節約生產成本，吸引高耗能企業參與。
冬季採暖期也是大規模棄風期，通過供暖需求側管理，引導用戶利用風電採暖，分擔部分傳統熱電聯產機組熱負荷，調節熱網總採暖熱負荷和電網總電力負荷。
同時，在運用需求側回響增加風電消納時，要避免風電獲得國家補貼，給用電企業讓利，形成重新補貼污染企業、高耗能企業的怪圈。風電市場的規範化、成熟化是風電消納迫切所需的。
風電大規模消納存在的問題
對風電消納途徑的研究集中在方法的介紹、價值的分析和實例的驗證方面，側重方案的可行性分析。但是電力系統最重要的是安全性問題，風電消納的核心也是在保障系統安全的前提下消納風電，所以在研究風電消納途徑時，風險的研究至關重要；同時，技術的運用離開市場就缺乏生命力，消納途徑的推廣離不開政策的引導，政策效果的研究對風電消納意義重大 。
缺乏風險研究
風電併網給電網帶來了安全隱患，風電消納必然會改變系統的運行，簡單地考慮系統平衡的約束無法滿足系統的安全要求。對風電消納途徑風險的研究可以從風險控制和預警機制方面著手，評價風險大小，研究安全保障機制。
缺乏政策效果的研究
風電行業受政策影響迅速，風電政策效果的研究對於新政策的制定有重要意義。經濟學上，政策效果的研究已經很成熟，有大量研究成果，對風電政策研究有一定的參考價值。
缺乏通過改造火電靈活性消納風電的研究
火電在中國現有電力結構中占有絕對比例，而火電的靈活性不足是棄風問題的本質原因。與歐洲國家相比，中國火電機組的調峰能力明顯較差，有很大的提升空間。但是，通過改造火電機組靈活性消納風電，不僅給火電帶來了改造費用，還減少了火電的上網電量，導致火電利潤的損失，需要合理的補償機制。
消納大規模風電的電網經濟調度關鍵技術
要實現對風電的充分消納，必須在調度模型中充分考慮風電的不確定性，合理安排常規電源的旋轉備用，並協調調度的經濟性和可靠性，在滿足電網安全穩定運行的前提下實現綜合效益的最優。其關鍵技術體現在如下幾個方面 ：
(1)如何處理風電出力的不確定性
風電出力具有不確定性。當風電的滲透率較大時，其出力的不確定性將給電網調度帶來很大的影響。第一，風電出力的不確定性將影響電網的有功平衡。在負荷低谷時段，如果風電出力往上波動較大，常規電源下調容量不足將會造成棄風損失;在負荷尖峰時段，如果風電出力往下波動較大，常規電源上調容量不足將會造成缺電損失。第二，風電出力的不確定性可能會造成線路潮流越限。傳統經濟調度為了追求經濟性，個別線路往往運行在安全邊界上，當風電出力波動時很容易造成線路潮流越限。
為降低風電出力的不確定性對電網調度的不利影響，學者們提出了場景分析、隨機規劃、魯棒規劃等一系列方法。
（2）如何給風電預留合理的備用容量
由於風電的不可調度性和波動性，在電網經濟調度中通常要求常規電源為風電預留旋轉備用容量。那關鍵問題在於，需要預留多少的備用容量才是最合理的。一方面，預留的備用越多，電網越安全可靠，但預留的備用越多意味著調度模型的約束越嚴格，犧牲了經濟性;反之，預留的備用越小，調度的經濟性越好，但可靠性差。因此，調度的經濟性和可靠性存在矛盾衝突的關係，如何協調兩者的關係將是含風電的經濟調度的技術難題。
（3）如何求解含風電的經濟調度模型
傳統的含安全約束的機組組合問題(SCUC)和經濟調度問題(SCED)分別是大規模非線性混合整數規劃問題和大規模非線性連續規劃問題。經過學者多年的研究，針對這兩類問題己經提出了許多有效的求解算法。但隨著電網規模的逐漸增大以及大規模風電的接入，極大地增加了問題求解的難度。目前，含大規模風電的經濟調度求解問題仍沒得到很好地解決。
展望
無論國內、國外，風電消納途徑的研究整體上比較系統，涉及電力系統供給端、消費端和中間節點各個方面，時效性強，對我國風電消納有很好的幫助。隨著電力體制改革的不斷深人，國家對新能源的扶持，以及新的網際網路技術的創新，“棄風”問題必然可得到解決，我國風電發展前景廣闊。
專家預測，到2030年風電可以滿足11.9%的中國對一次能源的需求。而要達到這一比例，關鍵是要建立風電輸送通道，解決風電產地與負荷終端的距離問題;降低風電生產成本，實現風電產業的市場化；開拓就地消納市場，解決好風電和其他電源的矛盾。
在中國，各地方在風電消納問題上已經有所成效。遼寧省通過在供暖期合理調整供熱火電機組的開機，控制供熱機組下限負荷，增加電網風電消納能力;同時，利用東北電網富餘風電送華北電量交易模式，實現風電的異地消納。內蒙古進一步增加新能源裝機，最佳化電力結構;同時，利用政策引導，優先保障清潔能源就近消納。烏魯木齊建設“風電供暖”項目，將棄風電量引人供熱系統，實現了熱源的清潔化。
隨著電動汽車的進一步發展，未來逐步替代傳統汽車的市場前景大，為大規模消納風電提供了可能；另外，石墨烯等新型材料的出現，改變了儲能電池的特性，一旦技術成熟、成本降低，會對風電消納產生重大影響；新能源微電網是“網際網路+”在能源領域的創新，對推進節能減排和實現能源可持續發展具有重要意義，符合電力體制改革的方向，可為新能源創造巨大發展空間;能源網際網路的理念，打破了能源獨立發展的限制，能源、信息和微網的協同，可打造堅強智慧型電網，給風電提供發展平台。
