风力发电并网对电力系统造成的影响及其应对措施

第一篇：风力发电并网对电力系统造成的影响及其应对措施

风力发电并网对电力系统造成的影响及其

应对措施

风力发电是一种清洁的可再生能源 它能够带来显著的环境效益和社会效益 合理有效地利用风能源对我国实现高速可持续发展具有极其重要的意义 随着风电装机容量在电网中所占比例的增长风力发电对电网的影响范围从局部逐渐扩大 目前 风电接入电网出现了与以往不同的特点 表现为 单个风力发电场容量增大 风电场接入电网的电压等级更高 增加的风电接入容量与接入更高的电压等级使得电网受风电影响的范围更广 在风电穿透功率较大的电网中 由于风电注入改变了电网原有的潮流分布 线路传输功率与整个系统的惯量 并且由于风电机组与传统同步发电机组有不同的稳态与暂态特性 因此风电接入后电网的电压稳定性 暂态稳定性及频率稳定性都会发生变化所以在风电场建设与接入电网之前 进行必要的包含风电场的电力系统分析计算 研究风电场并网后系统运行的稳定性变化情况 无论是对于风电场业主还是电网部门而言 都是非常必要的。风能发电的特点是：

a)风能的稳定性差。风能属于过程性能源，是不可控的，具有随机性、间歇性、不稳定性的特点，风速和风向决定了风力发电机的发电状态以及出力的大小。

b)风能不能储存。对于单机独立运行的风力发电机组，要保证不间断供电，必须配备相应的储能装置。

c)风电场的分布位置通常比较偏远。我国的风电场多数集中在风能资源比较丰富的西北、华北和东北地区。由于风能发电具有以上特点，使得风电的开发和利用较之水力发电困难得多。风电的最大缺点是稳定性差，若风电系统所产生的电能直接并入电网，将影响局部电网运行的稳定。

影响

一、对系统稳定性的影响

大规模风电场接人电力系统时，风电场对无功功率的需求是导致电网电压稳定性降低的主要原因。研究表明：一方面，风电场的有功出力使负荷特性极限功率增大，增强了静态电压稳定性；另一方面，风电场的无功需求使负荷特性的极限功率减少，降低了静态电压稳定性。目前，风力发电多采用异步发电机，需要外部系统提供无功支持。变速恒频风电系统在向电网注入功率的同时需要从电网吸收大量的无功功率，风电场的无功仍可看作是一个正的无功负荷，因此，当风电场的容量较大且无功控制能力不足时，易影响电压的稳定性，严重时会造成电压崩溃。风电场的并网改变了配电网的功率流向和潮流分布，这是既有的电网在规划和设计时未曾考虑的。因此，随着风电注入功率的增加，风电场附近局部电网的电压和联络线功率将超出安全运行范围，影响系统的稳定性。随着各地风力发电的蓬勃发展，风电场的规模不断扩大，风电装机容量在系统中所占的比例不断增加，风电输出的不稳定性对电网的功率冲击效应也不断增大，对系统稳定性的影响就更加明显。情况严重时，将会使系统失去动态稳定性，导致整个系统瓦解。

二、对电能质量的影响

目前，电压波动和闪变是风力发电对电网电能质量的主要负面影响之一。风资源的不确定性和风电机组本身的运行特性使风电机组的输出功率呈波动性，可能会影响电网的电能质量，如电压偏差、电压波动和闪变、谐波等。虽然大多数风电机组采用软并网方式，但在启动时仍会产生5～6倍额定电流的冲击电流，对小容量的电网而言，风电场并网瞬间将造成电网电压的大幅度下跌；正常运行时的风速变化也会导致风机出力的波动而影响电能质量。随着风速的增大，风电机组产生的电压波动和闪变也将增大，并且风电机组公共连接点短路比越大，其引起的电压波动和闪变越小。当风速超过切出风速时，风电机组会从额定出力状态自动退出运行，若风电场所有风电机组几乎同时退出，这种冲击对配电网的影响十分明显。与电压波动和闪变相比，风电并网带来的谐波问题也不容忽视。风电并带来谐波的途径主要有2种：

a)风力发电机本身的电力电子控制装置可能带来谐波问题。对于直接和电网相连的恒速风力发电机，软启动阶段要通过电力电子装置与电网相连，会产生一定的谐波，不过过程很短，通常可以忽略。变速风力发电机通过整流和逆变装置接入系统，如果电力电子装置的切换频率恰好在产生谐波的范围内，则会产生严重的谐波问题。

b)风力发电机的并联补偿电容器可能与线路电抗发生谐振。在实际运行中，曾检测到在风电场出口变压器的低压侧产生大量谐波。

三、对电网频率的影响

当风速大于切入风速时，风电机组启动挂网运行；当风速低于切入风速时，风电机组停机并与电网解列。当风速大于切出风速时，为保证安全，风电机组必须停机。因此，受风速变化的影响，风电机组的出力也随时变化，一天内可能有多次启动并网和停机解列。风电场不稳定的功率输出会给电网的运行带来许多问题。如果风电容量在电网总装机容量中所占比例很小，风电功率的注入对电网频率影响甚微。但是，当风电场与其他发电方式的电源组成一个小型的孤立电网时，可能会对孤立系统的频率造成较大影响。随着电网中风力发电装机容量所占的比例逐步提高，大量风电功率的波动增大了系统调频的难度，而系统频率的变化又会对风电机组的运行状态产生影响。各国风电接入系统导则都要求风电机组能够在一定的频率范围内正常运行，频率超过一定范围后限制出力运行或延迟一定时间后退出运行，以维持系统的频率稳定。

四、对发电计划与调度的影响

传统的发电计划基于电源的可靠性以及负荷的可预测性，以这2点为基础，发电计划的制定和实施有了可靠的保证。如果电力系统内含有风电场，由于风电场的出力具有极大的随机性，因此会对发电计划的制定和实施产生较大的影响。风电场如果参与调度计划，则需预测未来24h的发电曲线。在日交易计划的实施过程中，由于负荷的非预期变化和发电机组的非计划停运等，电网调度中心还要进行在线校正发电计划，而校正计划一般需要提前30 min下发给电厂和供电公司，如果并网风电场能够预测未来1---3 h的出力，则对电网的调度也是有意义的。

五、对系统备用容量的影响

如果风电功率的波动特性与电网负荷的波动特性一致，那么风电就有自然调峰的作用，反之，将会使电网的调峰问题变得更加突出。风电场并网后，电网的可用调峰容量减去用于平衡负荷波动的备用容量后，剩余的可用调峰容量都能够用于为风电调峰。如果整个电网可用于风电的调峰容量有限，无法完全平衡风电场的功率波动时，就需要限制注入电网的风电功率。因为风电功率的波动对于电网而言完全是随机的，最严重的情况就等于整个风电装机容量大小的风电功率在短时问内的波动，这种情况发生的概率很小，但是在实际运行中无法排除这种可能性。因此，系统要有与风电场额定容量相当的备用容量，以保证电网的安全稳定运行。

应对措施

一、改善稳定性的措施

传统的分组快速投切电容器组可对风电场进行无功补偿以改善系统电压的稳定性，但这种分组投切的电容器不能实现连续的电压调节，投切次数有限，动作也有一定的延时，因此对于风速的快速变化造成的电压波动是无能为力的。静止无功补偿器(static var compensator，SVC)可以快速平滑地调节无功补偿功率的大小，提供动态的电压支撑，改善系统的运行性能。将SVC安装在风电场的出口，根据风电场接人点的电压偏差量来控制SVC补偿的无功功率，能够稳定风电场节点电压，降低风电功率波动对电网电压的影响。具有有功和无功功率综合调节能力的超导储能装置(super conducting magnetic energy storagesystem，SMES)代表了柔性交流输电系统(flexibleAC transmision system，FACTS)的新技术方向，将SMES用于风力发电可实现对电压和频率的同时控制。SMES能灵活地调节有功和无功功率，为系统提供功率补偿，跟踪电气量的波动。在风电场出口安装SMES装置可充分利用其综合调节能力，降低风电场输出功率的波动，稳定风电场电压。SMES是一种有源的补偿装置，与SVC相比，其无功功率补偿量对接入点电压的依赖程度小，在低电压时补偿效果更好。

二、改善电能质量的措施

目前，大部分用于改善和提高电能质量的补偿装置都具有抑制电压波动和闪变的功能。如SVC、有源滤波器(active power filter，APF)、动态电压恢复器(dynamic voltage restorers，DVR)等。电压闪变是电压波动的一种特殊反映，闪变的严重程度与负荷变化引起的电压变动相关，在高压或中压配电网中，电压波动主要与无功负荷的变化量及电网的短路容量有关。在电网短路容量一定的情况下，电压闪变主要是由于无功负荷的剧烈变动所致。因此，抑制电压闪变的最常用方法是安装静止无功补偿装置，目前这方面的技术已相当成熟。APF的工作原理与传统的SVC完全不同，是采用现代电力电子技术和数字信号处理技术制成的新型电力谐波治理专用设备。它能生成与电网谐波电流幅值相等、极性相反的补偿电流并注入电网，对谐波电流进行补偿或抵消，主动消除电力谐波。DVR主要用于补偿输电网产生的电压跌落、闪变和谐波等。它可在电源和敏感负载之间插入一个任意幅值和相位的电压。当电源电压畸变时，改变DVR的电压，可达到稳定敏感负载电压的目的。此外，并网风电机组公共连接点短路比和电网线路X／R值(X、R分别为线路的电抗与电阻)也是影响风电机组引起的电压波动和闪变的重要素。风电机组公共连接点短路比越大，其引起的电压波动和闪变越小。合适的X／R值可使有功功率引起的电压波动被无功功率引起的电压波动所补偿，从而使整个平均闪变值有所减小。研究表明，当线路X／R值很小时，并网风电机组引起的电压波动和闪变很大。当线路X／R值对应的线路阻抗角为60或70度时，并网风电机组引起的电压波动和闪变最小。

导师研究方向与风电并网的结合点浅析

本人所在研究团队由罗隆福导师带队，主要研究高压直流输电以及新型换流变压器的研究与应用。在于风电及其并网的结合上，由于风电具有间歇性以及其对电力系统的影响，可以设想一种曲线“并网”方式，由风电电能转化为高压直流，再逆变为交流电，由于并非直接并网谐波和电压都可以由整流变压器和整流装置控制，方便切除与投入。风电电能如果不是很优质的交流电源，则可以由其转化为专属电池充电能源，以供电动汽车专属能源结构，或者直接进行整流供给需要大量直流电的湿法冶金工厂，这样也减少了逆变的损耗。

第二篇：风电并网对电力系统的影响及改善措施

风电并网对电力系统的影响及改善措施

中国电力工程顾问集团公司-—王敏

[摘要]：由于风电场是一种依赖于自然能源的分散电源，同时目前大多采用恒速恒频异步风力发电系统，其并网运行降低了电网的稳定性和电能质量。着眼于并网风电场与电网之间的相互影响，特别是对系统稳定性以及电能质量的影响，对大型风电场并网运行中的一些基础性的技术问题进行了研究。

[关键词]:风电场；并网；现状分析。

一、引言

风力发电作为一种重要的可再生能源形式，越来越受到人们的广泛关注,并网型风力发电以其独特的能源、环保优势和规模化效益，得到长足发展,随着风电设备制造技术的日益成熟和风电价格的逐步降低，近些年来，无论是发达国家还是发展中国家都在大力发展风力发电。

风力发电之所以在全世界范围获得快速发展，除了能源和环保方面的优势外，还因为风电场本身所具有的独特优点：(1)风能资源丰富，属于清洁的可再生能源；(2)施工周期短，实际占地少，对土地要求低；(3)投资少，投资灵活，投资回收快；(4)风电场运行简单，风力发电具有经济性；(5)风力发电技术相对成熟。

自20世纪80年代以来，大、中型风电场并网容量发展最为迅猛，对常规电力系统运行造成的影响逐步明显和加大,随着风电场规模的不断扩大，风电特性对电网的负面影响愈加显著，成为制约风电场建设规模的严重障碍。因此深入研究风电场与电网的相互作用成为进一步开发风电所迫切要求解决的问题。其局限性主要表现在：(1)风能的能量密度小且不稳定，不能大量储存；(2)风轮机的效率较低；(3)对生态环境有影响，产生机械和电磁噪声；(4)接入电网时，对电网有负面影响。

二、我国风力发电装机容量现状

根据中国风能协会发布《2012年中国风电装机容量统计》报告中数据显示，2012年，中国（不包括台湾地区）新增安装风电机组7872台，装机容量12960MW，同比下降26.5%；累计安装风电机组53764台，装机容量75324.2MW，同比增长20.8%。

2001-2012 年中国新增及累计风电装机容量区域装机情况图（引自《2012年中国风电装机容量统计》）

2006-2012 年中国各区域累计风电装机容量图（引自《2012年中国风电装机容量统计》）

三、风电并网对电力系统的影响

风力发电是一种特殊的电力，它以自然风为原动力，风资源的随机性和间歇性决定了风电机组的输出特性也是波动和间歇的。作为发电机构的异步发电机在发出有功功率的同时，需要从系统吸收无功功率，且无功需求随有功输出的变化而变化。当风电场的容量较小时，这些特性对电力系统的影响并不显著，但随着风电场容量在系统中所占比例的增加，风电场对电力系统的影响会越来越显著。本文主要从以下几个方面讨论并网风电场对电力系统的影响，包括并网过程对电网的冲击、对电网频率、电网电压、电网稳定性、电能质量以及继电保护的影响。

1、并网过程对电网的冲击

异步电机作为发电机运行时，没有独立的励磁装置，并网前发电机本身没有电压，因此并网时必然伴随一个过渡过程。直接并网时，流过5～8倍额定电流的冲击电流，一般经过几百毫秒后转入稳态。异步发电机并网时冲击电流的大小，与并网时网络电压的大小、发电机的暂态电抗以及并网时的滑差有关。滑差越大，则交流暂态衰减时间越长，并网时冲击电流有效值也就越大。风力发电机组与大电网并联时，合闸瞬间的冲击电流对发电机及电网系统安全运行不会有太大影响。但对小容量电网而言，风电场并网瞬间将会造成电网电压的大幅度下跌，从而影响接在同一电网上的其他电器设备的正常运行，甚至会影响到整个电网的稳定与安全。目前可以通过加装软起动装置和风机非同期并网来削弱冲击电 流，但会给电网带来一定的谐波污染。

2、对电网频率的影响

风电场对系统频率的影响取决于风电场容量占系统总容量的比例。当风电容量在系统中所占的比例较大时，其输出功率的随机波动性对电网频率的影响显著，影响电网的电能质量和一些对频率敏感负荷的正常工作。这就要求电网中其他常规机组有较高的频率响应能力，能进行跟踪调节，抑制频率的波动。考虑到风电的不稳定性，当风电由于停风或大失速而失去出力后，会使电网频率降低，特别是当风电比重较大时，会影响到系统的频率稳定性。消除该影响的主要措施是提高系统的备用容量和采取优化的调度运行方式。当然，当电力系统较大、联系紧密时，频率问题不显著。

3、对电网电压的影响

风力发电出力随风速大小等因素而变化，同时由于风力资源分布的限制，风电场大多建设在电网的末端，网络结构比较薄弱(短路容量较小)，因此在风电场并网运行时必然会影响电网的电压质量和电压稳定性。另外，风力发电机多采用感应发电机，感应发电机的运行需要无功支持，因此并网运行的风力发电机对电网来说是一个无功负荷。为满足风力发电场的无功需求，每台风力发电机都配有无功补偿装置。目前常用的是分组投切电容器，其最大无功补偿量是根据异步发电机在额定功率时的功率因数设计的。即在额定功率时无功补偿量必须保证功率因数达到设计的额定功率因数，一般大于0．98。由于分组投切电容器不能实现快速连续的电压调节，对快速的电压变化无能为力。风力发电对电网电压的影响主要有慢的(稳态)的电压波动、快的电压波动(1~lJ闪变)、波形畸变(1llJ谐波)、电压不平衡(即负序电压)、瞬态电压波动(1~lJ电压跌落和凹陷)等。

4、对电网稳定性的影响

风电接入系统引起的稳定问题主要是电压稳定问题。这是由于：(1)普通的无功补偿方式为电容器补偿，补偿量与接入点电压的平方成正比，当系统电压水平降低时，无功补偿量下降很多，而风电场对电网的无功需求反而上升，进一步恶化电压水平，严重时会造成电压崩溃，风机被迫停机；

(2)在故障和操作后未发生功角失稳的情况下，部分风电机组由于自身的低电压保护而停机，风电场有功输出减少，相应地系统失去部分无功负荷，从而导致电压水平偏高，甚至使风电场母线电压越限；(3)故障切除不及时，会发生暂态电压失稳；

(4)风电场出力过高有可能降低电网的电压安全裕度，容易导致电压崩溃。总而言之，并网型风电场对于电网稳定性的主要威胁，一方面是风速的波动性和随机性引起风电场出力随时问变化且难以准确预测，导致风力发电接入系统时潜在安全隐患；另一方面是弱电网中风电注入功率过高引起的电压稳定性降低。

5、对电能质量的影响

风电对于电力系统是一个干扰源。风电对电能质量的影响主要有以下三方面(前述对电压的影响是最重要的方面)：(1)风速变化、湍流以及风力机尾流效应造成的紊流，会引起风电功率的波动和风电机组的频繁启停，风机的杆塔遮蔽效应使风电机组输出功率存在周期性的脉动；

(2)软起动并网时，由软起动装置引起的各次谐波；

(3)风电经AC／DC／AC并网时，由于脉宽调制变换器产生的谐波。谐波的次数和大小与采用的变换装置和滤波系统有关。

6、对继电保护装置的影响

与常规配电网保护不同，通过风电场与电力系统联络线的潮流有时是双向的。风力发电机组在有风期间都和电网相连，当风速在起动风速附近变化时，为防止风电机组频繁投切对接触器的损害，允许风电机组短时电动机运行，此时会改变联络线的潮流方向，继电保护装置应充分考虑到这种运行方式。其次，并网运行的异步发电机没有独立的励磁机构，在电网发生短路故障时，由于机端电压显著降低，异步发电机仅能提供短暂的冲击短路电流。此外，由于目前一般风机出口电压大都是690V，折算到35kV(威更高电压等级)侧时其阻抗需乘以 =(u35／Uo 6),因此从35kV侧的等值电路来看，风力发电机及相应的低压电缆相当于一个很大的限流电抗，短路电流无法送出，因此风电接入点的保护配置要考虑到风电场的这一特点。总之，风电场故障电流主要由公用电网电源提供，风电场保护的技术困难是如何根据有限的故障电流来识别故障的发生，从而使保护装置快速而准确地动作。

7、大容量风电并网电网故障对潮流的影响

在电网发生事故时，系统电压瞬时发生变化，风机在自身保护特性的作用下，降低了出力，系统潮流重新分布，重要联络线潮流变化明显。通过电网实际故障经模拟计算故障情况下风电机组出力变化对系统潮流的影响，因此在各种工况计算时，应充分考虑风电机组出力对计算结果的影响。积累风电运行经验，对故障期间风电受低电压能机组的实际动作、出力变化情况提供基础数据，以提高仿真计算的精确度，更好地掌握在风电机组并网时的系统运行经验。

8、电网电压不平衡对风力发电机组的影响

潮流计算是获取电网运行情况和分析电网稳定状态的基础工具, 一些风力发电的相关研究已经使用了潮流计算。这些研究近似认为系统三相平衡, 潮流可以采用单相代表三相来处理, 然而为了研究电网的三相不平衡运行, 三相必须分别计算。由于风力发电机并网点电压取决于系统电压, 而风力发电机组吸收的无功功率及机端电容补偿的无功功率与并网点电压有关。因此风力发电机组母线电压、无功均为未知量。风力异步发电机并入电网, 发出有功功率, 吸收无功功率。同时电网通过发电机终端电压影响风力发电机组的运行。风力发电机组与电网的关系实际上是功率和电压之间的关系, 通过适当连接电网和风力发电机组的模型可以进行综合仿真.仿真步骤如下:(1)设t=t0(t0 是仿真周期的起始时间), 给出各母线电压各相初始值；

(2)应用t 时刻风速和风力发电机组终端电压当前值, 进行风力发电机组动态仿真, 计算出风力发电机组有功、无功功率；(3)进行电网三相潮流计算, 得到修正后电压；

(4)应用t 时刻风速和风力发电机组终端电压当前值, 进行风力发电机组动态仿真, 计算出风力发电机组有功、无功功率；(5)如果有功和无功功率的初始值与修正后的修正值非常接近(误差<10-3),则进入第6 步,否则返回第3 步；(6)t=t+$t($t是时间步长)；(7)判断: 是否t>tend(tend 仿真周期的截止时间),如果此式成立, 进入第8步,否则返回第2 步。

四、改善风电场对电网影响的措施

风力发电的并网对电网的电能质量和安全稳定运行带来的负面影响，可以通过一些有效措施得到改善，进一步降低风电对电网的影响。

1、无功补偿技术

改善风电系统运行性能的无功补偿技术包括风电场出口安装动态的无功调节装置(svc)、具有有功无功综合调节能力的超导~g(SMES)装置等措施。静止无功补偿器(svc)可以快速平滑地调节无功补偿功率的大小，提供动态的电压支撑，改善系统的运行性能。将SVC安装在风电场的出口，根据风电场接入点的电压偏差量来控制svc~l,偿的无功功率，能够稳定风电场节点电压，降低风电功率波动对电网电压的影响。SMES可以在四象限灵活调节有功和无功功率，为系统提供功率补偿，跟踪电气量的波动。在风电场出口安装SMES装置，充分利用SMES有功无功综合调节的能力，可以降低风电场输出功率的波动，稳定风电场电压。

2、风电场通过轻型直流输电(HVDC Light)与电网相连

轻型直流输电(HVDC Light)是在电压源换流器(VSC)技术、门极可关断晶闸管(GTO)及绝缘栅双极晶体管(IGBT)等全控型功率器件基础上发展起来的。由于使用了基于PWM控制的VSC结构，HVDCLight具有直流输电的优点。HVDC Light不仅解决了分散电源接入的输电走廊问题，而且其灵活的无功、电压调节能力，打破了短路容量比对风电场容量的限制，同时也改善了交流系统的稳定性和电能质量，是风力发电等分散电源与电网相连的一种理想选择。

3、变速恒频风力发电机组

随着电力电子元件的性价比不断提高，未来几年变速恒频电机、双馈电机等新型发电机组开始在风机上推广应用，风电场可以像常规机组一样，承担电压及无功控制的任务，以最大限度提高风能的利用效率。使用变速恒频风电机组有几种方案可供选择：采用通过电力电子装置与电网相连的同步发电机；或者采用变速恒频双馈风力发电机，实现风机以最佳叶尖比运行，比变桨距控制的实现更简单、更经济。

五、结论

风力发电是一种新能源,风能是近期最有大规模开发利用前景的可再生能源,许多国家都制定了风力发电的发展规划和激励政策,以加快技术改进和市场开拓。目前并网风力发电是大规模利用风能最经济的方式,随着技术的发展和规模的扩大,风力发电的成本还将继续下降。中国电力部年决定加快风力发电的商业化进程,将清洁的风能作为世纪能源可持续发展的一个重要组成部分,所以研究风力发电技术刻不容缓。但随着风电机组单机容量和风电场规模的不断增大,风电也对电力系统的稳定运行带来一定的影响。风电机组对电网功率因数的影响和导致局部电网电压水平下降是制约风电场发展的因素。研究大型风力发电场接入电力系统的相互影响,开发相应的研究方法和分析工具,对发展风力发电具有重要的意义和实用价值。

六、参考文献

[1]王承煦，张源．风力发电[M]．北京：中国电力出版社，2003;[2]李庚银，吕鹏飞，李广凯，等．轻型高压直流输电技术的发展与展望[J]．电力系统自动化，2003;[3]雷亚洲．与风电并网相关的研究课题[J]．电力系统自动化，2003;[4] 关宏亮，赵海翔 电力系统对并网风电机组承受低电压能力的要求[J]．电网技术，2007;[5] 吴学光, 王伟胜, 戴慧珠.风电系统电压波动特性研究.风力发电, 1998, 4

第三篇：新能源发电对并网的影响

现代能量管理系统课程

论文

——新能源发电对系统并网运行的影响及对策

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学号 班级 专业

摘要：

可再生能源发电的开发利用日益受到重视，其规模的扩大也给电网调度运行带来了新的课题和挑战，同时我们可以预见，可再生能源发电将是未来电力市场的重要组成部分，而风能和光伏等新能源发电存在不稳定、可调度性低、接入电网技术性能差和对电网谐波管理的影响等一系列问题，文章针对我国可再生能源发电及并网的特点，阐述了可再生能源发电给并网带来的问题，并提出了可再生能源并网运行的相关对策。

关键字：

可再生能源；风电，光伏，并网，随机性，影响，稳定性，对策

一、我国可再生能源发电的现状、特点及研究意义：

1、我国可再生能源发电的现状：

截至2011年底，我国新能源安装容量达到7000万kW，居世界首位，并网新能源装机容量达到5409万kW，同比增长47.4%，约占全部发电装机容量的5.1%。其中，风电并网容量约占并网新能源装机总量的85.5%；并网太阳能光伏装机容量约占并网新能源装机总量的4.4%；生物质及其他新能源发电装机容量约占并网新能源装机总量的10.1%。2011年，我国新能源发电量约为1016亿kW•h，同比增长29.9%，约占全部发电量的2.2%。其中，风电发电量约占新能源发电总量的72.0%；太阳能光伏发电约占0.9%；生物质及其他新能源发电约占27.1%。2011年我国新能源发电量按发电煤耗320g/（kW•h）计算，相当于节约3241万tce，减排二氧化碳9030万t。

我国是世界上风电发展最快的国家，同时，我国太阳能热水器集热面积居世界第一位，约占世界总量的三分之二。

2、我国可再生能源发电的特点：

我国风电发展整体呈现大规模开发、远距离传输、高电压等级集中接入为主，分散接入、就地消纳为辅的特点。我国光伏发电接入电网呈现出大规模集中接入与分布式接入并举的特点。

我国可再生能源发电的运行特点主要如下：

(1)装机容量较小。如小水电的装机容量为50 MW及以下：目前国际上研制的超大型风力发电机单机容量也仅为6 000 kW．而国内目前主力机型是600 kW，750 kW，1 200 kW；目前中国最大的太阳能光伏发电项目装机容量刚突破千瓦级；江苏兴化市中科生物质能发电有限公司装机容量5 000 kW．已是国内最大的生物质能发电项目：最大的地热电站西藏羊八井地热电站装机容量约为25 MW：1980年5月建成的浙江省温岭县江厦潮汐试验电站装机容量为3 200 kW。已成为中国最大的潮汐电站。

(2)发电稳定性较差。如小水电的发电能力随雨量变化而变化，各地还各有其特点，不但丰水年、枯水年不同，全年也有季节性变化，即便一日之间，其可用的来水量，也有很大的不确定性．由于库容不大，下级径流电站几乎无调节性：风能发电的稳定性较小水电更差，需要电网来支持；太阳能只能白天发电，照射量的强度和角度一日间也有变化，云层移动和厚薄的变化等，都会影响其发电功率，不满足工业用电的稳定需求。

(3)调频调压能力有限。常规能源发电机组对电网调频和调压有着重要的作用，而目前可再生能源机组由于容量较小。很多小电站无人值守，所以无法参与系统调整，即便参与调节，其调节能力也极为有限。至于风电机组，当系统运行参数超过一定范围时会自动停机，如果运行条件进一步恶化。还可能造成电网稳定雪崩效应。

3、我国可再生能源发电并网运行的研究意义：

国家发改委公布的《可再生能源中长期发展规划》提出，到2020年，全国水电装机容量将达到3亿kW(其中小水电7 500万kW)，生物质能发电装机3 000万kW。风电装机3 000万kW，太阳能发电装机180万kW。

可以看出，随着可再生能源发电容量在电力系统中所占比例的增加，其对电力系统的影响就会越来越显著。所以，随机性、间歇性可再生能源发电如何友好的并网以及如何解决可再生能源发电并网后给电力系统 2 带来的种种问题，成为越来越迫切需要解决的问题。

二、我国间歇性可再生能源发电并网运行面临的技术问题：

1、风电建设与电网发展不配套。

风电发展规划侧重于资源发展规划，与电网发展规划不协调，在一些地区的风电发展规划中缺乏具体的风电送出和电力消纳的方案。大规模风电基地建设应从国家层面统筹考虑输电线路、网络结构及落点等问题。

由于风电基地输电规划不落实、跨省、跨区电网建设滞后，以及风电场和送出工程建设周期不匹配等原因，部分风电项目出现送出受阻情况。

2、风电与常规电源之间缺乏协调。

风电规划与常规电源规划之间缺乏协调，部分地区风电与常规电源之间存在电力与电量竞争的现象，风电大规模开发显著降低了常规电源的年运行小时数。

另外，调峰电源制约了系统接纳风电的规模，致使部分地区在负荷低谷时限制风电出力。

3、风能资源分布与电力需求不协调，需强大的电网资源配置能力。

风能资源与电力需求大体上呈逆向分布。陆上风能主要分布在西北、华北、东北地区，电力负荷中心集中在东部、中部地区。经济发展与风能资源分布的不平衡，决定了我国风电的大规模开发，必须经过电网在全国范围内优化配置。

4、电力系统安全稳定运行问题。

（1）电网调峰能力不足

风电出力具有随机性、间歇性，大规模风电接入导致电网等效负荷峰谷差变大，即反调节特性明显，增加了系统调峰难度。

我国风电发展较为集中的三北地区电源结构都是以火电为主，基本没有燃油、燃气机组，调节能力不强。东北、华北火电占80%以上，且供热机组较多，西北地区水电较多，但主要集中在没有风电的青海，且受防凌、防汛等多种因素的限制，调节能力不强。我国快速调节电源只占17%。相比之下，美国2007年快速调节电源约占50%，德国快速调节电源约占25%。（2）电压控制难度加大

风电出力变化范围大，且具有随机性，在风电场不能参与电压控制的情况下，显著增加了电网电压控制的难度。

（3）调频难度加大

风电机组输出的有功功率主要随风能变化而调整，随机性强，可预测性差，而我国现有运行风电机组均不参与系统频率调整，所以，电网频率调整必须由传统电厂分担。在大规模风电接入电网的情况下，随着风电装机容量在电网中比重增加，参与电网调频电源容量的比例显著下降，需同步配套相应容量的调频电源。（4）未经检测认证的风电机组并网运行使电力系统遭受冲击

河南三门峡地区曾发生过电网三相电压不平衡度未超过国标规定值时，由于风电机组三相电压不平衡耐受度不满足要求，电气化列车通过时，2.5万千瓦风电机组退出运行的情况。

5、风电机组性能问题。

风电机组缺少支撑电力系统安全稳定运行的控制性能。例如，风电机组应具有低电压穿越能力，以防止在系统出现扰动或故障情况下脱网停机，对电网造成更大冲击。由于风电机组不具备低电压穿越能力导致的大范围风电切机情况在东北吉林电网及西北电网的甘肃玉门风电场等都发生过。

6、并网过程对电网的冲击问题。

部分可再生能源发电机组由于容量小，常常采用异步发电机。由于没有独立的励磁装置，并网前发电机本身没有电压。因此并网时必然伴随一个过渡过程，会出现5—6倍额定电流的冲击电流。对小容量的电网而言，大量异步电机同时并网瞬间将会造成电网电压的大幅度下跌，从而影响接在同一电网上的其它电器设备的正常运行，甚至会影响到整个电网的稳定与安全。目前可以通过装设软起动装置和风机非同期并网来削弱冲击电流，但可能给电网带来一定的谐波污染。

7、对电能质量的影响问题。

随机性较强的可再生能源发电机组对电能质量的影响主要表现为频率波动、电压波动、电压闪变、电压跌落及谐波等。当并网的可再生能源发电机组启停或输出功率波动时，将导致电网频率波动、电压波动，引起电压闪变和跌落等问题。谐波问题主要出现在风电上，主要有两种方式：一种是风力发电机本身配备的电力电子装置，另一种是风力发电机的并联补偿电容器可能和线路电抗发生谐振。

8、对发电计划与调度的影响问题。

传统的发电计划基于电源的可靠性以及负荷的可预测性，但部分可再生能源电站出力的不可控性和随机性使得对其既不能进行可靠的负荷预测，也不可能制定和实施正确的发电计划。随着这类随机电源容量比例的增加，必将给电网调度带来不少压力。

9、对保护装置的影响问题。

异步发电机在发生近距离三相短路故障时不能提供持续的故障电流，在不对称故障时提供的短路电流也非常有限。相关保护应根据有限的故障电流来检测故障的发生，使保护装置准确而快速的动作；另一方面，尽管其提供的故障电流非常有限，但也有可能会影响现有配电网络保护装置的正确运行。此外，对于风电来说，为了减少风电机组的频繁投切对接触器的损害，有风期间风电机组都保持与电网相连，当风速在起动值附近变化时，允许风电机组短时以电动机运行。因此，风电场与电网之间联络线的功率流向有时是双向的，风电场继电保护装置的配置和整定应充分考虑到这种运行方式。

三、可再生能源并网运行的对策：

促进电网和可再生能源协调发展，加强调度运行管理。服务可再生能源发展是电网企业适应能源结构变化和新能源格局要求的必然选择。根据这一原则和目标，从管理与技术层面提出如下对策：

1、树立法制观念，依法调度。

学会运用法律和经济手段做好电网调度管理工作。采取切实可行的措施来实现电网的优化调度。要研究电力市场规律，遵守市场规则。应积极争取相关政府部门支持。携手制定可再生能源电站的相关调度管理办法。实行调度管理有法可循、有据可依。

2、科学合理研究规划可再生能源接入容量。

决定一个电网可再生能源装机容量的主要技术因素包括该电网的负荷水平、电源结构和备用容量、电能质量控制指标及系统的稳定性约束等。综合以上各种因素后，才能更合理地确定可再生能源的装机容量。电网调度机构要积极参与电网及新能源的建设规划，做到电网结构合理、优化，可再生能源与电网协调配合，大电源与小电源协调发展，为电网运行提供一个好的物质基础。

3、加快电网建设，促进协调可再生能源发展。

只有建设一个坚强的电网，才能为可再生能源开发利用提供接入、调峰、消纳等多方面的支持。电网企业应在积极争取国家可再生能源发电配套支持政策的基础上，加快电网基础建设和技术改造。其重点应放在提高电网安全稳定水平、提高电网输送能力、提高设备健康水平、降低供电能耗等方面。具体可体现在积极灵活应用交流输电(FACTS)技术，特别是可控串补(TCSC)和静止无功补偿装置(SVC)；积极稳妥实施电网分层分区；积极推广技术先进、成熟的紧凑型输电技术和同杆多回输电技术；积极采取输电线路实时动态增容技术等。

4、积极研究吸纳新技术，提高可再生能源并网性能。

部分可再生能源发电的不确定性给电网控制带来挑战，必须研究吸纳新技术。从全局考虑，一方面要适应其不确定性，提高其供电可靠性；另一方面，必须加强对机组的监控和保护。由于电力电子器件性价比的不断提高，使得变速恒频双馈风力发电机组等新型可再生能源发电机组趋向普遍。这类机组具有提高风能利用率、可通过励磁调整发电功率、取消补偿电容、可向电网输送无功、并网冲击不大等优点，其发电功率的可控性和向电网输送无功等并网性能的提高有利于电网稳定和扩大风电机组并网的允许容量。

5、提高风电、太阳能等出力预测精度。

风力、太阳能发电的最大特点是间歇性和不可控性。发展适合电网中短期风力、太阳能发电负荷预测方 4 法，提高风电负荷预测精度，有助于科学管理、优化电网的经济运行，有助于调度员对电网进行调峰、调频、调压。实践表明，风电运行是有规律可循的．细化研究还需进一步开展。

6、加强调度管理，逐步规范可再生能源发电运行要求。

电力系统是由发电、输电、变电、配电、用电等一次设备以及为保障其安全优质经济运行所需要的二次设备组成的统一整体。电力生产的规律和特点要求电力系统实行统一调度、分级管理。对并网可再生能源发电调度管理的建议如下：把好并网调度协议签订关，理顺各类并网可再生能源电站的调度关系；明确省调、地调、县调的管辖范围，保证电网安全生产秩序；完善、提高可再生能源电站实时信息采集的技术手段；对小水电应逐步建设和完善地调水调自动化系统，加强其出力管理；科学安排，充分利用，提高可再生能源电站的优化调度效率；对小水电群实行联合经济调度。

结语：

清洁、环保的可再生能源的开发利用已经成为世界关注的热点，可再生能源并网运行也已成为电力行业发展必须解决的问题。《中华人民共和国可再生能源法》更为可再生能源发电优先调度提供了法律依据和强制要求。电网企业要根据国家政策进行前瞻性的研究和建设。根据相关法律法规加强调度运行管理，在确保电网安全的前提下促进可再生能源的协调发展。以适应能源结构和新能源格局要求的变化。

参考文献：

【l】 周篁．关于我国可再生能源发电的问题分析及对策研究【J】．电网技术，200l，25(7)：l一3． 【2】 张国宝．面向2l世纪的世界能源【C】．第18届世界能源大会，阿根廷，布宜诺斯艾利斯，200l：10，2l一25．

【3】 翟秀静，刘奎r，韩庆．新能源技术【M】．北京：化学工业出版社．2005． 【4】 张源．新能源发电的技术现状与发展【J】．中国电力，1996，29(11)：77-81．

【5】 吴俊玲．大型风电场并网运行的若干技术问题的研究．硕士学位论文fDl．北京：清华大学。2004． 【6】 迟永宁，刘燕华，王伟胜，等．风电接入对电力系统的影响【J】．电网技术，2007，31(3)：77—81． 【7】 雷亚洲．与风电并网相关的研究课题【J】．电力系统自动化，2003，27(8)：84—87． 【8】 张锋.可再生能源发电对电网调度运行的影响及对策 【J】浙江电力调度通信中心，2010.【9】 王伟胜.间歇性可再生能源发电及并网技术问题，中国电力科学研究院新能源研究所，2010.10.30.5

第四篇：并网风电场对电力系统电压稳定性影响的研究论文

摘要：阐述了国内外风力发电的发展和现状，分析了风力发电的类型和特点以及风电场并网的相关问题，研究了风电场的接入对电网电压的影响。并通过PSCAD中对恒频恒速的普通异步电动机组和变速恒频的双馈电动机组成的风电场构建仿真模型得出一系列的结论。

关键词：风力发电;潮流计算;电压稳定性

0引言

风力发电作为可再生能源中一种重要的利用形式，是目前技术最成熟，最具规模开发的发电形式。由于风资源的大规模开发、单一风电场装机容量的增加，导致风力发电在电网中所占比例越来越大。风电的大量接入改变了电网中原有的潮流分布，而且风速的随机性和间歇性导致风力机输出功率不稳定，风电场输出功率的波动性会对电网电压造成严重影响。因此，深入研究并网风电场对地区电网电压稳定性的影响，对开发和规划风电场都具有重要的现实意义。

1课题的目的及意义

风力发电由于其在减轻环境污染、调整能源结构、解决偏远地区居民用电问题等方面的突出作用，越来越受到世界各国的重视并得到了广泛的开发和利用。

风速的随机性和间歇性导致风力发电机功率的不稳定性，风电场并网运行对电力系统电能质量、安全稳定带来诸多负面的影响，为了更加充分的开发利用风力资源，在风电场建设之前，需要对并网风电场接入电力系统稳定的影响做深入的研究分析，并计算出风电在电力系统中的最佳配置容量，这对风电场的规划设计以及电力系统的稳定运行都有着重要意义。

2风力发电机组的分类

风力发电机是一种将风能转换为机械能，再由机械能转换为电能的机电装置。风力发电过程是：空气流动的动能作用在叶轮上，将动能转换成机械能，叶轮的转轴与发电机的转轴相连，通过传动机构将机械能送至发电机转子，带动着转子旋转发电，实现由机械能向电能的转换，最后风电机组将电能通过风电场变电站升压与电网连接。在本课题中，我们主要是结合建立的标准风电机组的数学模型，进行各种计算与仿真，分析并网风电场对电网电压稳定的影响。

风力发电机组按照控制方式一般分为恒速恒频和变速恒频两种类型。当风力发电机组并网时，要求风电的频率与电网的频率保持一致，即保持频率恒定。恒速恒频就是在风力发电过程中，保持风车的转速(即发电机的转速)不变，从而得到恒频的电能。在风力发电过程中叶片的转速随风速而变化，而通过其它控制方式来得到恒频电能的方法称为变速恒频。

3风电场接入对电网电压影响的研究

风电场大多在电网的末端，网络结构比较薄弱，其短路容量较小，在风速、风力机组类型、控制系统、电网状况、偏航误差以及风剪切等因素的扰动下，必然导致输出功率的变化和电压的波动，从而影响电能质量和电压的稳定性。风电场对电压的影响主要包括电压波动，闪变以及波形畸变电压不平衡等。电压的波动幅度不仅与风电功率大小有关、而且与风电场分布和变化特性等有关。由于风力发电机对所连接的母线电压非常敏感，当系统发生扰动时，系统电压若降低到0.85 pu以下，风机会从电网脱机。由于很多的扰动和故障是瞬时的，当扰动后又再次投入运行，随着风机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。

4并网风电场电压稳定的仿真分析

在PSCAD中对恒频恒速的普通异步电动机组和变速恒频的双馈电动机组成的风电场构建了仿真模型，可以得出以下结论：(1)结合实际的案例仿真对模型进行论证得出静止无功补偿装置SVC有效提高了电压暂态稳定性。

(2)双馈机组具有变速特性，正常情况下电网侧发生三相短路故障时，由于故障线路的切除导致电网结构变弱，机端电压下降，无法保证电压稳定特性，转子短路保护控制对改善暂态电压具有较优的性能。

(3)在仿真不同参数对电网静态电压稳定影响时发现，增加短路容量可以增强抗干扰能力，当短路容量比超过10%风电场失去稳定。传输线阻抗比X/R的变化对电压特性也有一定影响，选择合适的传输线阻抗比X/R参数对风电场稳定也起到一定作用。采用转子反馈控制也可改善故障后电压稳定特性。

5结论

(1)建立了风力机的空气动力学模型、机械传动机构模型、普通异步风力发电机组和双馈式风力发电机组的数学模型以及风电场的等值模型。

(2)对普通异步发电机和双馈异步发电机的功率特性进行分析，结合常规潮流计算的基本原理确定包含风电场的电力系统潮流计算方法。

(3)应用PSCAD电力分析软件建立了普通异步电机与双馈风电机组的数学模型和控制模型，从而得到优化的方案。

参考文献：

[1]李俊峰，高虎，王仲颖.中国风电发展报告[R].北京：中国环境科学出版社，2008

第五篇：气候变化对农业的影响及应对措施

气候变化对农业的影响及应对措施

周曙东 周文魁 朱红根 王传星 王艳

摘要: 阐述气候变化的特点, 分析农作物对温度、降水变化的敏感性, 昆虫对温度变化的敏感性。探讨了农业生产对低温雨雪冰冻天气、对干旱及洪涝灾害的脆弱性。应对气候变化的农业技术选择包括选育抗逆性强的农作物新品种, 增强农作物抵御自然灾害的能力;加强农业水利基础设施建设;大力发展节水农业种植技术;加强农业灾害性天气的预警与响应能力建设。在此基础上提出应对气候变化的农业适应性政策措施: 调整耕作制度, 提高指数;完善江河湖泊防洪工程和防洪减灾体系;加强土地合理利用;发展设施农业, 提高农业抗御自然灾害的能力;制订减灾应急预案;积极推广农业保险。

关键词: 气候变化;敏感性;脆弱性

一、引言

气候变化被列为全球十大环境问题之一, 随着全球气候变化研究的进展, 开展气候变化影响的相关研究开始成为学术界最为活跃的研究领域之一。农业是对天气变化最为敏感的部门之一, 因为气候始终是影响农业生产的重要决定因素, 到目前为止, 农业还没有改变靠天吃饭的局面。农业是国民经济的基础, 气候变化对农业所带来的不利影响,特别是极端天气气候事件诱发的自然灾害将造成农业生产的波动、危及粮食安全、社会的稳定和经济的可持续发展。

尽管在哥本哈根会议上各国还没有就气候变化问题综合治理所采取的措施达成共识, 有待在2010年墨西哥城的第16 次缔约方会议上继续协商, 但气候变化会带来难以估量的损失, 气候变化会使人类付出巨额代价的观念已为世界所广泛接受, 并成为广泛关注和研究的全球性环境问题。及早开展气候变化对农业影响的研究, 发现可能存在的问题, 提前采取适应性对策具有极其重要的战略意义。本文从敏感性、脆弱性方面来分析气候变化对农业的影响, 并在此基础上探讨我国农业应对气候变化的适应性对策。

二、气候变化的特点和趋势

气候变化是气候平均状态出现统计意义上的显著变化或者持续较长一段时间(10 年或更长时间)的变动, 具体指气候平均值和离差值两者中的一个或两者同时随时间出现了统计意义上的显著变化。1.气候变化的特点(1)平均温度明显上升

中国近100 年来年平均气温明显增加, 达到015~ 018度, 比同期全球增温平均值略高。近50年变暖尤其明显, 主要发生在20世纪80年代中期以后[1]。如果年平均温度上升1度, 大于或等于10度积温的持续日数全国平均可延长15天左右,这对于农作物生产来讲具有重要意义。

(2)降水出现区域性与季节性不均衡

温度的提高会加快地表水的蒸发, 导致水循环加剧, 暴雨出现的概率增加, 虽然降水量很大, 却不能得到有效利用。各地的降水量和蒸发量的时空分布也会显著改变。降水既会出现区域性不均衡,也会出现季节性不均衡, 即在农作物最需要水的时候出现季节性干旱, 从而给农业生产带来严重影响。过去的概念是中国西北部缺水, 今后在中国南方也可能出现季节性干旱, 水资源短缺将成为一个严峻的问题。

(3)极端气候现象增多趋强

极端气候现象指一些在特定地区和时间的罕见事件, 极端气候现象的罕见程度一般相当于观察到的概率密度函数小于10% , 这些极端气候现象包括干旱、洪涝、低温暴雪、飓风、致命热浪等。极端天气气候事件的发生和全球变暖有关, 也是气候变化的表现方面之一。在全球气候变暖的总趋势下, 大气的环流特征和要素发生了改变, 引发复杂的大气)))海洋)))陆面相互作用, 大气水分循环加剧, 气候变化幅度加大, 不稳定因素增多, 导致这些小概率、高影响天气气候事件的发生机会增加[2]。极端气候事件对农业系统的影响往往大于气候平均变率所带来的影响。

(4)冰川消融导致海平面上升, 海水入侵

在内陆地区增温造成冰川退缩导致雪线上升,在南极冰川逐步融化、冰架面临坍塌, 而北极冰帽正在持续消融中, 漂浮在北冰洋上的成年厚冰块不断融化, 这些因素再加上海水受热膨胀将会使海平面上升。海平面上升会带来一系列问题。例如沿海地区洪水泛滥及严重破坏、侵蚀海岸线、海水入侵内河、沿海湿地及岛屿洪水泛滥, 一些地势较低沿海城市及村落可能面临淹没的危险。海水入侵还会使灌溉地下水水质变咸, 土壤盐渍化, 灌溉机井报废, 农田减产。

三、农业对气候变化的敏感性与脆弱性分析 11农业对气候变化的敏感性分析

敏感性是指某个系统受到与气候有关的刺激因素影响的程度。所谓刺激因素是指气候变化因素, 包括平均气候状况、气候变率和极端事件的频率与强度[5] , 这些影响可能是直接的影响, 也可能是间接的影响。

气候变化将使我国农作物种植制度及农业生产的布局发生较大变化。气候变暖将使我国长江以北地区, 尤其是中纬度和高原地区农作物生长季开始的日期提早、终止的日期延后, 潜在的生长季延长;还将使多熟种植的北界向北推移[3]。麦、稻两熟区、双季稻种植区和一年三熟制的水稻产区,在水分条件满足的情况下, 种植北界均可向北推移。如果年平均气温上升2度, 大部分两熟制地区将会被不同组合的三熟制取代, 三熟制的北界将北移500km 之多, 三熟制面积可能扩大115倍, 从长江流域移至黄河流域。而两熟制地区将北移至目前一熟制地区的中部, 一熟制地区的南界将北移250~ 500km, 一熟制地区的面积将减少23% [4]。这些敏感区域将会面临种植制度、产业结构和作物品种的重大改变。

(1)农作物对温度变化的敏感性

一些作物的生长发育对温度很敏感, 每一种作物都有适合生长的温度区间, 温度过低或过高都不利于作物的生长。平均温度上升会导致生育期缩短与早熟, 有效分蘖减少, 穗重下降、产量降低。以水稻为例,平均气温每升高1度, 生育期日数平均缩短7~ 8天, 在温度为24~ 27度的南部地区,平均气温每升高1度, 生育期缩短14~ 15天;在温度低于24度的北部和高原部地区, 生育期缩短4~10天。在当前的品种条件下, 生育期缩短使有效分蘖减少, 导致总干重和穗重下降、产量降低, 双季稻早稻平均减产约为16% ~ 17% 左右, 晚稻平均减产约为14% ~ 15%。对冬小麦来说,平均气温每升高1度, 目前品种的冬小麦生育日数平均缩短17天左右, 减产幅度大约为10% ~ 12%。对玉米来说,平均气温每升高1度, 生育期缩短7天左右,产量平均下降5% ~ 6%。[4]根据谢云(1999)论文中提出的喜温作物的温度影响函数[ 12] , 笔者绘制出喜温作物对温度的敏感性折线图, 从图1中可以发现这样一些敏感临界点, 第1个敏感临界点a 为6度, 当温度低于6度时, 喜温作物停止生长, 温度在6~ 21度之间时, 作物生长开始生长发育但生长速度缓慢;第2个敏感临界点b为21度, 温度在21~ 28度之间时, 作物生长速度明显加快;第3个敏感临界点c为28度, 28~ 32度之间温度最适合喜温作物的生长;第4个敏感临界点d为32度, 当温度超过32度时, 随着温度的上升, 作物生长明显受到影响;第5个敏感临界点e为44度, 当温度超过44度时, 喜温作物停止生长。

(2)农作物对降水变化的敏感性

农作物对降水存在类似倒U 型曲线的敏感性关系。当降水严重不足时, 农作物对水分的需求得不到满足, 会出现干旱症状, 从而影响作物的正常生长;当降水量增加到一定范围内, 加上温度及光照的配合, 作物得以茁壮成长;当出现连续大雨、降水量超过一定范围时, 又会对作物产生不利的影响。在开花期出现阴雨会影响作物授粉, 造成落花落果;长期阴雨还会诱发病害;降水量过多会造成农田渍害, 严重时作物会被淹死。

农作物各生育阶段对水分的需求是不同的, 对水分的敏感性也不一样, 也就是说敏感临界点和敏感性曲线的峰度都会发生变动。作物对水分最敏感时期, 即水分过多或缺乏对产量影响最显著的时期, 称为作物水分临界期。以冬小麦为例, 拔节到抽穗阶段为冬小麦的需水临界期, 在拔节)抽穗阶段, 小麦进入旺盛生长时期, 耗水量急剧增加, 其中挑旗期是小麦一生对水分要求最敏感的时期, 这段时间为一个月左右, 日耗水为4213立方米/公顷,耗水量约占全生育期的26%, 而在抽穗)成熟阶段, 日耗水量激增, 达到4518立方米/公顷, 耗水量约占全生育期的38%以上。

(3)昆虫对温度变化的敏感性

气候变暖会使农业虫害的分布区发生变化, 气温升高后, 某些虫害的分布区可能扩大, 从而影响农作物生长。昆虫的生长发育有一个适宜温区, 即存在一定的温度范围, 在温带地区适宜温区一般为8~ 40度。温带地区的许多昆虫对温度的第1个敏感临界点为-10度, 如果冬季温度低于-10度以下, 昆虫长期处于冷昏迷状态, 会引起死亡。第2个敏感临界点为8度, 8 ~ 15度是昆虫的发育起点温度, 昆虫在发育起点温度以下的一定温度范围内(B 的抗性;耐盐碱的农作物新品种, 即使在海平面升高, 沿海滩涂盐碱加重时也不影响对滩涂盐碱地的开发利用;其次是改善农作物的生理特性: 包括选育高光合效能和低呼吸消耗的品种, 即使在生育期缩短的情况下也能取得高产优质;对光周期不敏感品种, 即使在种植界限北移时也不因日照条件的变化而影响产量。

2.加强农业水利基础设施建设

我国农田水利基础设施建设工程始建于50年代;大部分工程是因陋就简、因地制宜、就地取材、利用沟、塘、坡地兴建起来的, 工程起点低, 很多工程已基本接近其使用寿命。干渠、支渠的衬砌比重小, 而斗、毛、农渠的渗透系数很大, 涵管、渡槽、闸等建筑物破损失修也十分严重, 造成了渠系水利用系数很低, 暴雨期间蓄水集雨能力不足。因此需要加强农业基础设施建设, 完善灌溉体系, 提高抗旱排涝的能力, 尤其是要加强渠系固化防渗、浅层地下水开发和配套工程建设, 优化灌渠的输水功能,减少输水渠道漏水、渗水, 提高水资源利用率。

3.大力发展节水农业种植技术

气候变暖和干旱将使水分成为困扰农业发展的重要因素, 应大力发展节水农业。改善灌溉系统和灌溉技术, 推行畦灌、喷灌、滴灌和管道灌, 加强用水管理, 实行科学灌溉;改进抗旱措施, 开发节水高效种植模式和配套节水栽培技术。推广农业化学抗旱技术, 如利用保水剂作种子包衣和幼苗根部涂层、在播种和移栽后对土壤喷洒土壤结构改良剂、用抗旱剂和抑制蒸发剂喷湿植物和水面以减少蒸腾和蒸发、开发活性促根剂促根抗旱;推广地膜或秸秆覆盖技术与节水农业发展模式来抑制蒸发。

4.加强农业灾害性天气的预警与响应能力建设

气候变化导致农业气象灾害出现一些新的变化, 总的趋势是极端天气气候事件发生频繁、灾害强度更大。因此必须加强气候灾害预警与响应能力建设, 完善气象综合监测体系, 建设农村气象监测网, 加强暴雨、台风、强对流、干旱、大雾等灾害性天气监测预警平台建设和应急服务系统建设, 把气象技术、遥感技术和计算机通信技术等先进技术相结合, 建立国家级和省级的农业生产气象保障系统。加强对低温严寒、强对流天气、暴雪、干旱、洪涝等农业灾害性天气中长期预测预报、预警能力,另一方面要加强人工影响天气的能力和应急反应能力建设, 特别对突发的洪灾、季节性干旱及台风,以便农业生产者提前做好防范工作, 采取必要的措施来防灾减灾, 以最大限度减少极端气象事件对农业的影响。

五、应对气候变化的农业适应性政策措施

自然生态系统在一定程度上可以自动地适应气候变化, 而人类可以采取一系列适应性行动, 有计划地适应气候变化, 这比自然生态系统自动适应气候变化会带来更好的效果。应对气候变化的适应性措施是指通过调整来适应气候变化, 从而减轻潜在损失、利用机遇的潜在能力水平的对策, 有助于增强气候变化的有利影响、减少不利影响。

1.调整耕作制度, 提高复种指数

气候变暖总的来说将有利于多熟制的发展, 带来熟制的改变、作物品种结构的改变。复种面积将扩大, 复种指数将提高。相关地区需要根据水资源和当地小气候的具体情况, 调整农业种植结构以及品种结构。在我国种植熟制南北界变化的敏感区域, 可以提高复种指数, 如增加麦)稻两熟、麦)棉两熟、油菜)稻两熟、麦(油菜))稻)稻三熟、麦)玉米)稻三熟等多熟制的面积。在华中和华东稻区北部选用生育期较长、产量潜力较高的中、晚熟品种替代生育期较短、产量潜力较低的早、中熟品种。

在一熟制改两熟制或两熟制改三两熟制的地区, 在调整农作物的品种结构时, 不仅要考虑温度条件, 还需要综合考虑到降雨及极端天气气候事件可能带来的影响, 在气候变化环境下的光、温、水资源重新分配和农业气象灾害格局的基础上, 改进农作物的品种布局。

2.完善江河湖泊防洪工程和防洪减灾体系

防洪工程对于抵御洪涝灾害具有极其重要的作用, 目前我国大部分地区的防洪工程标准偏低,为应对未来潜在的洪涝灾害, 需要完善江河湖海防洪工程体系, 将防洪标准提高到50~ 100年一遇的标准。应当开展大中型病险水库及小型水库除险加固工程, 以保障水库下游地区安全。

3.加强土地合理利用

科学合理使用土地是提高适应气候变化能力的必要条件, 保护湿地和森林, 在气候变化的脆弱区域实施退耕还湿、退耕还林、退林还草, 维护良好的生态环境, 保护生物多样性, 从而维护良好的小气候条件、生态环境。

4.发展设施农业, 提高农业抗御自然灾害的能力

塑料大棚、温室可以在一定程度上抵御严寒、干旱、暴雨、病虫害灾害, 研究与推广农业的高产、稳产措施, 开发利用雨水集蓄技术和浅层地下水技术, 增强农业抗旱能力。

5.制订减灾应急预案

各地应根据自然环境和农业自然灾害发生规律, 制定防旱抗涝、抵御寒潮、台风、病虫害等各种自然灾害的减灾应急预案, 确定农业生产避灾减灾的种植模式, 以提高农业适应气候变化的能力。

6.积极推广农业保险

为了分担气候灾害所带来的风险, 减轻农民因气象灾害所带来的损失, 应当积极推广农业保险。近年来新疆、江苏等地已开展了农业保险的试点,对于防灾减灾、稳定农民收入起到良好的作用, 应总结经验, 在更大的范围内推广农业保险。