關(guān)于大規(guī)模風(fēng)電基地建設(shè)的思考

靳丹，何世恩，丁坤

(1.甘肅省電力公司，蘭州市，730050;2.甘肅省電力公司風(fēng)電技術(shù)中心，蘭州市，730050)

0 引言

風(fēng)電是目前除水電外，最成熟、最經(jīng)濟(jì)的可再生能源發(fā)電技術(shù)。然而，隨著風(fēng)電基地的陸續(xù)建設(shè)和裝機(jī)規(guī)模的高速增長(zhǎng)，我國(guó)風(fēng)電在運(yùn)行中逐漸出現(xiàn)大量的問題，包括風(fēng)電送出受限、調(diào)峰調(diào)頻容量不足、整體技術(shù)水平偏低、運(yùn)行管理缺乏經(jīng)驗(yàn)與規(guī)范、大規(guī)模脫網(wǎng)事件頻發(fā)等，嚴(yán)重影響了風(fēng)電的可持續(xù)發(fā)展，深入分析大規(guī)模風(fēng)電基地建設(shè)中出現(xiàn)的問題、提出解決措施具有重要的意義。

1 國(guó)內(nèi)風(fēng)電發(fā)展現(xiàn)狀

1.1 概況

2010年的世界經(jīng)濟(jì)發(fā)展繼續(xù)遭受金融危機(jī)的困擾，風(fēng)電發(fā)展速度有所減緩，年度新增裝機(jī)容量37.642 GW，較2009年略有下降，但是累計(jì)裝機(jī)容量仍然增長(zhǎng)了 23.6%，超過了 196 GW［1］。

2010年，國(guó)內(nèi)新增風(fēng)電裝機(jī)12904臺(tái)，裝機(jī)容量18.928 GW，年同比增長(zhǎng)37.1%;累計(jì)風(fēng)電裝機(jī)達(dá)34485臺(tái)，總裝機(jī)容量44733 GW(吊裝容量)，年同比增長(zhǎng) 73.3%［1-2］。

2003年以來，國(guó)內(nèi)風(fēng)電裝機(jī)容量年均增長(zhǎng)率達(dá)到70%以上，但各地區(qū)風(fēng)電發(fā)展不平衡。風(fēng)電發(fā)展較快的省份主要在風(fēng)能資源豐富的“三北”地區(qū)和東南沿海［2-3］。

截至2010年底，國(guó)內(nèi)新增風(fēng)電裝機(jī)容量(并網(wǎng))13.99 GW，占國(guó)內(nèi)新增發(fā)電裝機(jī)容量的15.33%，促使水電、核電和風(fēng)電等非化石能源新增裝機(jī)容量比重由2009年度的25.5%提升至26.5%;風(fēng)電并網(wǎng)總?cè)萘?1.07 GW，同比增長(zhǎng)76.53%，占國(guó)內(nèi)發(fā)電設(shè)備總?cè)萘康?.23%;風(fēng)電年度發(fā)電量501億kW·h，同比增長(zhǎng)81.41%，占國(guó)內(nèi)全口徑發(fā)電量的1.18%;風(fēng)電設(shè)備利用小時(shí)數(shù)達(dá)到2097 h，年同比增加 20 h［4］。按照發(fā)電標(biāo)煤煤耗為350 g/(kW·h)計(jì)算，可節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤1754萬t，減少 CO2排放5400萬 t，減少 SO2排放 27.2 萬 t。

1.2 風(fēng)電基地建設(shè)

2006年國(guó)內(nèi)風(fēng)電場(chǎng)的規(guī)劃工作啟動(dòng)，到2010年底，甘肅等6個(gè)省區(qū)的7個(gè)10 GW級(jí)風(fēng)電基地都通過了規(guī)劃審查［5］。2011年1月《山東半島藍(lán)色經(jīng)濟(jì)區(qū)發(fā)展規(guī)劃》被國(guó)務(wù)院批復(fù)［6］，山東成為國(guó)內(nèi)第8個(gè)10 GW級(jí)風(fēng)電基地。截至2011年5月，國(guó)內(nèi)8個(gè)10 GW級(jí)風(fēng)電基地的規(guī)劃情況如表1所示(單位為GW)。其中，山東風(fēng)電基地?cái)?shù)據(jù)來自文獻(xiàn)［6］，其他風(fēng)電基地?cái)?shù)據(jù)來自文獻(xiàn)［5］，中國(guó)的風(fēng)電裝機(jī)容量為估計(jì)值來自文獻(xiàn)［7］。2015年和2020年的國(guó)內(nèi)風(fēng)電發(fā)展規(guī)劃裝機(jī)總?cè)萘糠謩e為90，150 GW，由此可見，風(fēng)電基地裝機(jī)容量在國(guó)內(nèi)風(fēng)電規(guī)劃裝機(jī)容量中占有很大的比重。

表1 國(guó)內(nèi)8個(gè)10 GW級(jí)風(fēng)電基地規(guī)劃裝機(jī)容量Tab.1 Planned capacity of eight 10 GW-level wind power bases GW

1.3 風(fēng)電裝備制造業(yè)發(fā)展

風(fēng)電的快速發(fā)展為國(guó)內(nèi)風(fēng)電設(shè)備制造廠家提供了良好的市場(chǎng)條件。2009年進(jìn)入世界風(fēng)電制造業(yè)前10名的華銳、金風(fēng)、東汽保持高速增長(zhǎng)，2010年聯(lián)合動(dòng)力成為國(guó)內(nèi)第4家進(jìn)入世界前10的風(fēng)電機(jī)組制造商。2010年國(guó)產(chǎn)風(fēng)電機(jī)組占據(jù)了國(guó)內(nèi)新增風(fēng)電裝機(jī)市場(chǎng)的90%，其中華銳、金風(fēng)和東汽的市場(chǎng)占有率均超過了10%。

2 酒泉風(fēng)電基地及其運(yùn)行情況

2.1 酒泉風(fēng)電基地

酒泉是甘肅風(fēng)能資源最豐富的地區(qū)，年有效風(fēng)能儲(chǔ)量在800(kW·h)/m2以上，年平均有效風(fēng)能密度在150 W/m2以上，有效風(fēng)速時(shí)數(shù)在6000 h以上，可開發(fā)風(fēng)電裝機(jī)容量超過40 GW。

酒泉風(fēng)電基地是國(guó)內(nèi)規(guī)劃建設(shè)的第1座10 GW級(jí)風(fēng)電基地，于2009年8月8日正式開工。依據(jù)規(guī)劃，2015年酒泉風(fēng)電基地裝機(jī)容量將達(dá)到12.71 GW，2020年將達(dá)到21.91 GW。

2.2 酒泉風(fēng)電基地運(yùn)行情況

截至2010年底，甘肅并網(wǎng)風(fēng)電裝機(jī)容量達(dá)到1.45 GW;13個(gè)風(fēng)電場(chǎng)年總發(fā)電量20.06億kW·h，同比增加 74.7%［8］。

截至2011年4月底，甘肅并網(wǎng)風(fēng)電裝機(jī)容量4.122 GW，占全網(wǎng)總裝機(jī)容量的16.8%。2011年4月，甘肅風(fēng)電發(fā)電量8.283億kW·h，占總發(fā)電量的9.9%。4月風(fēng)電最大出力和日發(fā)電量均再創(chuàng)歷史新高。風(fēng)電最大出力為4月22日的2.667 GW，占當(dāng)時(shí)風(fēng)電總裝機(jī)容量的65%，占全網(wǎng)發(fā)電出力的22%。風(fēng)電最大日發(fā)電量出現(xiàn)在10日為5519萬kW·h，占當(dāng)日全網(wǎng)發(fā)電量的18.4%。4月風(fēng)電最小出力為0.74 MW。4月風(fēng)電出力占發(fā)電出力、用電負(fù)荷的最大比例分別為21%、29.5%。1，5，15 min風(fēng)電出力最大變化幅度為:229，423，555 MW［9］。

酒泉風(fēng)電基地運(yùn)行具有如下特點(diǎn):(1)雖然大型基地風(fēng)電場(chǎng)群的積聚效應(yīng)使整體出力變化趨緩，但是4月份酒泉風(fēng)電出力1，5，15 min風(fēng)電出力最大變化幅度達(dá)到裝機(jī)容量的5.56%、10.3%和13.5%，超過原有研究估算的最大出力變化幅度;(2)出力波動(dòng)范圍大，4月份多次出現(xiàn)風(fēng)電出力減小到接近于零出力和增大到接近滿發(fā)的情形，與原有研究結(jié)論吻合，系統(tǒng)調(diào)峰需求很大;(3)酒泉風(fēng)電一期主要在西北網(wǎng)內(nèi)消納，目前調(diào)峰基本由甘肅電網(wǎng)承擔(dān)，安全運(yùn)行壓力很大［10-12］。

2.3 酒泉風(fēng)電基地脫網(wǎng)事故

2011年前4個(gè)月，酒泉瓜州地區(qū)各風(fēng)電場(chǎng)因電纜頭等電氣故障造成饋線跳閘20多次。其中比較嚴(yán)重并在國(guó)內(nèi)引起較大響應(yīng)有2起事故。

酒泉橋西第一風(fēng)電場(chǎng)35B開關(guān)間隔C相電纜頭故障絕緣擊穿，造成三相短路，導(dǎo)致包括橋西第一風(fēng)電場(chǎng)在內(nèi)的10座風(fēng)電場(chǎng)中274臺(tái)風(fēng)電機(jī)組因不具備低電壓穿越能力在系統(tǒng)電壓跌落時(shí)脫網(wǎng)。大量風(fēng)電機(jī)組脫網(wǎng)后，因風(fēng)電場(chǎng)無功補(bǔ)償裝置電容器組不具備自動(dòng)投切功能，系統(tǒng)無功過剩，電壓迅速升高，引起6座風(fēng)電場(chǎng)中300臺(tái)風(fēng)電機(jī)組因電壓保護(hù)動(dòng)作脫網(wǎng)。此次事故脫網(wǎng)風(fēng)電機(jī)組達(dá)到598臺(tái)，損失出力840.43 MW，造成西北電網(wǎng)主網(wǎng)頻率由事故前的50.034 Hz降至最低 49.854 Hz［13-14］。

酒泉干河口西第二風(fēng)電場(chǎng)35C2－09箱變高壓側(cè)電纜頭擊穿、35D2－10箱變電纜三相連接處擊穿，35C2、35D22條饋線跳閘，25臺(tái)風(fēng)電機(jī)組脫網(wǎng)。隨后，35 kV配電室35D母線PT柜著火，3502開關(guān)跳閘，97臺(tái)風(fēng)電機(jī)組脫網(wǎng)。事故同時(shí)造成其他12座風(fēng)電場(chǎng)中536臺(tái)風(fēng)電機(jī)組因不具備低電壓穿越能力在系統(tǒng)電壓跌落時(shí)脫網(wǎng)。大量風(fēng)電機(jī)組脫網(wǎng)后，因部分風(fēng)電場(chǎng)無功補(bǔ)償裝置電容器組不具備自動(dòng)投切功能，系統(tǒng)無功過剩，電壓迅速升高，引起2座風(fēng)電場(chǎng)中44臺(tái)風(fēng)電機(jī)組因電壓保護(hù)動(dòng)作脫網(wǎng)。本次事故脫網(wǎng)風(fēng)電機(jī)組達(dá)到702臺(tái)，損失出力約1 GW，造成西北電網(wǎng)主網(wǎng)頻率由事故前的 50.036 Hz降至最低49.815 Hz［14］。

3 問題和解決措施

國(guó)內(nèi)的風(fēng)電發(fā)展逐漸出現(xiàn)大量的問題:

(1)電力規(guī)劃不協(xié)調(diào)。首先，部分規(guī)劃重視電源側(cè)，忽視電網(wǎng)側(cè);其次，風(fēng)電建設(shè)周期短，電網(wǎng)建設(shè)周期長(zhǎng)，缺乏提前規(guī)劃的電網(wǎng)建設(shè)進(jìn)度跟不上風(fēng)電;最后，忽視分布式風(fēng)電發(fā)展。

(2)政策激勵(lì)不足或不對(duì)稱。與電力規(guī)劃類似，風(fēng)電的激勵(lì)政策主要針對(duì)電源側(cè)，電網(wǎng)送出工程建設(shè)投資大，獲取支持力度小，收益低甚至虧損，嚴(yán)重?fù)p害了電網(wǎng)建設(shè)的積極性。

(3)整體技術(shù)水平偏低。國(guó)內(nèi)未能掌握核心技術(shù)，制造水平亟待提高，風(fēng)電機(jī)組產(chǎn)品認(rèn)證體系不健全;科研不夠深入，國(guó)家投入效果差;企業(yè)投入不足，實(shí)踐成果少;風(fēng)電信息交流不暢。

(4)風(fēng)電場(chǎng)建設(shè)倉促，整體質(zhì)量較差，存在諸多安全隱患［13-14］。

(5)風(fēng)電場(chǎng)整體運(yùn)行水平偏低［13-14］。我國(guó)風(fēng)電發(fā)展缺乏經(jīng)驗(yàn)，安全管理制度不健全，現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行規(guī)程不完善，無功管理和二次系統(tǒng)管理不滿足電網(wǎng)安全要求。

針對(duì)以上問題，提出了以下建議和措施:

(1)結(jié)合風(fēng)電資源開發(fā)利用總體規(guī)劃，確定風(fēng)電開發(fā)總量、布局和分期建設(shè)規(guī)模，預(yù)留市場(chǎng)空間;建立風(fēng)電開發(fā)與電網(wǎng)發(fā)展的協(xié)調(diào)機(jī)制，風(fēng)電場(chǎng)與電網(wǎng)工程同時(shí)投產(chǎn);風(fēng)電場(chǎng)信息通信系統(tǒng)、功率預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)系統(tǒng)與風(fēng)電場(chǎng)同步投產(chǎn);鼓勵(lì)分布式風(fēng)電發(fā)展，在負(fù)荷中心合理布局建設(shè)風(fēng)電場(chǎng)。

(2)完善激勵(lì)政策和交易機(jī)制，盡快出臺(tái)風(fēng)電保障性全額收購的實(shí)施細(xì)則;研究制定風(fēng)電跨省區(qū)消納的價(jià)格機(jī)制和輔助服務(wù)定價(jià)補(bǔ)償機(jī)制，完善風(fēng)電配套送出輸變電工程定價(jià)補(bǔ)償機(jī)制和抽水蓄能電站的電價(jià)機(jī)制。

(3)啟動(dòng)風(fēng)電等可再生能源基礎(chǔ)研究項(xiàng)目，加大信息交流力度，公開風(fēng)電數(shù)據(jù)、科技資料、研究報(bào)告和試驗(yàn)設(shè)施等公共資源。

(4)加強(qiáng)工程質(zhì)量過程管理，嚴(yán)格落實(shí)工程質(zhì)量檢查、檢測(cè)、控制和驗(yàn)收制度，確保工程建設(shè)質(zhì)量。

4 結(jié)語

當(dāng)前國(guó)內(nèi)風(fēng)電正處于高速發(fā)展時(shí)期，發(fā)展中也遇到了很多困難。但是清潔能源的發(fā)展是大趨勢(shì)，是保障能源安全、保護(hù)環(huán)境、防止氣候變化的必然選擇。目前各種技術(shù)和政策難題尚處于發(fā)展的初級(jí)階段，較易解決。此時(shí)，通過調(diào)整規(guī)劃、完善激勵(lì)政策和交易機(jī)制、加強(qiáng)科技研發(fā)和檢測(cè)認(rèn)證、強(qiáng)化建設(shè)監(jiān)管、提高運(yùn)行管理水平，實(shí)現(xiàn)風(fēng)電和電網(wǎng)的協(xié)調(diào)發(fā)展，保障風(fēng)電順暢送出并在電力市場(chǎng)中有效消納，提升風(fēng)電機(jī)組制造和風(fēng)電并網(wǎng)運(yùn)行的整體技術(shù)水平，保證風(fēng)電建設(shè)的質(zhì)量和高效的運(yùn)行管理，國(guó)內(nèi)風(fēng)電可以實(shí)現(xiàn)健康、有序、可持續(xù)地發(fā)展，前景十分廣闊。

［1］ World Wind Energy Association(WWEA).World wind energy report 2010［R］.Germany:WWEA，2011:5-9.

［2］中國(guó)可再生能源學(xué)會(huì)風(fēng)能專業(yè)委員會(huì)(CWEA).2010年中國(guó)風(fēng)電裝機(jī)容量統(tǒng)計(jì)［R］.北京:CWEA，2011:5-10.

［3］中國(guó)可再生能源學(xué)會(huì)風(fēng)能專業(yè)委員會(huì)(CWEA).2009年中國(guó)風(fēng)電裝機(jī)容量統(tǒng)計(jì)［R］.北京:CWEA，2010:29-33.

［4］國(guó)家電力監(jiān)管委員會(huì).電力監(jiān)管年度報(bào)告(2010)［R］.北京:國(guó)家電力監(jiān)管委員會(huì)，2011:10-13，25.

［5］國(guó)網(wǎng)北京經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院.七個(gè)千萬千瓦級(jí)風(fēng)電基地輸電規(guī)劃設(shè)計(jì)總報(bào)告［R］.北京:國(guó)網(wǎng)北京經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院，2010:1-5.

［6］中華人民共和國(guó)國(guó)家發(fā)展和改革委員會(huì).山東半島藍(lán)色經(jīng)濟(jì)區(qū)發(fā)展規(guī)劃［R］.北京:中華人民共和國(guó)國(guó)家發(fā)展和改革委員會(huì)，2011:36-37.

［7］國(guó)家電網(wǎng)公司.國(guó)家電網(wǎng)公司促進(jìn)風(fēng)電發(fā)展白皮書［R］.北京:國(guó)家電網(wǎng)公司，2011:1-6.

［8］甘肅省電力公司調(diào)度通信中心.甘肅電網(wǎng)2011年運(yùn)行方式［R］.西寧:甘肅省電力公司，2011:27-28.

［9］甘肅省電力公司調(diào)度通信中心.2011年4月甘肅電網(wǎng)新能源發(fā)電運(yùn)行分析［R］.西寧:甘肅省電力公司，2011:4-7.

［10］ He Shien，Wang Weizhou，JIA Huaisen，et al.Integration of wind power into gansu power grid and its operation［C］//The First International Conference on Sustainable Power Generation and Supply Supereng.Nanjing，China，2009:1-5.

［11］肖創(chuàng)英，汪寧渤，丁坤，等.甘肅酒泉風(fēng)電功率調(diào)節(jié)方式的研究［J］.中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2010，30(10):1-7.

［12］肖創(chuàng)英，汪寧渤，陟晶，等.甘肅酒泉風(fēng)電出力特性分析［J］.電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2010，34(17):64-67.

［13］國(guó)家電力監(jiān)管委員會(huì)(SERC).電監(jiān)會(huì)通報(bào)“2.24”甘肅酒泉風(fēng)電 事 故［N/OL］.http://www.serc.gov.cn/ywdd/201104/t20110406_14540.htm.

［14］國(guó)家電力監(jiān)管委員會(huì)(SERC).關(guān)于近期三起風(fēng)電機(jī)組大規(guī)模脫網(wǎng)事故的通報(bào)［N/OL］.http://www.serc.gov.cn/ywdd/201105/t20110506_14631.htm.