簡介

甘肅酒泉風電基地是指位于甘肅省酒泉市的千萬千瓦風電基地。甘肅酒泉風電發(fā)展模式既不同于國內(nèi)現(xiàn)有的風電發(fā)展模式，也不同于國外現(xiàn)有的風電發(fā)展模式。改革開放30年來，隨著中國經(jīng)濟的高速發(fā)展，能源需求也在快速增加。世界新增能源需求的40%以上來自中國，中國已經(jīng)成為僅次于美國的全世界第二大能源消費國。到2007年，國內(nèi)石油需求的一半依靠進口，煤炭也由傳統(tǒng)出口產(chǎn)品轉(zhuǎn)變?yōu)閮暨M口。

中國能源消費結(jié)構(gòu)中，煤炭、石油和天然氣等化石能源占主導地位。盡管近年來中國化石能源消費所占的比重呈現(xiàn)下降趨勢，但2007年煤炭在能源消費總量的比重仍然高達69.4%，是世界主要經(jīng)濟體中煤炭消費比重最高的國家。能源需求的快速增長和以煤炭為主的能源結(jié)構(gòu)，決定了中國污染物排放等主要環(huán)保指標居高不下。

2007年化石能源消費占能源總量的92.8%，包括水電、核電和風電在內(nèi)的其他能源消費所占比重僅為7.2%，其中除了水電以外的其他可再生能源所占比重非常低。

在所有可再生能源中，水電開發(fā)技術(shù)最成熟，目前具備開發(fā)條件的水電項目基本已經(jīng)開發(fā)、正在開發(fā)或準備開發(fā)。風電是除了水電以外開發(fā)技術(shù)最成熟、開發(fā)成本最低的可再生能源，是未來最具有大規(guī)模開發(fā)價值的可再生能源。隨著全世界化石能源價格的上漲，風力發(fā)電成本已經(jīng)與核電相當，與傳統(tǒng)火電發(fā)電成本接近，遠低于生物質(zhì)、太陽能等其他可再生能源的發(fā)電成本。近年來隨著風電設(shè)備制造水平的提高，風電建設(shè)成本大幅度降低，大規(guī)模開發(fā)的規(guī)模效益也進一步降低了風力發(fā)電成本。正因為以上原因，風電發(fā)展是國家可再生能源替代戰(zhàn)略的必然選擇。甘肅酒泉以其豐富的風力資源和大規(guī)模開發(fā)風電的優(yōu)勢，成為中國千萬千瓦風電基地的歷史性選擇。

國內(nèi)外風電發(fā)展的特點

歐美風電發(fā)展的特點

歐洲、美國風電的發(fā)展較早，占系統(tǒng)總裝機的比例較大，但其陸上風電多為小型風電場，靠近負荷中心，主要采取風電小規(guī)模開發(fā)，分散接入低壓配電網(wǎng)，這種就地消納接入模式對電網(wǎng)的影響較小。近年來開始發(fā)展的海上風電規(guī)模較大，大多采用高電壓等級集中接入的送出模式，但其建設(shè)規(guī)模是以電網(wǎng)的接受能力為控制條件，單個海上風電規(guī)模不太大，接入并網(wǎng)點相對分散，這種分散接入、就地平衡后送出的接入模式對電網(wǎng)的影響也不大。

歐美國家電網(wǎng)結(jié)構(gòu)較堅強，吸納風電的能力強，風電發(fā)展較快的地區(qū)大多位于電網(wǎng)的中部，因此風電集中接入對電網(wǎng)的總體影響相對較小。另外歐洲、美國在風電的發(fā)展過程中已經(jīng)建立了較完整的管理體系，風電場規(guī)劃、建設(shè)、運行管理制度較健全，風電設(shè)備制造技術(shù)水平較高，風電場運行管理經(jīng)驗豐富，風電場并網(wǎng)規(guī)程規(guī)范管理辦法較齊全，因此歐美地區(qū)風電對電網(wǎng)的影響較小。

歐美通過政府制定法律、法規(guī)和相關(guān)政策，引導企業(yè)按照市場需求為導向的發(fā)展模式發(fā)展風電，風電發(fā)展以靠近用電負荷中心、小規(guī)模、多業(yè)主、高度分散為其主要發(fā)展形式。

中國風電發(fā)展的特點

中國風電資源豐富的地區(qū)大多遠離負荷中心，當?shù)仉娋W(wǎng)結(jié)構(gòu)薄弱，吸納風電的能力弱，并且大多采用大規(guī)模集中開發(fā)的建設(shè)模式，單個風電場或需要集中送出的風電總裝機容量規(guī)模越來越大，接入電網(wǎng)系統(tǒng)的電壓等級越來越高，電力電量送出的距離越來越遠，因此雖然風電占系統(tǒng)總裝機容量的比重較小，但由于風電場規(guī)模較大，遠離負荷中心，尤其是千萬千瓦、百萬千瓦級巨型風電基地大多位于電網(wǎng)末端，風電場并網(wǎng)及電力送出矛盾極其突出。

另外風電設(shè)備制造技術(shù)水平較低，風電技術(shù)規(guī)程規(guī)范欠缺，管理制度不完善，因此中國風電快速發(fā)展已經(jīng)對電網(wǎng)運行造成了巨大的影響。

中國政府制定扶持風電發(fā)展的法律法規(guī)、相關(guān)政策、規(guī)定和管理辦法，通過特許權(quán)招標、核準等形式實現(xiàn)風電發(fā)展的宏觀調(diào)控；政府主導風電以資源開發(fā)為主導的發(fā)展模式，遠距離、大規(guī)模、少業(yè)主、高度集中成為中國風電發(fā)展的主要形式。

甘肅酒泉千萬千瓦風電基地的主要特點

甘肅省是全國風能資源較豐富的省區(qū)之一，風能資源理論儲量為237GW，風能總儲量居全國第五位。甘肅省的風能資源主要集中在酒泉地區(qū)，酒泉風電基地的風能開發(fā)利用主要集中在玉門、瓜州、馬鬃山3個區(qū)域內(nèi)。這3個區(qū)域的風速主要集中在4.0～12.0m/s，年平均風速5.0～6.5m/s，風能密度均超過150W/m2。

截至2008年年底，甘肅酒泉地區(qū)已投產(chǎn)發(fā)電的風電裝機容量已達到508.6MW，其中瓜州地區(qū)裝機容量300MW，玉門地區(qū)裝機容量208.6MW。甘肅酒泉風電基地2010年年底計劃建成裝機容量為5160MW的風電項目，2015年前投產(chǎn)12710MW的風電項目，2020年增加到20000MW以上，2020年以后為30000MW：因此裝機規(guī)模巨大是甘肅酒泉風電基地基本特點。

玉門風電群距離蘭州負荷中心的平均距離約為900km，瓜州風電群距離蘭州負荷中心的平均距離約為1000km，馬鬃山風電群距離蘭州負荷中心的平均距離約為1100km，整個酒泉風電群距離蘭州負荷中心的平均距離約為1000km。如果考慮在西北區(qū)域內(nèi)消納風電，距離負荷中心的平均距離更遠，距離負荷中心1000km以上是目前已知的距離最遠的風電場?？紤]2015年12710MW風電必須在全國電力市場消納，其距離負荷中心的距離更遠，因此距離負荷中心最遠、輸電線路最長是甘肅酒泉風電基地的基本特點。

為了滿足風電的送出需要，甘肅酒泉風電基地所有風電項目要直接或間接通過750kV電壓等級接入系統(tǒng)，考慮2015年12710MW風電必須在全國電力市場消納，需要建設(shè)電壓等級更高的特高壓直流輸電工程。甘肅酒泉風電基地風電接入系統(tǒng)的電壓等級世界最高，送出工程建設(shè)規(guī)模和投資世界最大。

酒泉千萬千瓦級風電基地超大規(guī)模集中開發(fā)、超遠距離輸電的開發(fā)模式，突破了國內(nèi)外現(xiàn)有的風電發(fā)展理論，創(chuàng)新了風電發(fā)展理念，為世界風電發(fā)展提供了一種全新的選擇機遇。

甘肅酒泉千萬千瓦風電基地面臨的挑戰(zhàn)

由于風電難以起到常規(guī)電源在電力系統(tǒng)中調(diào)峰、調(diào)頻、調(diào)壓和備用等方面的作用，而且存在一些影響電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定經(jīng)濟運行的因素，因此風力發(fā)電與常規(guī)電源相比，差異巨大。酒泉大規(guī)模風電，除了具有常規(guī)風力發(fā)電的共性問題以外，還存在許多特殊的個性問題。

輸送能力

甘肅河西電網(wǎng)輸電線路全長約為1000km，是目前國內(nèi)輸電距離最長、串聯(lián)變電所最多的330kV線路，受到電網(wǎng)結(jié)構(gòu)的限制，輸電能力較弱。正常電網(wǎng)運行方式下，河西電網(wǎng)西電東送的能力僅為700MW左右，不僅無法滿足酒泉陸上“三峽”風電基地的送出需要，考慮到張掖黑河等水電占用一部分電網(wǎng)送出能力以后，無法滿足現(xiàn)有的500MW左右的風電的送出需要。

甘肅省電力公司根據(jù)酒泉陸上“三峽”風電基地的建設(shè)需要，快速啟動了電網(wǎng)規(guī)劃與年度建設(shè)計劃的調(diào)整工作。為了滿足2010年年底計劃建成投產(chǎn)的5160MW風電項目的需要，計劃投資120億元左右建設(shè)河西750kV電網(wǎng)。但經(jīng)過分析計算常規(guī)河西750kV電網(wǎng)西電東送的能力僅為1800MW左右，不僅無法滿足酒泉陸上“三峽”風電基地的送出需要，不考慮張掖黑河等水電占用一部分電網(wǎng)送出能力的問題，也無法滿足已經(jīng)核準的5160MW的風電的送出需要。為此甘肅省電力公司與國內(nèi)有關(guān)研究院所合作，開展了深入的研究，采取國內(nèi)外最先進的750kV串補和世界沒有的750kV可控高抗等多項最先進的技術(shù)措施，同時通過750kV電網(wǎng)與新疆聯(lián)網(wǎng)，以提高系統(tǒng)穩(wěn)定水平和輸送能力，但也無法滿足5160MW風電送出。

2015年12710MW以及2020年增加到20000MW以上裝機容量的風電項目，即使不考慮電力電量能否在甘肅電網(wǎng)消納的問題，依靠常規(guī)的交流電，在目前技術(shù)水平下難以將電力電量送到甘肅主網(wǎng)，風電送出問題的矛盾極其突出，必須依靠采取全世界最先進的特高壓直流輸電技術(shù)，才有可能解決2015年以后的風電送出問題。

調(diào)頻調(diào)峰

發(fā)電、供電和用電必須同時完成的特點，決定了整個電力系統(tǒng)的總發(fā)電負荷必須隨用電負荷的變化而變化，總發(fā)電負荷適應總用電負荷變化同步調(diào)整，要求電力系統(tǒng)內(nèi)必須有部分發(fā)電機組承擔隨著用電負荷變化而變化的調(diào)整能力，即發(fā)電機組的調(diào)峰能力；由于風電具有“風”的間歇性、波動性、隨機性的特點，決定了風電的發(fā)電負荷難以保持穩(wěn)定，更不可能與用電負荷同步變化，為了滿足發(fā)供用同時完成的電力系統(tǒng)基本要求，必須有其他電源承擔起適應風力發(fā)電負荷變化要求而相應反向變化的發(fā)電負荷調(diào)整能力：因此具有風電的電力系統(tǒng)除了要求滿足正常負荷變化的調(diào)峰能力以外，還必須滿足適應風電隨機性的調(diào)峰能力。

小規(guī)模風電占整個電力系統(tǒng)容量比例較小，對于系統(tǒng)調(diào)峰能力的需要相對較小，但為了滿足2010年年底計劃建成投產(chǎn)的5160MW風電項目的調(diào)峰需要，對于全省最大用電負荷僅有8030MW的甘肅電力系統(tǒng)的調(diào)峰能力是一項嚴峻的考驗；截至2008年年底甘肅電網(wǎng)統(tǒng)調(diào)裝機容量為14960MW，其中水電5294MW、火電9069MW、風電597MW，分別占系統(tǒng)總?cè)萘康?5.38%、60.62%、3.99%；在14960MW的裝機容量中具備調(diào)峰能力的發(fā)電機組容量約為6500MW，其中火電機組4500MW、水電機組2000MW，水電機組峰水期調(diào)峰能力弱、枯水期調(diào)峰能力較強，火電機組供熱期間調(diào)峰能力弱、非供熱期間調(diào)峰能力較強，受到水電、火電機組運行方式以及檢修等因素的影響，系統(tǒng)內(nèi)最大可能的調(diào)峰容量約為4000MW；考慮事故備用、負荷備用等因素需要占用一部分調(diào)峰能力，另外由于省內(nèi)電網(wǎng)結(jié)構(gòu)的原因可能限制部分機組的調(diào)峰能力，全省所有機組的不同時期的總調(diào)峰能力約為2500MW；考慮到其中有約1000MW的機組調(diào)峰能力需要用于用電負荷調(diào)峰，能夠承擔風電調(diào)峰的發(fā)電能力僅約1500MW，根本無法滿足2010年5160MW風電所需調(diào)峰能力的要求。

依靠甘肅自有的水火電機組調(diào)峰是遠遠不夠的，必須考慮西北五省區(qū)尤其用黃河中上游水電參與調(diào)峰，但其中涉及到黃河水資源的綜合利用，大規(guī)模跨省調(diào)峰的調(diào)度管理模式和電費交易管理辦法等一系列管理問題，另外還存在水火電機組能否適應頻繁調(diào)峰、電網(wǎng)能否適應系統(tǒng)潮流頻繁大范圍波動等方面技術(shù)問題。2015年12710MW以及2020年增加到20000MW以上裝機容量的風電項目，即使不考慮電力電量能否在甘肅電網(wǎng)消納的問題，在現(xiàn)有技術(shù)水平下西北電網(wǎng)的總體調(diào)峰能力已經(jīng)無法滿足要求，需要在更大范圍或新的調(diào)峰技術(shù)才能解決調(diào)峰問題。

電力電量消納

已經(jīng)核準的風電項目全部投產(chǎn)后，到2010年年底風電裝機容量達到5160MW，年發(fā)電量約為10300GW·h，2008年全省統(tǒng)調(diào)范圍內(nèi)最大負荷8030MW、省公司售電量52922GW·h，受到金融危機的影響全省用電需求增長趨緩，預計到2010年全省統(tǒng)調(diào)范圍內(nèi)最大負荷9500MW、省公司售電量56000GW·h。全省用電最大負荷僅為9500MW，要消納5160MW風電，從電力平衡的角度考慮幾乎是不可能的；省公司售電量56000GW·h中要消納10300GW·h的風電發(fā)電量，從電量平衡看似乎可能，但考慮到面臨著水電、火電建設(shè)項目大批投產(chǎn)，全省用電需求增長減緩的實際，如果5160MW的風電發(fā)電量全部在甘肅省內(nèi)消納，火電機組的利用小時數(shù)將下降到3500h以下。因此無論從電力平衡、電量平衡方面考慮，2010年5160 MW風電在省內(nèi)難以消納，必須依靠西北電網(wǎng)以及全國電網(wǎng)進行消納。

2015年12710MW以及2020年增加到20000MW以上裝機容量的風電項目，即使考慮全省用電負荷以年均10%的增長率增長，從電力平衡的角度考慮，不僅甘肅電網(wǎng)無法消納，西北電網(wǎng)也難以消納。2015年及2020年裝機容量所對應的風電發(fā)電量分別約為25000GW·h、42000GW·h，即使考慮全省用電量需求以年均8%的增長率增長，不僅甘肅電網(wǎng)也無法消納，預計西北電網(wǎng)也難以消納。2015年及以后的風電發(fā)電量必須依靠全國電力市場消納，因此風電消納存在較大的不確定性。

系統(tǒng)穩(wěn)定問題

2010年年底投產(chǎn)的5160MW風電主要依靠750kV交流線路送出，1000km750kV雙回線路，大概有1600MV·A的線路充電功率，線路的充電功率會隨線路潮流、電壓的變化而變化，由于風電的隨機性特點，充電功率的快速變化將對電網(wǎng)的系統(tǒng)穩(wěn)定產(chǎn)生巨大影響。風電規(guī)模越來越大，接入電壓等級越來越高，由于風力發(fā)電的間斷性，將導致輸出線路的輸送功率大幅度變化，進而引起線路充電功率的大起大落，電網(wǎng)必須具備足夠的、動態(tài)的感性和容性無功調(diào)節(jié)能力，同時要求各類發(fā)電機組與電網(wǎng)協(xié)同調(diào)壓，才可能實現(xiàn)電網(wǎng)電壓的有效控制。交流聯(lián)網(wǎng)的整個電網(wǎng)的電壓和頻率之間相互影響，酒泉地區(qū)風電出力大幅度變化必然引起整個系統(tǒng)電壓、頻率波動，電力系統(tǒng)存在頻率和電壓穩(wěn)定問題。

為了滿足送出能力的要求，河西750kV電網(wǎng)必須同時采取750kV串補和可控高抗等多項最先進的柔性輸電技術(shù)，另外為了適應風電機組間歇性風電的需要，風電場升壓站必須安裝15%～20%的動態(tài)無功補償設(shè)備（SVC或SVG），串補、可控高抗和動態(tài)無功補償設(shè)備等柔性輸電技術(shù)在河西電網(wǎng)同時應用，不僅可能產(chǎn)生次同步諧振等問題，還需要綜合研究柔性輸電的控制策略問題。由于超大規(guī)模風電場數(shù)學模型不完善，面對超大規(guī)模風電的遠距離輸電問題，不僅缺乏實際運行管理經(jīng)驗，理論分析計算的結(jié)論仍然存在不確定性，因此酒泉風電基地可能存在較大的系統(tǒng)穩(wěn)定問題。

能否滿足風電送出的需求是酒泉千萬千瓦級風電基地成功與否的關(guān)鍵。面對前所未有的輸送能力、調(diào)峰能力、電力消納和系統(tǒng)穩(wěn)定等方面的一系列難題，電網(wǎng)企業(yè)面臨著前所未有的挑戰(zhàn)。

應對措施

超前規(guī)劃、加快建設(shè)，以風電促進電網(wǎng)發(fā)展?？茖W合理的規(guī)劃電網(wǎng)是滿足風電送出需求的前提條件。為了適應酒泉千萬千瓦級風電基地建設(shè)的要求，國網(wǎng)公司牽頭組織完成了河西750/330kV電網(wǎng)最大接納風電能力、接入規(guī)劃方案、輸電規(guī)劃、大規(guī)模風電適應性四大課題的研究，根據(jù)上述四大課題的研究成果，快速啟動了電網(wǎng)規(guī)劃的修訂與調(diào)整工作。千方百計加快電網(wǎng)建設(shè)是解決風電送出矛盾的關(guān)鍵。必須全力以赴加快風電送出工程的前期工作和電網(wǎng)建設(shè)。

統(tǒng)籌規(guī)劃、協(xié)調(diào)發(fā)展，以風電促進電源發(fā)展。國際上公認的火電與風電的結(jié)構(gòu)比例為1:5以上。考慮到酒泉千萬千瓦風電基地的特殊情況，為了滿足風電調(diào)峰和遠距離送電的經(jīng)濟性要求，經(jīng)過初步研究，在酒泉地區(qū)滿足火電與風電的結(jié)構(gòu)比例應該按照2∶1考慮。在河西建設(shè)相應規(guī)模的非風電電源，既可以提高電網(wǎng)的調(diào)峰能力，也有利于促進全省經(jīng)濟的發(fā)展。在加快酒泉風電基地建設(shè)的同時，充分發(fā)揮省內(nèi)和周邊省份煤炭資源豐富的優(yōu)勢，努力克服水資源短缺的劣勢，加快河西地區(qū)電源規(guī)劃的調(diào)整，爭取與風電規(guī)模同步建設(shè)一批新的火電項目，努力建設(shè)以風電、火電為主的河西電源基地。同時利用河西地區(qū)豐富的太陽能資源，研究風電、太陽能發(fā)電互補的可能性，以滿足酒泉風電調(diào)峰需求為契機，努力建設(shè)包括風電、火電、水電、光電等電源在內(nèi)的河西電源基地，實現(xiàn)建設(shè)酒泉能源基地的發(fā)展目標。

超前謀劃、爭取政策，以風電促進電力外送。在甘肅河西地區(qū)風電、火電以及抽水蓄能電站協(xié)調(diào)發(fā)展，并且實現(xiàn)與新疆哈密聯(lián)網(wǎng)運行的基礎(chǔ)上，實際形成了哈密—酒泉風電、火電能源基地的特征。有了穩(wěn)定的大規(guī)模電源，西北區(qū)域電網(wǎng)是難以滿足電力消納的需求，必須在全國范圍內(nèi)統(tǒng)一資源，優(yōu)化配置。2015年及以后風電及其他電源裝機容量大幅度增加，僅靠西北區(qū)域電網(wǎng)是難以滿足調(diào)峰能力、電力消納等方面的需求，必須爭取實行跨地區(qū)在全國范圍內(nèi)的資源優(yōu)化配置，提出切實可行的電力外送輸電規(guī)劃。

建立標準、規(guī)范管理，促進風電有序發(fā)展。為了適應風電快速發(fā)展的要求，必須建立適合大規(guī)模風電發(fā)展需要的技術(shù)標準和管理規(guī)范；加強風電場接入系統(tǒng)管理，統(tǒng)一風電機組技術(shù)標準和風電機組性能試驗標準，全面提高風電運行管理水平。

加強研究、攻堅克難，促進風電科學發(fā)展。利用酒泉風電場規(guī)模大、風電機組種類齊全的特點，建立科學準確的甘肅風電場數(shù)學模型，與國內(nèi)外高水平研究機構(gòu)、大學廣泛合作，加快酒泉風電有關(guān)的關(guān)鍵技術(shù)問題的研究，促進風電健康、科學發(fā)展。