靳丹，何世恩，丁坤

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

0 引言

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

1 國內(nèi)風電發(fā)展現(xiàn)狀

1.1 概況

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

2010年，國內(nèi)新增風電裝機12904臺，裝機容量18.928 GW，年同比增長37.1%;累計風電裝機達34485臺，總裝機容量44733 GW(吊裝容量)，年同比增長 73.3%［1-2］。

2003年以來，國內(nèi)風電裝機容量年均增長率達到70%以上，但各地區(qū)風電發(fā)展不平衡。風電發(fā)展較快的省份主要在風能資源豐富的“三北”地區(qū)和東南沿海［2-3］。

截至2010年底，國內(nèi)新增風電裝機容量(并網(wǎng))13.99 GW，占國內(nèi)新增發(fā)電裝機容量的15.33%，促使水電、核電和風電等非化石能源新增裝機容量比重由2009年度的25.5%提升至26.5%;風電并網(wǎng)總?cè)萘?1.07 GW，同比增長76.53%，占國內(nèi)發(fā)電設備總?cè)萘康?.23%;風電年度發(fā)電量501億kW·h，同比增長81.41%，占國內(nèi)全口徑發(fā)電量的1.18%;風電設備利用小時數(shù)達到2097 h，年同比增加 20 h［4］。按照發(fā)電標煤煤耗為350 g/(kW·h)計算，可節(jié)約標準煤1754萬t，減少 CO2排放5400萬 t，減少 SO2排放 27.2 萬 t。

1.2 風電基地建設

2006年國內(nèi)風電場的規(guī)劃工作啟動，到2010年底，甘肅等6個省區(qū)的7個10 GW級風電基地都通過了規(guī)劃審查［5］。2011年1月《山東半島藍色經(jīng)濟區(qū)發(fā)展規(guī)劃》被國務院批復［6］，山東成為國內(nèi)第8個10 GW級風電基地。截至2011年5月，國內(nèi)8個10 GW級風電基地的規(guī)劃情況如表1所示(單位為GW)。其中，山東風電基地數(shù)據(jù)來自文獻［6］，其他風電基地數(shù)據(jù)來自文獻［5］，中國的風電裝機容量為估計值來自文獻［7］。2015年和2020年的國內(nèi)風電發(fā)展規(guī)劃裝機總?cè)萘糠謩e為90，150 GW，由此可見，風電基地裝機容量在國內(nèi)風電規(guī)劃裝機容量中占有很大的比重。

表1 國內(nèi)8個10 GW級風電基地規(guī)劃裝機容量Tab.1 Planned capacity of eight 10 GW-level wind power bases GW

1.3 風電裝備制造業(yè)發(fā)展

風電的快速發(fā)展為國內(nèi)風電設備制造廠家提供了良好的市場條件。2009年進入世界風電制造業(yè)前10名的華銳、金風、東汽保持高速增長，2010年聯(lián)合動力成為國內(nèi)第4家進入世界前10的風電機組制造商。2010年國產(chǎn)風電機組占據(jù)了國內(nèi)新增風電裝機市場的90%，其中華銳、金風和東汽的市場占有率均超過了10%。

2 酒泉風電基地及其運行情況

2.1 酒泉風電基地

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

酒泉風電基地是國內(nèi)規(guī)劃建設的第1座10 GW級風電基地，于2009年8月8日正式開工。依據(jù)規(guī)劃，2015年酒泉風電基地裝機容量將達到12.71 GW，2020年將達到21.91 GW。

2.2 酒泉風電基地運行情況

截至2010年底，甘肅并網(wǎng)風電裝機容量達到1.45 GW;13個風電場年總發(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)風電裝機容量4.122 GW，占全網(wǎng)總裝機容量的16.8%。2011年4月，甘肅風電發(fā)電量8.283億kW·h，占總發(fā)電量的9.9%。4月風電最大出力和日發(fā)電量均再創(chuàng)歷史新高。風電最大出力為4月22日的2.667 GW，占當時風電總裝機容量的65%，占全網(wǎng)發(fā)電出力的22%。風電最大日發(fā)電量出現(xiàn)在10日為5519萬kW·h，占當日全網(wǎng)發(fā)電量的18.4%。4月風電最小出力為0.74 MW。4月風電出力占發(fā)電出力、用電負荷的最大比例分別為21%、29.5%。1，5，15 min風電出力最大變化幅度為:229，423，555 MW［9］。

酒泉風電基地運行具有如下特點:(1)雖然大型基地風電場群的積聚效應使整體出力變化趨緩，但是4月份酒泉風電出力1，5，15 min風電出力最大變化幅度達到裝機容量的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)出力波動范圍大，4月份多次出現(xiàn)風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，安全運行壓力很大［10-12］。

2.3 酒泉風電基地脫網(wǎng)事故

2011年前4個月，酒泉瓜州地區(qū)各風電場因電纜頭等電氣故障造成饋線跳閘20多次。其中比較嚴重并在國內(nèi)引起較大響應有2起事故。

酒泉橋西第一風電場35B開關間隔C相電纜頭故障絕緣擊穿，造成三相短路，導致包括橋西第一風電場在內(nèi)的10座風電場中274臺風電機組因不具備低電壓穿越能力在系統(tǒng)電壓跌落時脫網(wǎng)。大量風電機組脫網(wǎng)后，因風電場無功補償裝置電容器組不具備自動投切功能，系統(tǒng)無功過剩，電壓迅速升高，引起6座風電場中300臺風電機組因電壓保護動作脫網(wǎng)。此次事故脫網(wǎng)風電機組達到598臺，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電場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臺風電機組脫網(wǎng)。隨后，35 kV配電室35D母線PT柜著火，3502開關跳閘，97臺風電機組脫網(wǎng)。事故同時造成其他12座風電場中536臺風電機組因不具備低電壓穿越能力在系統(tǒng)電壓跌落時脫網(wǎng)。大量風電機組脫網(wǎng)后，因部分風電場無功補償裝置電容器組不具備自動投切功能，系統(tǒng)無功過剩，電壓迅速升高，引起2座風電場中44臺風電機組因電壓保護動作脫網(wǎng)。本次事故脫網(wǎng)風電機組達到702臺，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

國內(nèi)的風電發(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，風電建設周期短，電網(wǎng)建設周期長，缺乏提前規(guī)劃的電網(wǎng)建設進度跟不上風電;最后，忽視分布式風電發(fā)展。

(2)政策激勵不足或不對稱。與電力規(guī)劃類似，風電的激勵政策主要針對電源側(cè)，電網(wǎng)送出工程建設投資大，獲取支持力度小，收益低甚至虧損，嚴重損害了電網(wǎng)建設的積極性。

(3)整體技術水平偏低。國內(nèi)未能掌握核心技術，制造水平亟待提高，風電機組產(chǎn)品認證體系不健全;科研不夠深入，國家投入效果差;企業(yè)投入不足，實踐成果少;風電信息交流不暢。

(4)風電場建設倉促，整體質(zhì)量較差，存在諸多安全隱患［13-14］。

(5)風電場整體運行水平偏低［13-14］。我國風電發(fā)展缺乏經(jīng)驗，安全管理制度不健全，現(xiàn)場運行規(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。

針對以上問題，提出了以下建議和措施:

(1)結(jié)合風電資源開發(fā)利用總體規(guī)劃，確定風電開發(fā)總量、布局和分期建設規(guī)模，預留市場空間;建立風電開發(fā)與電網(wǎng)發(fā)展的協(xié)調(diào)機制，風電場與電網(wǎng)工程同時投產(chǎn);風電場信息通信系統(tǒng)、功率預測預報系統(tǒng)與風電場同步投產(chǎn);鼓勵分布式風電發(fā)展，在負荷中心合理布局建設風電場。

(2)完善激勵政策和交易機制，盡快出臺風電保障性全額收購的實施細則;研究制定風電跨省區(qū)消納的價格機制和輔助服務定價補償機制，完善風電配套送出輸變電工程定價補償機制和抽水蓄能電站的電價機制。

(3)啟動風電等可再生能源基礎研究項目，加大信息交流力度，公開風電數(shù)據(jù)、科技資料、研究報告和試驗設施等公共資源。

(4)加強工程質(zhì)量過程管理，嚴格落實工程質(zhì)量檢查、檢測、控制和驗收制度，確保工程建設質(zhì)量。

4 結(jié)語

當前國內(nèi)風電正處于高速發(fā)展時期，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，是保障能源安全、保護環(huán)境、防止氣候變化的必然選擇。目前各種技術和政策難題尚處于發(fā)展的初級階段，較易解決。此時，通過調(diào)整規(guī)劃、完善激勵政策和交易機制、加強科技研發(fā)和檢測認證、強化建設監(jiān)管、提高運行管理水平，實現(xiàn)風電和電網(wǎng)的協(xié)調(diào)發(fā)展，保障風電順暢送出并在電力市場中有效消納，提升風電機組制造和風電并網(wǎng)運行的整體技術水平，保證風電建設的質(zhì)量和高效的運行管理，國內(nèi)風電可以實現(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］中國可再生能源學會風能專業(yè)委員會(CWEA).2010年中國風電裝機容量統(tǒng)計［R］.北京:CWEA，2011:5-10.

［3］中國可再生能源學會風能專業(yè)委員會(CWEA).2009年中國風電裝機容量統(tǒng)計［R］.北京:CWEA，2010:29-33.

［4］國家電力監(jiān)管委員會.電力監(jiān)管年度報告(2010)［R］.北京:國家電力監(jiān)管委員會，2011:10-13，25.

［5］國網(wǎng)北京經(jīng)濟技術研究院.七個千萬千瓦級風電基地輸電規(guī)劃設計總報告［R］.北京:國網(wǎng)北京經(jīng)濟技術研究院，2010:1-5.

［6］中華人民共和國國家發(fā)展和改革委員會.山東半島藍色經(jīng)濟區(qū)發(fā)展規(guī)劃［R］.北京:中華人民共和國國家發(fā)展和改革委員會，2011:36-37.

［7］國家電網(wǎng)公司.國家電網(wǎng)公司促進風電發(fā)展白皮書［R］.北京:國家電網(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.甘肅酒泉風電功率調(diào)節(jié)方式的研究［J］.中國電機工程學報，2010，30(10):1-7.

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［13］國家電力監(jiān)管委員會(SERC).電監(jiān)會通報“2.24”甘肅酒泉風電 事 故［N/OL］.http://www.serc.gov.cn/ywdd/201104/t20110406_14540.htm.

［14］國家電力監(jiān)管委員會(SERC).關于近期三起風電機組大規(guī)模脫網(wǎng)事故的通報［N/OL］.http://www.serc.gov.cn/ywdd/201105/t20110506_14631.htm.