关于大规模风电基地建设的思考

靳丹，何世恩，丁坤

(1.甘肃省电力公司，兰州市，730050;2.甘肃省电力公司风电技术中心，兰州市，730050)

0 引言

风电是目前除水电外，最成熟、最经济的可再生能源发电技术。然而，随着风电基地的陆续建设和装机规模的高速增长，我国风电在运行中逐渐出现大量的问题，包括风电送出受限、调峰调频容量不足、整体技术水平偏低、运行管理缺乏经验与规范、大规模脱网事件频发等，严重影响了风电的可持续发展，深入分析大规模风电基地建设中出现的问题、提出解决措施具有重要的意义。

1 国内风电发展现状

1.1 概况

2010年的世界经济发展继续遭受金融危机的困扰，风电发展速度有所减缓，年度新增装机容量37.642 GW，较2009年略有下降，但是累计装机容量仍然增长了 23.6%，超过了 196 GW［1］。

2010年，国内新增风电装机12904台，装机容量18.928 GW，年同比增长37.1%;累计风电装机达34485台，总装机容量44733 GW(吊装容量)，年同比增长 73.3%［1-2］。

2003年以来，国内风电装机容量年均增长率达到70%以上，但各地区风电发展不平衡。风电发展较快的省份主要在风能资源丰富的“三北”地区和东南沿海［2-3］。

截至2010年底，国内新增风电装机容量(并网)13.99 GW，占国内新增发电装机容量的15.33%，促使水电、核电和风电等非化石能源新增装机容量比重由2009年度的25.5%提升至26.5%;风电并网总容量31.07 GW，同比增长76.53%，占国内发电设备总容量的3.23%;风电年度发电量501亿kW·h，同比增长81.41%，占国内全口径发电量的1.18%;风电设备利用小时数达到2097 h，年同比增加 20 h［4］。按照发电标煤煤耗为350 g/(kW·h)计算，可节约标准煤1754万t，减少 CO2排放5400万 t，减少 SO2排放 27.2 万 t。

1.2 风电基地建设

2006年国内风电场的规划工作启动，到2010年底，甘肃等6个省区的7个10 GW级风电基地都通过了规划审查［5］。2011年1月《山东半岛蓝色经济区发展规划》被国务院批复［6］，山东成为国内第8个10 GW级风电基地。截至2011年5月，国内8个10 GW级风电基地的规划情况如表1所示(单位为GW)。其中，山东风电基地数据来自文献［6］，其他风电基地数据来自文献［5］，中国的风电装机容量为估计值来自文献［7］。2015年和2020年的国内风电发展规划装机总容量分别为90，150 GW，由此可见，风电基地装机容量在国内风电规划装机容量中占有很大的比重。

表1 国内8个10 GW级风电基地规划装机容量Tab.1 Planned capacity of eight 10 GW-level wind power bases GW

1.3 风电装备制造业发展

风电的快速发展为国内风电设备制造厂家提供了良好的市场条件。2009年进入世界风电制造业前10名的华锐、金风、东汽保持高速增长，2010年联合动力成为国内第4家进入世界前10的风电机组制造商。2010年国产风电机组占据了国内新增风电装机市场的90%，其中华锐、金风和东汽的市场占有率均超过了10%。

2 酒泉风电基地及其运行情况

2.1 酒泉风电基地

酒泉是甘肃风能资源最丰富的地区，年有效风能储量在800(kW·h)/m2以上，年平均有效风能密度在150 W/m2以上，有效风速时数在6000 h以上，可开发风电装机容量超过40 GW。

酒泉风电基地是国内规划建设的第1座10 GW级风电基地，于2009年8月8日正式开工。依据规划，2015年酒泉风电基地装机容量将达到12.71 GW，2020年将达到21.91 GW。

2.2 酒泉风电基地运行情况

截至2010年底，甘肃并网风电装机容量达到1.45 GW;13个风电场年总发电量20.06亿kW·h，同比增加 74.7%［8］。

截至2011年4月底，甘肃并网风电装机容量4.122 GW，占全网总装机容量的16.8%。2011年4月，甘肃风电发电量8.283亿kW·h，占总发电量的9.9%。4月风电最大出力和日发电量均再创历史新高。风电最大出力为4月22日的2.667 GW，占当时风电总装机容量的65%，占全网发电出力的22%。风电最大日发电量出现在10日为5519万kW·h，占当日全网发电量的18.4%。4月风电最小出力为0.74 MW。4月风电出力占发电出力、用电负荷的最大比例分别为21%、29.5%。1，5，15 min风电出力最大变化幅度为:229，423，555 MW［9］。

酒泉风电基地运行具有如下特点:(1)虽然大型基地风电场群的积聚效应使整体出力变化趋缓，但是4月份酒泉风电出力1，5，15 min风电出力最大变化幅度达到装机容量的5.56%、10.3%和13.5%，超过原有研究估算的最大出力变化幅度;(2)出力波动范围大，4月份多次出现风电出力减小到接近于零出力和增大到接近满发的情形，与原有研究结论吻合，系统调峰需求很大;(3)酒泉风电一期主要在西北网内消纳，目前调峰基本由甘肃电网承担，安全运行压力很大［10-12］。

2.3 酒泉风电基地脱网事故

2011年前4个月，酒泉瓜州地区各风电场因电缆头等电气故障造成馈线跳闸20多次。其中比较严重并在国内引起较大响应有2起事故。

酒泉桥西第一风电场35B开关间隔C相电缆头故障绝缘击穿，造成三相短路，导致包括桥西第一风电场在内的10座风电场中274台风电机组因不具备低电压穿越能力在系统电压跌落时脱网。大量风电机组脱网后，因风电场无功补偿装置电容器组不具备自动投切功能，系统无功过剩，电压迅速升高，引起6座风电场中300台风电机组因电压保护动作脱网。此次事故脱网风电机组达到598台，损失出力840.43 MW，造成西北电网主网频率由事故前的50.034 Hz降至最低 49.854 Hz［13-14］。

酒泉干河口西第二风电场35C2－09箱变高压侧电缆头击穿、35D2－10箱变电缆三相连接处击穿，35C2、35D22条馈线跳闸，25台风电机组脱网。随后，35 kV配电室35D母线PT柜着火，3502开关跳闸，97台风电机组脱网。事故同时造成其他12座风电场中536台风电机组因不具备低电压穿越能力在系统电压跌落时脱网。大量风电机组脱网后，因部分风电场无功补偿装置电容器组不具备自动投切功能，系统无功过剩，电压迅速升高，引起2座风电场中44台风电机组因电压保护动作脱网。本次事故脱网风电机组达到702台，损失出力约1 GW，造成西北电网主网频率由事故前的 50.036 Hz降至最低49.815 Hz［14］。

3 问题和解决措施

国内的风电发展逐渐出现大量的问题:

(1)电力规划不协调。首先，部分规划重视电源侧，忽视电网侧;其次，风电建设周期短，电网建设周期长，缺乏提前规划的电网建设进度跟不上风电;最后，忽视分布式风电发展。

(2)政策激励不足或不对称。与电力规划类似，风电的激励政策主要针对电源侧，电网送出工程建设投资大，获取支持力度小，收益低甚至亏损，严重损害了电网建设的积极性。

(3)整体技术水平偏低。国内未能掌握核心技术，制造水平亟待提高，风电机组产品认证体系不健全;科研不够深入，国家投入效果差;企业投入不足，实践成果少;风电信息交流不畅。

(4)风电场建设仓促，整体质量较差，存在诸多安全隐患［13-14］。

(5)风电场整体运行水平偏低［13-14］。我国风电发展缺乏经验，安全管理制度不健全，现场运行规程不完善，无功管理和二次系统管理不满足电网安全要求。

针对以上问题，提出了以下建议和措施:

(1)结合风电资源开发利用总体规划，确定风电开发总量、布局和分期建设规模，预留市场空间;建立风电开发与电网发展的协调机制，风电场与电网工程同时投产;风电场信息通信系统、功率预测预报系统与风电场同步投产;鼓励分布式风电发展，在负荷中心合理布局建设风电场。

(2)完善激励政策和交易机制，尽快出台风电保障性全额收购的实施细则;研究制定风电跨省区消纳的价格机制和辅助服务定价补偿机制，完善风电配套送出输变电工程定价补偿机制和抽水蓄能电站的电价机制。

(3)启动风电等可再生能源基础研究项目，加大信息交流力度，公开风电数据、科技资料、研究报告和试验设施等公共资源。

(4)加强工程质量过程管理，严格落实工程质量检查、检测、控制和验收制度，确保工程建设质量。

4 结语

当前国内风电正处于高速发展时期，发展中也遇到了很多困难。但是清洁能源的发展是大趋势，是保障能源安全、保护环境、防止气候变化的必然选择。目前各种技术和政策难题尚处于发展的初级阶段，较易解决。此时，通过调整规划、完善激励政策和交易机制、加强科技研发和检测认证、强化建设监管、提高运行管理水平，实现风电和电网的协调发展，保障风电顺畅送出并在电力市场中有效消纳，提升风电机组制造和风电并网运行的整体技术水平，保证风电建设的质量和高效的运行管理，国内风电可以实现健康、有序、可持续地发展，前景十分广阔。

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

［2］中国可再生能源学会风能专业委员会(CWEA).2010年中国风电装机容量统计［R］.北京:CWEA，2011:5-10.

［3］中国可再生能源学会风能专业委员会(CWEA).2009年中国风电装机容量统计［R］.北京:CWEA，2010:29-33.

［4］国家电力监管委员会.电力监管年度报告(2010)［R］.北京:国家电力监管委员会，2011:10-13，25.

［5］国网北京经济技术研究院.七个千万千瓦级风电基地输电规划设计总报告［R］.北京:国网北京经济技术研究院，2010:1-5.

［6］中华人民共和国国家发展和改革委员会.山东半岛蓝色经济区发展规划［R］.北京:中华人民共和国国家发展和改革委员会，2011:36-37.

［7］国家电网公司.国家电网公司促进风电发展白皮书［R］.北京:国家电网公司，2011:1-6.

［8］甘肃省电力公司调度通信中心.甘肃电网2011年运行方式［R］.西宁:甘肃省电力公司，2011:27-28.

［9］甘肃省电力公司调度通信中心.2011年4月甘肃电网新能源发电运行分析［R］.西宁:甘肃省电力公司，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］肖创英，汪宁渤，丁坤，等.甘肃酒泉风电功率调节方式的研究［J］.中国电机工程学报，2010，30(10):1-7.

［12］肖创英，汪宁渤，陟晶，等.甘肃酒泉风电出力特性分析［J］.电力系统自动化，2010，34(17):64-67.

［13］国家电力监管委员会(SERC).电监会通报“2.24”甘肃酒泉风电 事 故［N/OL］.http://www.serc.gov.cn/ywdd/201104/t20110406_14540.htm.

［14］国家电力监管委员会(SERC).关于近期三起风电机组大规模脱网事故的通报［N/OL］.http://www.serc.gov.cn/ywdd/201105/t20110506_14631.htm.