中國千萬千瓦級風(fēng)電基地規(guī)劃與發(fā)展

文 | 董德蘭

中國風(fēng)電的迅速崛起發(fā)展，離不開中國風(fēng)電大基地規(guī)劃建設(shè)成果的支撐。早在2009年中國風(fēng)電裝機超過美國成為世界第一，在哥本哈根會議上中國也宣布2020年和2030年非化石能源占一次能源消費比重的目標(biāo)分別為15%和20%。中國計劃2020年對風(fēng)電取消補貼，風(fēng)電已成為我國重要的替代電源，到2020年風(fēng)電的發(fā)電量約占全國總發(fā)電量的6%。

中國風(fēng)電“十三五”規(guī)劃提出“到2020年風(fēng)電裝機確保達到2.1億千瓦以上”的要求。陸上新增風(fēng)電裝機分布，大約“三北”大基地風(fēng)電裝機和中東南部風(fēng)電裝機各占50%。完成上述目標(biāo)仍然離不開大型風(fēng)電基地的規(guī)劃和建設(shè)。

中國大型風(fēng)電基地的起源是在2005年烏魯木齊全國第二次風(fēng)電大會后，國家發(fā)展改革委原副主任張國寶一行來到甘肅河西走廊，當(dāng)時安西民間流傳“安西一年只刮一場風(fēng)，從大年初一到大年三十”。對于安西一望無垠的戈壁灘，張國寶用“震撼”兩個字形容，并提出了建設(shè)“空中三峽”的設(shè)想，即建設(shè)千萬千瓦級風(fēng)電基地。甘肅省政府隨后提出議案，經(jīng)過幾年的醞釀準(zhǔn)備，中國第一個《甘肅酒泉千萬千瓦級風(fēng)電基地規(guī)劃報告》于2008年春天在北京通過了審查，拉開了中國大規(guī)模開發(fā)風(fēng)電的序幕。

千萬千瓦級風(fēng)電基地的規(guī)劃

圖1 甘肅酒泉千萬千瓦級風(fēng)電基地示意圖

甘肅酒泉風(fēng)電基地：甘肅河西走廊，由于獨特的地理位置，風(fēng)在兩山夾一谷的峽谷效應(yīng)下增速，風(fēng)能資源非常豐富，具備建設(shè)大型風(fēng)電基地的條件。尤其是酒泉地區(qū)的安西（后更名瓜州）至玉門之間開發(fā)條件最好。因此，酒泉千萬千瓦級風(fēng)電基地一期380萬千瓦風(fēng)電率先開發(fā)，之后二期300萬千瓦風(fēng)電和三期500萬千瓦風(fēng)電在總結(jié)了新疆哈密-鄭州特高壓跨區(qū)送電促進可再生能源消納經(jīng)驗后，逐步實現(xiàn)有計劃開發(fā)。二期和三期大部分風(fēng)電需通過酒泉-湖南正負(fù)800直流特高壓跨區(qū)送出。目前二期300萬千瓦風(fēng)電項目已建成，三期500萬千瓦風(fēng)電項目通過可行性研究審查，待酒-湖特高壓完全具備送出條件即可投入。

新疆哈密風(fēng)電基地：新疆哈密地區(qū)天山南北地域廣闊，風(fēng)能資源優(yōu)良，特別是天山北部三塘湖地區(qū)，風(fēng)能資源最優(yōu)，是建設(shè)大型風(fēng)電基地的最佳場址。在甘肅酒泉基地一期380萬千瓦風(fēng)電開發(fā)建設(shè)成功經(jīng)驗基礎(chǔ)上，2010年哈密風(fēng)電基地有序開發(fā)了風(fēng)電一期工程200萬千瓦，二期工程800萬千瓦風(fēng)電項目在研究了新疆哈密-鄭州正負(fù)800直流特高壓跨區(qū)送出的基礎(chǔ)上獲得批準(zhǔn)，此項目的建設(shè)為促進可再生能源消納積累了經(jīng)驗。

內(nèi)蒙古蒙東、蒙西風(fēng)電基地：內(nèi)蒙古蒙東、蒙西地區(qū)，地域遼闊，風(fēng)能資源豐富，但開發(fā)大型風(fēng)電基地限制性因素也很多。該地區(qū)不但是我國航天飛船的落點，也是多種礦藏資源豐富的地區(qū)，加上電力消納問題突出，風(fēng)電場開發(fā)相對較慢，是建設(shè)大型風(fēng)電基地的潛在優(yōu)良場址。在總結(jié)甘肅酒泉和新疆哈密兩大風(fēng)電基地經(jīng)驗教訓(xùn)的基礎(chǔ)上，吸收統(tǒng)一規(guī)劃設(shè)計、大規(guī)模跨區(qū)外送消納新能源的經(jīng)驗，隨著近期中國多條特高壓線路的批準(zhǔn)建設(shè)，加上先進技術(shù)、智能化風(fēng)電機組和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的運用，可使風(fēng)能利用、風(fēng)電場的協(xié)調(diào)管理效率大大提高。在內(nèi)蒙古建設(shè)大型風(fēng)電基地的條件已經(jīng)具備，在國家發(fā)展改革委的指導(dǎo)下，目前已被列入國家風(fēng)電競價和實現(xiàn)無補貼平價上網(wǎng)風(fēng)電示范基地。

圖2 新疆哈密千萬千瓦級風(fēng)電基地示意圖

千萬千瓦級風(fēng)電基地存在的問題

中國風(fēng)能大規(guī)模集中分布的范圍主要在中國的西北部，而負(fù)荷主要集中在中國東部和中部。目前風(fēng)電并網(wǎng)模式大部分為建設(shè)大基地，接入大電網(wǎng)；大規(guī)模高集中、高電壓遠距離輸送。

由于風(fēng)電出力過程的隨機性和間歇性及當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)調(diào)峰能力有限等原因，風(fēng)電大規(guī)模長距離輸送存在困難。隨著西北地區(qū)風(fēng)電開發(fā)規(guī)模逐漸增大，風(fēng)電接入電網(wǎng)和運行限電問題日益突出，風(fēng)電并網(wǎng)運行問題成為我國風(fēng)電快速發(fā)展中面臨的嚴(yán)重問題，是風(fēng)電大規(guī)模發(fā)展的最大制約。

近幾年來由于新能源的快速發(fā)展，受西部地區(qū)電力市場消納能力不足導(dǎo)致風(fēng)電和太陽能發(fā)電等新能源發(fā)電棄風(fēng)、棄光問題，已成為制約當(dāng)前可再生能源發(fā)展的最主要原因。最嚴(yán)重的2012年中國棄風(fēng)電量超過200億千瓦時，棄風(fēng)率達到17%，棄風(fēng)集中在“三北”地區(qū)，部分地區(qū)棄風(fēng)率超過25%。

千萬千瓦級風(fēng)電基地規(guī)劃的經(jīng)驗

為解決風(fēng)電并網(wǎng)及消納問題，考慮到中國特殊的地理位置和國情，利用特高壓輸電線路將西部新能源電量遠距離輸送到電力負(fù)荷中心的中東部地區(qū)是一條解決的途徑。中國已建的“西電東送”工程已成功將西部水電、火電電量輸送到東部。

為實現(xiàn)西電東送而且輸送更多可再生能源的目標(biāo)，通過研究西部風(fēng)電和太陽能發(fā)電建設(shè)密集地區(qū)的出力特性及對電力系統(tǒng)的影響，綜合考慮區(qū)域內(nèi)火力發(fā)電特性及燃煤機組變負(fù)荷能力，利用火電機組對風(fēng)電、太陽能發(fā)電出力過程進行調(diào)節(jié)，分析“風(fēng)、光、火”借助特高壓通道實現(xiàn)外送的技術(shù)可行性，并在聯(lián)合運行多方案合理性和經(jīng)濟性比較的基礎(chǔ)上，提出了各類電源間的最優(yōu)配置方案和送出方案，實現(xiàn)風(fēng)電、太陽能發(fā)電與火電系統(tǒng)的友好互動和智能調(diào)度，使可再生能源電力在更大范圍內(nèi)消納。

圖3 中國西電東送工程示意圖

研究表明，多能互補可實現(xiàn)節(jié)能減排目標(biāo)，加快發(fā)展可再生能源。實施水電-風(fēng)電互補、抽水蓄能-風(fēng)電互補等多能互補，是解決風(fēng)電并網(wǎng)問題的有效途徑。多能互補有利于可再生能源開發(fā)、優(yōu)化電源結(jié)構(gòu)以及改善電網(wǎng)運行條件。水電、風(fēng)電、光電、抽水蓄能電站等可再生能源，通過多能互補，可構(gòu)成發(fā)電-儲能-供電鏈條，可以滿足電力需要，從而實現(xiàn)逐步替代化石類能源的目標(biāo)。

同時大基地的設(shè)計也需要更加精細(xì)化，需評估分析大基地內(nèi)各種能源的同時率、出力特性及對電力系統(tǒng)的影響；統(tǒng)籌考慮風(fēng)電場之間和風(fēng)電機組之間的尾流影響。經(jīng)驗表明，地形較為平緩區(qū)域應(yīng)采用規(guī)則排布，在風(fēng)電機組排布垂直區(qū)域主風(fēng)向，適當(dāng)增大兩列機組間距，以減小尾流影響；至于地形起伏較大的區(qū)域，則需采用不規(guī)則排布方案。結(jié)合場址區(qū)域地形、地貌特點及壓礦、林地分布情況，設(shè)置風(fēng)速恢復(fù)距離尤為重要。

為保障基地建設(shè)實施，避免基地開發(fā)重復(fù)建設(shè)路、水、電等公用設(shè)施，對基地道路、升壓站（匯集站）等公用配套設(shè)施采用統(tǒng)一規(guī)劃設(shè)計、統(tǒng)一建設(shè)、集中管理，實現(xiàn)基地資源、能源的集約化經(jīng)營和高效利用，建設(shè)高質(zhì)量風(fēng)電產(chǎn)業(yè)基地。

風(fēng)電基地投運項目建立統(tǒng)一信息管理平臺，實現(xiàn)遠程監(jiān)控及風(fēng)電信息預(yù)測。建立可預(yù)測、可控制、可調(diào)度的綜合能源基地信息管理平臺，提高跨區(qū)電力運行管理水平，確保基地發(fā)電出力可靠送出。

攝影：童勇