甘肅酒泉風電基地

甘肅酒泉風電基地是我國第一個千萬級風電基地的啟動項目。該項目場址位於甘肅省酒泉市玉門鎮西南戈壁灘上，地勢平坦開闊，工程地質條件良好，交通運輸和用水用電條件具備，適宜建設大型風電場。項目所處場地風能資源良好，風電場代表年70米高年平均風速為7.89米/秒，年平均風功率密度為427.5瓦/平方米。 項目建成後，每年節約標煤25萬噸，減少二氧化硫廢氣排放量8071噸、二氧化氮廢氣排放量2290噸、二氧化碳排放量42.7萬噸、一氧化碳排放量58噸、煙塵排放量45.4萬噸，減少耗水1.23萬噸，對改善大氣環境有積極的作用。同時項目建設還可增加當地稅收，促進就業，對改善當地的經濟起到重要作用，具有良好的社會效益。

基本介紹

• 中文名：甘肅酒泉風電基地
• 外文名：Jiuquan wind power base in gansu province
• 作用：清潔發電
• 地址：甘肅酒泉
• 領域：能源
• 學科：新能源

簡介

甘肅酒泉風電基地是指位於甘肅省酒泉市的千萬千瓦風電基地。甘肅酒泉風電發展模式既不同於國內現有的風電發展模式，也不同於國外現有的風電發展模式。改革開放30年來，隨著中國經濟的高速發展，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，中國已經成為僅次於美國的全世界第二大能源消費國。到2007年，國內石油需求的一半依靠進口，煤炭也由傳統出口產品轉變為淨進口。

中國能源消費結構中，煤炭、石油和天然氣等化石能源占主導地位。儘管近年來中國化石能源消費所占的比重呈現下降趨勢，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構，決定了中國污染物排放等主要環保指標居高不下。

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，水電開發技術最成熟，目前具備開發條件的水電項目基本已經開發、正在開發或準備開發。風電是除了水電以外開發技術最成熟、開發成本最低的可再生能源，是未來最具有大規模開發價值的可再生能源。隨著全世界化石能源價格的上漲，風力發電成本已經與核電相當，與傳統火電發電成本接近，遠低於生物質、太陽能等其他可再生能源的發電成本。近年來隨著風電設備製造水平的提高，風電建設成本大幅度降低，大規模開發的規模效益也進一步降低了風力發電成本。正因為以上原因，風電發展是國家可再生能源替代戰略的必然選擇。甘肅酒泉以其豐富的風力資源和大規模開發風電的優勢，成為中國千萬千瓦風電基地的歷史性選擇。

國內外風電發展的特點

歐美風電發展的特點

歐洲、美國風電的發展較早，占系統總裝機的比例較大，但其陸上風電多為小型風電場，靠近負荷中心，主要採取風電小規模開發，分散接入低壓配電網，這種就地消納接入模式對電網的影響較小。近年來開始發展的海上風電規模較大，大多採用高電壓等級集中接入的送出模式，但其建設規模是以電網的接受能力為控制條件，單個海上風電規模不太大，接入併網點相對分散，這種分散接入、就地平衡後送出的接入模式對電網的影響也不大。

歐美國家電網結構較堅強，吸納風電的能力強，風電發展較快的地區大多位於電網的中部，因此風電集中接入對電網的總體影響相對較小。另外歐洲、美國在風電的發展過程中已經建立了較完整的管理體系，風電場規劃、建設、運行管理制度較健全，風電設備製造技術水平較高，風電場運行管理經驗豐富，風電場併網規程規範管理辦法較齊全，因此歐美地區風電對電網的影響較小。

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

中國風電發展的特點

中國風電資源豐富的地區大多遠離負荷中心，當地電網結構薄弱，吸納風電的能力弱，並且大多採用大規模集中開發的建設模式，單個風電場或需要集中送出的風電總裝機容量規模越來越大，接入電網系統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總裝機容量的比重較小，但由於風電場規模較大，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於電網末端，風電場併網及電力送出矛盾極其突出。

另外風電設備製造技術水平較低，風電技術規程規範欠缺，管理制度不完善，因此中國風電快速發展已經對電網運行造成了巨大的影響。

中國政府制定扶持風電發展的法律法規、相關政策、規定和管理辦法，通過特許權招標、核准等形式實現風電發展的巨觀調控；政府主導風電以資源開發為主導的發展模式，遠距離、大規模、少業主、高度集中成為中國風電發展的主要形式。

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，酒泉風電基地的風能開發利用主要集中在玉門、瓜州、馬鬃山3個區域內。這3個區域的風速主要集中在4.0～12.0 m/s，年平均風速5.0～6.5m/s，風能密度均超過150 W/m2。

截至2008年年底，甘肅酒泉地區已投產發電的風電裝機容量已達到508.6MW，其中瓜州地區裝機容量300MW，玉門地區裝機容量208.6 MW。甘肅酒泉風電基地2010年年底計畫建成裝機容量為5 160 MW的風電項目，2015年前投產12710MW的風電項目，2020年增加到20000MW以上，2020年以後為30000MW：因此裝機規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900 km，瓜州風電群距離蘭州負荷中心的平均距離約為1 000 km，馬鬃山風電群距離蘭州負荷中心的平均距離約為1 100 km，整個酒泉風電群距離蘭州負荷中心的平均距離約為1 000 km。如果考慮在西北區域內消納風電，距離負荷中心的平均距離更遠，距離負荷中心1 000 km以上是目前已知的距離最遠的風電場。考慮2015年12 710 MW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750 kV電壓等級接入系統，考慮2015年12 710 MW風電必須在全國電力市場消納，需要建設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的電壓等級世界最高，送出工程建設規模和投資世界最大。

酒泉千萬千瓦級風電基地超大規模集中開發、超遠距離輸電的開發模式，突破了國內外現有的風電發展理論，創新了風電發展理念，為世界風電發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

由於風電難以起到常規電源在電力系統中調峰、調頻、調壓和備用等方面的作用，而且存在一些影響電力系統安全穩定經濟運行的因素，因此風力發電與常規電源相比，差異巨大。酒泉大規模風電，除了具有常規風力發電的共性問題以外，還存在許多特殊的個性問題。

輸送能力

甘肅河西電網輸電線路全長約為1000km，是目前國內輸電距離最長、串聯變電所最多的330kV線路，受到電網結構的限制，輸電能力較弱。正常電網運行方式下，河西電網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送出能力以後，無法滿足現有的500MW左右的風電的送出需要。

甘肅省電力公司根據酒泉陸上“三峽”風電基地的建設需要，快速啟動了電網規劃與年度建設計畫的調整工作。為了滿足2010年年底計畫建成投產的5160MW風電項目的需要，計畫投資120億元左右建設河西750 kV電網。但經過分析計算常規河西750kV電網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送出能力的問題，也無法滿足已經核准的5160MW的風電的送出需要。為此甘肅省電力公司與國內有關研究院所合作，開展了深入的研究，採取國內外最先進的750kV串補和世界沒有的750kV可控高抗等多項最先進的技術措施，同時通過750kV電網與新疆聯網，以提高系統穩定水平和輸送能力，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消納的問題，依靠常規的交流電，在目前技術水平下難以將電力電量送到甘肅主網，風電送出問題的矛盾極其突出，必須依靠採取全世界最先進的特高壓直流輸電技術，才有可能解決2015年以後的風電送出問題。

調頻調峰

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

小規模風電占整個電力系統容量比例較小，對於系統調峰能力的需要相對較小，但為了滿足2010年年底計畫建成投產的5 160 MW風電項目的調峰需要，對於全省最大用電負荷僅有8030MW的甘肅電力系統的調峰能力是一項嚴峻的考驗；截至2008年年底甘肅電網統調裝機容量為14960MW，其中水電5294MW、火電9069MW、風電597MW，分別占系統總容量的35.38% 、60.62% 、3.99% ；在14960MW的裝機容量中具備調峰能力的發電機組容量約為6500MW，其中火電機組4500MW、水電機組2000MW，水電機組峰水期調峰能力弱、枯水期調峰能力較強，火電機組供熱期間調峰能力弱、非供熱期間調峰能力較強，受到水電、火電機組運行方式以及檢修等因素的影響，系統內最大可能的調峰容量約為4000MW；考慮事故備用、負荷備用等因素需要占用一部分調峰能力，另外由於省內電網結構的原因可能限制部分機組的調峰能力，全省所有機組的不同時期的總調峰能力約為2500MW；考慮到其中有約1000MW的機組調峰能力需要用於用電負荷調峰，能夠承擔風電調峰的發電能力僅約1500MW，根本無法滿足2010年5160MW風電所需調峰能力的要求。

依靠甘肅自有的水火電機組調峰是遠遠不夠的，必須考慮西北五省區尤其用黃河中上游水電參與調峰，但其中涉及到黃河水資源的綜合利用，大規模跨省調峰的調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峰、電網能否適應系統潮流頻繁大範圍波動等方面技術問題。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消納的問題，在現有技術水平下西北電網的總體調峰能力已經無法滿足要求，需要在更大範圍或新的調峰技術才能解決調峰問題。

電力電量消納

已經核准的風電項目全部投產後，到2010年年底風電裝機容量達到5160MW，年發電量約為10300GW·h ，2008 年全省統調範圍內最大負荷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年全省統調範圍內最大負荷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、火電建設項目大批投產，全省用電需求增長減緩的實際，如果5160MW的風電發電量全部在甘肅省內消納，火電機組的利用小時數將下降到3500h以下。因此無論從電力平衡、電量平衡方面考慮，2010年5160 MW風電在省內難以消納，必須依靠西北電網以及全國電網進行消納。

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，不僅甘肅電網無法消納，西北電網也難以消納。2015年及2020年裝機容量所對應的風電發電量分別約為25000 GW·h、42000GW·h，即使考慮全省用電量需求以年均8%的增長率增長，不僅甘肅電網也無法消納，預計西北電網也難以消納。2015年及以後的風電發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。

系統穩定問題

2010年年底投產的5 160 MW風電主要依靠750 kV交流線路送出，1 000 km 750 kV雙回線路，大概有1 600 MV·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，由於風電的隨機性特點，充電功率的快速變化將對電網的系統穩定產生巨大影響。風電規模越來越大，接入電壓等級越來越高，由於風力發電的間斷性，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，電網必須具備足夠的、動態的感性和容性無功調節能力，同時要求各類發電機組與電網協同調壓，才可能實現電網電壓的有效控制。交流聯網的整個電網的電壓和頻率之間相互影響，酒泉地區風電出力大幅度變化必然引起整個系統電壓、頻率波動，電力系統存在頻率和電壓穩定問題。

為了滿足送出能力的要求，河西750 kV電網必須同時採取750 kV串補和可控高抗等多項最先進的柔性輸電技術，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%的動態無功補償設備（SVC或SVG），串補、可控高抗和動態無功補償設備等柔性輸電技術在河西電網同時套用，不僅可能產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。由於超大規模風電場數學模型不完善，面對超大規模風電的遠距離輸電問題，不僅缺乏實際運行管理經驗，理論分析計算的結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穩定問題。

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鍵。面對前所未有的輸送能力、調峰能力、電力消納和系統穩定等方面的一系列難題，電網企業面臨著前所未有的挑戰。

應對措施

1）超前規劃、加快建設，以風電促進電網發展。科學合理的規劃電網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的要求，國網公司牽頭組織完成了河西750/330 kV電網最大接納風電能力、接入規劃方案、輸電規劃、大規模風電適應性四大課題的研究，根據上述四大課題的研究成果，快速啟動了電網規劃的修訂與調整工作。千方百計加快電網建設是解決風電送出矛盾的關鍵。必須全力以赴加快風電送出工程的前期工作和電網建設。

2）統籌規劃、協調發展，以風電促進電源發展。國際上公認的火電與風電的結構比例為1:5以上。考慮到酒泉千萬千瓦風電基地的特殊情況，為了滿足風電調峰和遠距離送電的經濟性要求，經過初步研究，在酒泉地區滿足火電與風電的結構比例應該按照2∶1考慮。在河西建設相應規模的非風電電源，既可以提高電網的調峰能力，也有利於促進全省經濟的發展。在加快酒泉風電基地建設的同時，充分發揮省內和周邊省份煤炭資源豐富的優勢，努力克服水資源短缺的劣勢，加快河西地區電源規劃的調整，爭取與風電規模同步建設一批新的火電項目，努力建設以風電、火電為主的河西電源基地。同時利用河西地區豐富的太陽能資源，研究風電、太陽能發電互補的可能性，以滿足酒泉風電調峰需求為契機，努力建設包括風電、火電、水電、光電等電源在內的河西電源基地，實現建設酒泉能源基地的發展目標。

3）超前謀劃、爭取政策，以風電促進電力外送。在甘肅河西地區風電、火電以及抽水蓄能電站協調發展，並且實現與新疆哈密聯網運行的基礎上，實際形成了哈密—酒泉風電、火電能源基地的特徵。有了穩定的大規模電源，西北區域電網是難以滿足電力消納的需求，必須在全國範圍內統一資源，最佳化配置。2015年及以後風電及其他電源裝機容量大幅度增加，僅靠西北區域電網是難以滿足調峰能力、電力消納等方面的需求，必須爭取實行跨地區在全國範圍內的資源最佳化配置，提出切實可行的電力外送輸電規劃。

4）建立標準、規範管理，促進風電有序發展。為了適應風電快速發展的要求，必須建立適合大規模風電發展需要的技術標準和管理規範；加強風電場接入系統管理，統一風電機組技術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。

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