電源與電網(wǎng)協(xié)調(diào)發(fā)展 風(fēng)電需要特高壓

作為最早發(fā)展大型風(fēng)電的區(qū)域，甘肅一直是我國風(fēng)電發(fā)展的風(fēng)向標。2010年11月，酒泉風(fēng)電基地一期工程536萬千瓦裝機與配套的河西750千伏輸變電工程同步建成，2011年，甘肅全網(wǎng)風(fēng)電發(fā)電量累計70.5億千瓦時，同比增長234%。2012年，酒泉風(fēng)電基地二期首批300萬千瓦工程建設(shè)全面啟動。預(yù)計到2015年，甘肅風(fēng)電裝機容量將達到1700萬千瓦以上。風(fēng)電在快速發(fā)展的同時，也面臨了諸多難題與挑戰(zhàn)。風(fēng)電并網(wǎng)、安全消納以及與發(fā)展規(guī)劃相配套等一系列問題，不斷地激發(fā)著行業(yè)發(fā)展的思考。

能源布局：風(fēng)能與太陽能資源優(yōu)勢明顯

風(fēng)吹一夜?jié)M關(guān)山。

河西走廊的春天正是刮大風(fēng)的時節(jié)，車行在茫茫戈壁灘上，大風(fēng)卷起的沙石劈里啪啦地敲打著車身，河西民諺云：“地上不長草，風(fēng)吹石頭跑”“一年一場風(fēng)，從春刮到冬”， 當?shù)厝藨蚍Q：“我們這里兩個清潔工，一個東風(fēng)，一個西風(fēng)”。這里年平均風(fēng)速高達8.3米/秒，每天都在刮著四五級的大風(fēng)，讓人們苦不堪言。然而，曾經(jīng)的風(fēng)害如今卻是寶貴的資源。

甘肅是風(fēng)能資源大省，據(jù)測算，理論儲量為2.37億千瓦，位居全國第五。走廊西端的酒泉地區(qū)是季風(fēng)的源頭，年平均有效風(fēng)功率在每平方米150瓦以上、有效風(fēng)速時數(shù)6000多小時，風(fēng)機年滿負荷發(fā)電小時數(shù)可達2300小時。

2006年年初，甘肅省提出“建設(shè)河西風(fēng)電走廊，打造西部陸上三峽”。截至2012年3月底，甘肅電網(wǎng)并網(wǎng)風(fēng)電場40座，風(fēng)電機組3957臺，裝機容量560.11萬千瓦，占全網(wǎng)總裝機容量20.18%。按照規(guī)劃，2015年酒泉風(fēng)電基地裝機容量將達到1270萬千瓦，相當于三峽工程裝機容量的三分之二;到2020年，酒泉市風(fēng)電裝機容量將達到2000萬千瓦，總投資達1200多億元，這將是我國繼西氣東輸、西電東送、青藏鐵路之后西部大開發(fā)的又一標志性工程。

除了風(fēng)能，甘肅還有豐富的太陽能資源。甘肅省年太陽總輻射值為每平方米480萬~640萬千焦耳，是我國太陽能最為豐富的三個區(qū)域之一。

在酒泉市能源局的會議室里，掛著兩張地圖，一張是《甘肅酒泉千萬千瓦級風(fēng)電基地十二五規(guī)劃布局圖》，另一張是《酒泉市光電基地規(guī)劃布局圖》。酒泉市全年太陽總輻射量可達到每平方米600萬～700萬千焦耳，年平均日照時數(shù)3300小時，是全國理想的太陽能電力開發(fā)地區(qū)。目前酒泉地區(qū)已建成太陽能光伏發(fā)電站11座，裝機容量8.6萬千瓦，占全網(wǎng)總裝機1.14%。今年光伏發(fā)電將新建裝機13.2萬千瓦，到2015年，規(guī)劃光電裝機容量將達到200萬千瓦。

河西“風(fēng)光”無限好，資源優(yōu)勢轉(zhuǎn)化為經(jīng)濟優(yōu)勢，讓甘肅人看到了無限潛力與希望。酒泉形成了全國最大的風(fēng)機裝備產(chǎn)業(yè)園區(qū)，據(jù)不完全統(tǒng)計，園區(qū)規(guī)劃建設(shè)3年來，風(fēng)電裝備制造業(yè)銷售收入累計達到432億元。據(jù)酒泉市能源局提供的數(shù)據(jù)顯示，截至2010年年底，酒泉風(fēng)電累計完成投資524億元，風(fēng)電產(chǎn)業(yè)所帶來的GDP占到酒泉全市GDP的三分之一。而新能源及上下游產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展不僅為甘肅經(jīng)濟社會的發(fā)展注入了強大動力，還帶動了第三產(chǎn)業(yè)、勞務(wù)經(jīng)濟的快速發(fā)展。

發(fā)展現(xiàn)狀：電網(wǎng)通道基本滿足風(fēng)電送出需要

酒泉曾經(jīng)創(chuàng)下兩年之內(nèi)風(fēng)電裝機新增10倍的奇跡。但是，2011年7月，當酒泉風(fēng)電基地建設(shè)二期300萬千瓦工程的建設(shè)方案終于獲得國家能源局批復(fù)的時候，整個2011年酒泉地區(qū)卻“靜悄悄”，并無一臺新的風(fēng)機立起。

風(fēng)電發(fā)展的速度放緩，一部分原因在于限電、“棄風(fēng)”現(xiàn)象嚴重。

日前，中國可再生能源研究會風(fēng)能專業(yè)委員會在其官方網(wǎng)站上公布了2011年我國風(fēng)電限電情況初步統(tǒng)計報告。此次調(diào)查對包括內(nèi)蒙古、吉林、廣東、甘肅、新疆等10個省市、自治區(qū)內(nèi)的部分風(fēng)電企業(yè)，在2011年全年由于電網(wǎng)調(diào)度限制風(fēng)電出力造成的發(fā)電量損失情況進行了初步統(tǒng)計。報告顯示，甘肅限電比例最高，為25.25%。

25.25%，這意味著風(fēng)電有四分之一的電量被限制掉了。“棄風(fēng)”現(xiàn)象確實客觀存在，但問題的矛頭該指向哪里?

2011年2月，風(fēng)電史上最大規(guī)模的風(fēng)機脫網(wǎng)事故發(fā)生后，在國家電監(jiān)會、國家能源局等主管部門的要求下，酒泉風(fēng)電基地多個風(fēng)電場對風(fēng)電機組進行了技術(shù)改造。國家電網(wǎng)公司也即刻出臺《防止風(fēng)電大規(guī)模脫網(wǎng)重點措施》，就出現(xiàn)事故的各方面原因提出要求，隨后，酒泉風(fēng)電地區(qū)大規(guī)模的風(fēng)電場和機組的低電壓穿越能力改造工作拉開大幕。而要進行如此大規(guī)模的技術(shù)改造，酒泉風(fēng)電基地的機組運行必然會受到大面積的影響，造成酒泉地區(qū)本身發(fā)電減少，這是導(dǎo)致甘肅“棄風(fēng)”現(xiàn)象嚴重的主要原因。

而另一個原因，這里的風(fēng)電出力功率低，電網(wǎng)長期處于低負荷運行狀態(tài)。存在“棄風(fēng)”現(xiàn)象?此前，一家風(fēng)電場甚至給自己算了筆賬，如果滿負荷運轉(zhuǎn)，他們一年被限的風(fēng)電就會多達2億多千瓦時，折合成5角2分的上網(wǎng)價，其年損失就會有1個多億。

對此說法，國投酒泉第一風(fēng)電場經(jīng)理朱懷英不以為然?！百~不能這么算。一天24小時里風(fēng)場滿發(fā)的情況一般也就幾十分鐘，哪能以滿負荷運轉(zhuǎn)的情況來算賬?一年365天風(fēng)機天天轉(zhuǎn)，時時發(fā)，那這里還不成了風(fēng)窟窿?”

甘肅省電力公司調(diào)度控制中心主任曹銀利告訴記者：“現(xiàn)在風(fēng)電送出通道容量是220萬千瓦，而風(fēng)電裝機有560萬千瓦，乍一看，好像是電網(wǎng)‘不給力’。但實際情況是，風(fēng)電和別的電源不一樣，風(fēng)電滿發(fā)的情況在一年中連1%的時間都達不到，90%以上的時間風(fēng)電出力還達不到最大功率的65%。風(fēng)好的時候，甘肅電網(wǎng)一天發(fā)電5000萬千瓦時;沒有風(fēng)的話，連100萬千瓦時都發(fā)不了?！?/p>

根據(jù)甘肅公司調(diào)度控制中心的報告顯示，甘肅全網(wǎng)風(fēng)電出力主要集中在5%~35%裝機容量區(qū)間，出現(xiàn)時間頻率為54%，而65%以上裝機容量區(qū)間出現(xiàn)時間頻率僅為4%。由此可推算，目前酒泉風(fēng)電基地95%概率下風(fēng)電最大出力約為220萬~230萬千瓦左右，電網(wǎng)通道基本可以滿足目前酒泉地區(qū)風(fēng)電送出的需要。

說起“棄風(fēng)”，曹銀利說：“水電站在夏季洪峰來臨時也要開閘泄洪，‘棄水’現(xiàn)象既然這么正常，‘棄風(fēng)’當然也是同樣的道理。風(fēng)電的特點就在于隨機性和間歇性，不能以風(fēng)電的最大發(fā)電能力來要求電網(wǎng)的接納能力。”

朱懷英對此表示認同：“作為發(fā)電企業(yè)，我們當然希望不限電，發(fā)多少就并網(wǎng)多少。不過從經(jīng)濟角度考量，安裝一臺風(fēng)機后就并網(wǎng)發(fā)電，對電網(wǎng)投資是極為苛刻的要求。如果要完全消納目前酒泉地區(qū)風(fēng)電裝機5%極端大風(fēng)情況下尖峰電力的電量，電網(wǎng)企業(yè)投入將十分巨大，而且邊際效益將非常有限。電量損失肯定無法避免，這也是符合風(fēng)電實際運行客觀規(guī)律的?！?/p>

盡管難度極大，國家電網(wǎng)公司仍為風(fēng)電并網(wǎng)和消納做了大量工作。截至2011年年底，國家電網(wǎng)公司經(jīng)營區(qū)域內(nèi)風(fēng)電并網(wǎng)裝機容量4394萬千瓦，較2010年年底增加1563萬千瓦，同比增長55%;消納風(fēng)電電量706億千瓦時，較2010年增加232億千瓦時，同比增長49%。優(yōu)先保障風(fēng)電送出工程建設(shè)，累計建成風(fēng)電并網(wǎng)線路2.62萬千米，風(fēng)電送出匯集變電站開關(guān)站25座，變電容量3770萬千伏安，保證了風(fēng)電項目及時并網(wǎng)。

電網(wǎng)安全：電力調(diào)度與功率預(yù)測技術(shù)保障風(fēng)電入網(wǎng)

風(fēng)，來無影，去無蹤。電力調(diào)度與準確的功率預(yù)測是風(fēng)電大規(guī)模接入電網(wǎng)的首要條件。

2009年10月，甘肅電力調(diào)度通信中心承擔(dān)的大型集群風(fēng)電有功智能控制系統(tǒng)立項，這是為河西風(fēng)電量身打造的系統(tǒng)。

河西電網(wǎng)電源多、負荷低，主潮流自西向東輸送，限制斷面多，同時由于水電、風(fēng)電具有季節(jié)性，不同季節(jié)水、火、風(fēng)電間存在沖突，電網(wǎng)潮流變化較復(fù)雜……這些特點使得系統(tǒng)控制策略的設(shè)計較為復(fù)雜，既要考慮盡可能多發(fā)、多送風(fēng)電，又要確保電網(wǎng)安全，這是研發(fā)中的主要難點。結(jié)合河西電網(wǎng)的特點，甘肅電力調(diào)度通信中心確立了研發(fā)三項原則：在電網(wǎng)通道容許的情況下，風(fēng)電自由發(fā)電;在通道受限的情況下，風(fēng)電受約束發(fā)電;在風(fēng)電場之間，按照裝機容量等比例公平發(fā)電。

2012年5月6日，我們來到了瓜州甘肅中電酒泉風(fēng)力發(fā)電場，電場的電腦主屏幕控制系統(tǒng)顯示，當前風(fēng)場出力為7600千瓦，還不到計劃額度的10%，正是風(fēng)場的“悠閑”時刻。忽然間，一陣大風(fēng)吹過，風(fēng)電場瞬時出力從7000千瓦上升到了4萬多千瓦。值長張建勇趕緊點了一下屏幕上的“申請出力”按鈕。不到5分鐘，系統(tǒng)便返回了新的配額，給風(fēng)場多加了5000千瓦發(fā)電量。隨即，風(fēng)場里4臺風(fēng)機歡快地轉(zhuǎn)了起來。

“誰家有風(fēng)誰家就發(fā)，我們都看得到其他風(fēng)場的出力情況，不會有誰占著通道不發(fā)電的情況。這個系統(tǒng)為我們打造了一個公開透明的平臺。”張建勇說。

大型集群風(fēng)電有功智能控制系統(tǒng)由一個調(diào)度中心站、一個控制主站、9個風(fēng)電場控制子站等網(wǎng)絡(luò)組成。系統(tǒng)根據(jù)河西電網(wǎng)通道裕度，計算出風(fēng)電最大出力，按照裝機容量等比例分配給各風(fēng)電場，這就是風(fēng)電場的出力上限。在風(fēng)力不足的情況下，風(fēng)電場在這個出力上限范圍內(nèi)正常發(fā)電;如果風(fēng)電場預(yù)測到大風(fēng)來臨，機組發(fā)電將超過出力上限，就可通過系統(tǒng)申請加出力，每5分鐘申請一次，系統(tǒng)會進行自動計算，把那些出力不足的風(fēng)電場的空閑容量調(diào)整給需要加出力的風(fēng)電場。這套系統(tǒng)的投運，充分發(fā)揮了河西330千伏和750千伏輸電通道的出力，可根據(jù)電網(wǎng)送出通道的輸電可用容量實時調(diào)整所有風(fēng)電場的發(fā)電功率，實現(xiàn)優(yōu)化配置，保證大風(fēng)期間線路送出功率不超穩(wěn)定上限運行，又最大限度地利用輸送通道送電。

與大型風(fēng)電有功智能控制系統(tǒng)相比，風(fēng)電功率短期預(yù)測系統(tǒng)則是一個更為龐雜的工程。

位于蘭州的甘肅電力調(diào)度通信中心距離酒泉風(fēng)電基地近1000千米之遙，但這里能監(jiān)測到每一個風(fēng)電場和每一臺風(fēng)電機組的實時數(shù)據(jù)。甘肅公司風(fēng)電技術(shù)中心主任汪寧渤介紹說：“現(xiàn)在一半以上的風(fēng)電場已經(jīng)應(yīng)用了風(fēng)能實時監(jiān)測、短期和超短期預(yù)測系統(tǒng)以及無功補償系統(tǒng)。風(fēng)能預(yù)測系統(tǒng)可以對未來兩個小時和幾天內(nèi)的風(fēng)速進行實時動態(tài)預(yù)測，每15分鐘向甘肅電力調(diào)度通信中心發(fā)送一個數(shù)據(jù)包，調(diào)度中心根據(jù)不斷修正的預(yù)測數(shù)據(jù)下達上網(wǎng)指令，有效調(diào)配水、火電備用發(fā)電容量，減少備用容量，又可以提高風(fēng)電利用小時數(shù)，減小風(fēng)能波動對電網(wǎng)造成的沖擊，保障電力系統(tǒng)及風(fēng)電場的安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟運行?！?/p>

發(fā)展趨勢：走遠距離、大規(guī)模特高壓輸電道路

發(fā)展風(fēng)電，必須建設(shè)與之配套的調(diào)峰電源，火電仍然是目前最為可靠的調(diào)峰電源。如果要實現(xiàn)河西2000萬千瓦風(fēng)電全部外送，那么就必須在“風(fēng)電走廊”再建2000萬千瓦規(guī)模的水電或火電，但河西走廊極度缺水，不可能建大型水電站。同樣，因為火電需要水冷，缺水建大型火電也不現(xiàn)實。

對此，甘肅省在加快河西走廊風(fēng)電基地建設(shè)的同時，正充分利用煤炭、水力和太陽能等資源，爭取實現(xiàn)風(fēng)電和火電、水電、光電的互補?！暗健濉拭C電網(wǎng)全網(wǎng)風(fēng)、火、水、太陽能發(fā)電裝機容量將超5700萬千瓦?！备拭C公司發(fā)展策劃部主任王海濤說。

“大水電、大火電、大風(fēng)電、大機組”的發(fā)展格局，決定了甘肅能源和電力發(fā)展必須走遠距離、大規(guī)模特高壓輸電，并參與全國范圍內(nèi)資源優(yōu)化配置的道路，這是解決未來甘肅電力電量大量富余的現(xiàn)實途徑，也是甘肅建設(shè)電力輸出大省、實現(xiàn)能源優(yōu)勢向經(jīng)濟優(yōu)勢轉(zhuǎn)化的迫切需要。

2011年4月，甘肅、湖南兩省政府簽署送電框架協(xié)議，預(yù)示著來自酒泉千萬千瓦風(fēng)電基地的風(fēng)電和“打捆”火電將通過全長2400千米、輸電能力達750萬千瓦的±800千伏酒泉—湖南直流輸電線路送至湖南。

2012年5月，連接新疆與西北電網(wǎng)的第二條通道750千伏哈密南—沙州—魚卡—柴達木輸變電工程開建，線路總長2180千米，建成后可確保酒泉風(fēng)電基地二期第一批300萬千瓦在西北網(wǎng)內(nèi)調(diào)峰運行，滿足西北地區(qū)不斷增長的用電負荷需求和酒泉新能源基地電能送出需要。

“十二五”期間，甘肅電網(wǎng)將徹底完成330千伏/110千伏為主網(wǎng)架向750千伏/330千伏為主網(wǎng)架的轉(zhuǎn)型升級。其中，河西電網(wǎng)將形成以750千伏敦煌安西、酒泉、河西金昌、武勝變?yōu)楹诵牡墓歉奢旊娋W(wǎng)架。王海濤說：“到2015年年底，甘肅電網(wǎng)將實現(xiàn)由‘電力自我平衡、西北網(wǎng)架樞紐’向‘電力盈余外送、堅強送端電網(wǎng)’的轉(zhuǎn)型，真正成為堅強智能電網(wǎng)。”

“‘第二通道’真是讓我們放了不少心，希望今年能拿到±800千伏直流特高壓的‘路條’，我們河西的風(fēng)和熱可就真正有了用武之地?！边@是地方政府和發(fā)電、供電企業(yè)的共同期盼，讓這張捕風(fēng)的大網(wǎng)成為助飛甘肅經(jīng)濟發(fā)展的強力之翼。

來源：國家電網(wǎng)報 作者：江瑩 馬國棟

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