酒泉千萬千瓦風(fēng)電基地集中并網(wǎng)面臨的挑戰(zhàn)及應(yīng)對措施

甘肅省電力公司風(fēng)電技術(shù)中心 ■ 汪寧渤

一 酒泉千萬千瓦風(fēng)電基地概況

1 風(fēng)能資源

甘肅省的風(fēng)能資源豐富區(qū)主要位于河西走廊北部區(qū)域。酒泉市位于甘肅省河西走廊西端，東經(jīng)92°00'～100°30'、北緯37°51'～42°50'之間，總面積19.2萬平方公里。酒泉市南部為祁連山脈，北部是以馬鬃山為代表的北山山系，中部為平坦的沙漠戈壁，“兩山夾一谷”的有利地形形成東西風(fēng)的通道，風(fēng)力資源較豐富。酒泉的風(fēng)能資源總儲量為23700萬千瓦，技術(shù)可開發(fā)量為3998萬千瓦。酒泉風(fēng)電基地的風(fēng)能開發(fā)利用主要集中在玉門、瓜州、馬鬃山三個區(qū)域內(nèi)。該區(qū)域風(fēng)速頻率主要集中在4.0～12m/s，大部分區(qū)域年平均風(fēng)速都在5.0～6.5m/s，且基本沒有破壞性風(fēng)速，風(fēng)能密度均超過150W/m2，是國內(nèi)適宜建設(shè)大型風(fēng)力發(fā)電場的區(qū)域之一[1]。

酒泉市人口約100萬，集中居住在個別綠洲區(qū)域，其余絕大部分土地處于原生態(tài)狀態(tài)，不占用耕地草場也不壓礦，地廣人稀土地資源豐富；酒泉風(fēng)電基地位于河西走廊的西端，規(guī)劃區(qū)域為地勢平坦開闊的戈壁灘，具備建設(shè)大規(guī)模風(fēng)電基地的理想條件；蘭新鐵路、在建的客運專線、國道及高速公路均從風(fēng)電基地穿過，交通運輸條件得天獨厚。

圖1 酒泉風(fēng)電基地地理位置

2 風(fēng)電基地基本特點

圖2 酒泉風(fēng)電基地風(fēng)電場分布

截至目前，甘肅酒泉地區(qū)已經(jīng)完成風(fēng)電吊裝容量550萬千瓦，其中已并網(wǎng)投產(chǎn)發(fā)電的風(fēng)電裝機(jī)容量354萬千瓦，今年上半年完成吊裝的風(fēng)電機(jī)組將全部并網(wǎng)投產(chǎn)。去年8月，國家能源局組織完成了“甘肅酒泉風(fēng)電基地二期800萬千瓦建設(shè)規(guī)劃預(yù)可行性研究報告”的評審；同年11月份，在甘肅河西750千伏輸變電工程竣工儀式上，國家能源局宣布啟動二期工程，預(yù)計到2015年酒泉風(fēng)電基地的總規(guī)模將超過1400萬千瓦，2020年裝機(jī)容量增加到2000萬千瓦以上， 2020年以后裝機(jī)容量增加到3000萬千瓦以上[2，3]。酒泉風(fēng)電基地作為世界上最大的風(fēng)電基地之一，僅考慮已經(jīng)列入規(guī)劃的2015年的風(fēng)電建設(shè)規(guī)模，已超過2008年底全國的風(fēng)電裝機(jī)總?cè)萘浚虼丝傄?guī)模巨大是甘肅酒泉風(fēng)電基地的基本特點。

甘肅省實際運行風(fēng)電出力在40%以下裝機(jī)容量區(qū)出現(xiàn)的概率為86%，其中0～10%裝機(jī)容量區(qū)間出現(xiàn)時間頻率為32%；10%～20%、20%～30%和30%～40%裝機(jī)容量出現(xiàn)的概率分別為23%、16%和15%。

40%以上裝機(jī)容量區(qū)出現(xiàn)的概率為14%，其中40%～50%、50%～60%和60%以上裝機(jī)容量區(qū)間出現(xiàn)的概率分別為10%、3%和1%[4，5]。

從發(fā)電量統(tǒng)計情況看，甘肅風(fēng)電反調(diào)峰特性較明顯，風(fēng)電發(fā)電量在0:00～6:00所占比例為44%，6:00～12:00為20%，12:00～18:00和18:00～24:00分別為21%和15%[4，5]。

二 風(fēng)電大規(guī)模集中并網(wǎng)面臨的挑戰(zhàn)

酒泉作為中國批準(zhǔn)的第一個千萬千瓦級風(fēng)電基地，采用超大規(guī)模集中開發(fā)、集中接入超高壓電網(wǎng)、超遠(yuǎn)距離輸電的風(fēng)電開發(fā)方式，突破了國際上小規(guī)模開發(fā)、分散式接入電網(wǎng)、就地平衡消納的風(fēng)電發(fā)展模式，風(fēng)電作為主力電源登上歷史舞臺，全面改變了風(fēng)電發(fā)展理念，創(chuàng)新了風(fēng)電發(fā)展理論。酒泉風(fēng)電在創(chuàng)造風(fēng)電歷史的同時，也面臨著巨大的挑戰(zhàn)。

1 輸送能力問題[6]

根據(jù)酒泉陸上“三峽”風(fēng)電基地的建設(shè)需要，新建的河西750千伏電網(wǎng)的西電東送能力僅為180萬千瓦左右，根本無法滿足已經(jīng)完成吊裝的550萬千瓦的風(fēng)電的送出需要。為此，省公司與國內(nèi)有關(guān)研究院所合作，研制世界首創(chuàng)的“750千伏可控高抗”等多項最先進(jìn)的技術(shù)措施；同時通過750千伏電網(wǎng)與新疆聯(lián)網(wǎng)，以提高系統(tǒng)穩(wěn)定水平和輸送能力，并采取安全穩(wěn)定控制措施，將河西750千伏電網(wǎng)西電東送的能力提高到330萬千瓦左右[7]?？紤]到風(fēng)電機(jī)組發(fā)電的同時率和就地消納部分用電負(fù)荷，勉強(qiáng)能夠滿足94%以上概率條件下的550萬千瓦風(fēng)電送出，仍然有6%左右的時間需要限發(fā)棄風(fēng)。

2015年1400萬千瓦裝機(jī)容量的風(fēng)電項目，在目前技術(shù)水平下依靠常規(guī)的交流電難以將電力電量輸送到甘肅主網(wǎng)，即使采用了全世界最先進(jìn)的正負(fù)800千伏特高壓直流輸電技術(shù)，能否有效地解決2015年以后的風(fēng)電送出問題仍然需要進(jìn)一步研究。

2調(diào)頻調(diào)峰問題[6]

發(fā)電、供電和用電必須同時完成的特點，決定了整個電力系統(tǒng)的總發(fā)電負(fù)荷必須隨用電負(fù)荷的變化而變化，也就要求電力系統(tǒng)內(nèi)必須有足夠的發(fā)電機(jī)組承擔(dān)這一調(diào)整能力，即發(fā)電機(jī)組的調(diào)峰能力；由于風(fēng)電具有“風(fēng)”的間歇性、波動性、隨機(jī)性的特點，決定了風(fēng)電的發(fā)電負(fù)荷難以保持穩(wěn)定，更不可能與用電負(fù)荷同步變化，必須有其他電源承擔(dān)起適應(yīng)風(fēng)電發(fā)電負(fù)荷變化的調(diào)整能力；因此具有風(fēng)電的電力系統(tǒng)除了要滿足正常負(fù)荷變化的調(diào)峰能力以外，還必須滿足風(fēng)電隨機(jī)性的調(diào)峰能力。

圖5 酒泉風(fēng)電基地風(fēng)電匯集及送出工程[1]

截至2010年年底，全省最大用電負(fù)荷僅有1045萬千瓦，甘肅電網(wǎng)統(tǒng)調(diào)裝機(jī)容量為2500萬千瓦，具備調(diào)峰能力的發(fā)電機(jī)組容量約為800萬千瓦，其中火電機(jī)組600萬千瓦、水電機(jī)組200萬千瓦；水電機(jī)組豐水期調(diào)峰能力弱、枯水期調(diào)峰能力較強(qiáng)，火電機(jī)組供熱期間調(diào)峰能力弱、非供熱期間調(diào)峰能力較強(qiáng)，受到水電、火電機(jī)組運行方式以及檢修等因素的影響，系統(tǒng)內(nèi)最大可能的調(diào)峰容量約為600萬千瓦；考慮事故備用、負(fù)荷備用等因素需要占用一部分調(diào)峰能力，另外電網(wǎng)結(jié)構(gòu)的原因可能限制部分機(jī)組的調(diào)峰能力，全省所有機(jī)組不同時期的總調(diào)峰能力約為400萬千瓦；考慮到其中約150萬千瓦的機(jī)組調(diào)峰能力需要用于用電負(fù)荷調(diào)峰，能夠承擔(dān)風(fēng)電調(diào)峰的發(fā)電能力僅約250萬千瓦，根本無法滿足2010年550萬千瓦風(fēng)電所需調(diào)峰能力的要求。

若考慮西北電網(wǎng)全部參與甘肅風(fēng)電調(diào)峰，不僅需要研究技術(shù)可行性問題，還需要研究行政管理體制和完善經(jīng)濟(jì)補(bǔ)償配套政策等方面的問題。即使不考慮經(jīng)濟(jì)補(bǔ)償因素，并且所有相關(guān)配套政策能夠全部落實，西北電網(wǎng)其他省份除了滿足五省區(qū)自身的風(fēng)電調(diào)峰以外，能夠為甘肅提供的調(diào)峰能力也十分有限。2015年以后酒泉風(fēng)電基地千萬千瓦的風(fēng)電項目，西北電網(wǎng)的調(diào)峰能力在現(xiàn)有技術(shù)水平下已經(jīng)無法滿足要求，需要在更大范圍或新的調(diào)峰技術(shù)才能解決調(diào)峰問題。

3 電力、電量消納問題[6]

預(yù)計2011年甘肅全省總裝機(jī)容量約為2500萬千瓦，其中風(fēng)電為550萬千瓦，占總裝機(jī)的22%；2015年甘肅總裝機(jī)容量約為3500萬千瓦，其中風(fēng)電為1400萬千瓦，占總裝機(jī)的40%，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了國際上公認(rèn)的電網(wǎng)接入風(fēng)電能力不超過系統(tǒng)總裝機(jī)容量10%～15%的標(biāo)準(zhǔn)，甘肅電網(wǎng)接入酒泉風(fēng)電的能力存在問題。

2011年年底，風(fēng)電裝機(jī)容量達(dá)到550萬千瓦、年上網(wǎng)電量約為121億千瓦時，2010年全省統(tǒng)調(diào)范圍內(nèi)最大負(fù)荷1045萬千瓦、省公司售電量665億千瓦時，預(yù)計到2011年全省統(tǒng)調(diào)范圍內(nèi)最大負(fù)荷1100萬千瓦、省公司售電量750億千瓦時。省公司售電量750億千瓦時中要消納121億千瓦時的風(fēng)電上網(wǎng)電量，火電機(jī)組的利用小時數(shù)將下降到4000小時以下。

2015年1400萬千瓦裝機(jī)容量的風(fēng)電項目，即使考慮用電量分別以年均8%的增長率增長，預(yù)計西北電網(wǎng)也難以消納。由于受到交流輸電技術(shù)和西北電力市場消納能力的限制，必須依靠正負(fù)800千伏及以上特高壓直流輸電輸送到華東或華中。750千伏超高壓交流與超遠(yuǎn)距離特高壓直流的組合，不僅國內(nèi)外缺乏建設(shè)與運行管理經(jīng)驗，世界上也缺乏成熟的電網(wǎng)技術(shù)理論支撐，理論研究和實際應(yīng)用的現(xiàn)狀決定了可能存在較大的系統(tǒng)穩(wěn)定問題。

另外，由于準(zhǔn)備新開工建設(shè)的蘭州至新疆的高速、重載電氣化鐵路將從酒泉風(fēng)電基地穿過，電氣化鐵路將對風(fēng)電場及電力系統(tǒng)產(chǎn)生重大不利影響。

4 系統(tǒng)穩(wěn)定問題[6]

2011年年底投產(chǎn)的風(fēng)電規(guī)模達(dá)到550萬千瓦，其風(fēng)電送出主要依靠1000公里的750千伏雙回線路，線路的充電功率會隨系統(tǒng)潮流、電壓的變化而變化。風(fēng)力發(fā)電的間斷性，將導(dǎo)致線路充電功率的大起大落，必然引起整個系統(tǒng)電壓、頻率波動，電力系統(tǒng)存在頻率和電壓穩(wěn)定問題。

為了滿足送出能力的要求，河西750千伏電網(wǎng)必須采用可控高抗等多項最先進(jìn)的柔性輸電技術(shù)，另外，為了適應(yīng)風(fēng)電功率間歇性的特點，風(fēng)電場升壓站必須安裝15%～20%的動態(tài)無功補(bǔ)償設(shè)備(SVC或SVG)；750千伏可控高抗和動態(tài)無功補(bǔ)償設(shè)備等柔性輸電技術(shù)在河西電網(wǎng)同時應(yīng)用，需要綜合研究柔性輸電的控制策略問題。因此酒泉風(fēng)電基地可能存在較大的系統(tǒng)穩(wěn)定問題。

三 酒泉風(fēng)電外送的技術(shù)路線

1 資源導(dǎo)向型的風(fēng)電發(fā)展模式

(1)風(fēng)能資源與用電市場的逆向分布

中國陸上風(fēng)能資源主要分布在內(nèi)蒙古、新疆、甘肅和黑龍江等三北地區(qū)，這些地區(qū)大多遠(yuǎn)離人口稠密的負(fù)荷中心，而國家規(guī)劃的七個千萬千瓦級風(fēng)電基地除了江蘇以外全部集中在三北地區(qū)。中國的用電負(fù)荷中心主要集中在自然條件較好、人口稠密的東南沿海地區(qū)，即使在三北地區(qū)的風(fēng)電基地也均遠(yuǎn)離當(dāng)?shù)氐挠秒娯?fù)荷中心，自然形成了風(fēng)電資源與用電負(fù)荷的逆向分布。

酒泉風(fēng)電基地主要集中在玉門、瓜州、馬鬃山三個區(qū)域內(nèi)，距離蘭州負(fù)荷中心的平均距離約為1000公里，如果在西北區(qū)域內(nèi)消納風(fēng)電，距離負(fù)荷中心的平均距離更遠(yuǎn)?？紤]2015年1400萬千瓦風(fēng)電必須在全國電力市場消納，需要送出的距離將超過2000公里。面對遠(yuǎn)離用電負(fù)荷中心與風(fēng)電資源豐富的矛盾，如何開發(fā)利用豐富的風(fēng)能資源成為全世界風(fēng)電發(fā)展面臨的一道難題，能否破解該難題成為加快風(fēng)電發(fā)展的關(guān)鍵。

(2)甘肅酒泉風(fēng)電基地的開發(fā)模式

甘肅酒泉風(fēng)電基地借鑒了大型煤電基地、水電基地建設(shè)的能源集中開發(fā)的理念，按照超大規(guī)模、高度集中開發(fā)建設(shè)風(fēng)電基地的資源導(dǎo)向思路，采用750千伏超高壓間接接入系統(tǒng)的方案，綜合應(yīng)用750千伏超高壓結(jié)合特高壓直流輸電技術(shù)，實現(xiàn)風(fēng)電超遠(yuǎn)距離輸送、電力電量完全外送。酒泉千萬千瓦級風(fēng)電基地不僅與歐美靠近用電負(fù)荷中心、小規(guī)模、多業(yè)主、高度分散的風(fēng)電發(fā)展模式不同，而且也完全不同于國內(nèi)現(xiàn)有的風(fēng)電發(fā)展模式，為全世界風(fēng)電發(fā)展提供了一種全新的選擇模式。

中國乃至全世界風(fēng)電資源足夠豐富，但受到傳統(tǒng)的開發(fā)理念和模式限制，通常認(rèn)為可開發(fā)的風(fēng)電資源占陸地總資源不到10%，如果超大規(guī)模集中開發(fā)、超遠(yuǎn)距離輸電的開發(fā)模式能夠成功，將大幅度增加全世界可開發(fā)風(fēng)電資源的總量，為未來經(jīng)濟(jì)發(fā)展提供更多可開發(fā)的可再生能源資源儲備。

2 酒泉風(fēng)電基地風(fēng)電外送的條件分析

(1)酒泉大規(guī)模風(fēng)電出力特性分析[8，9]

酒泉風(fēng)電基地位于祁連山脈與北山山系之間“兩山夾一谷”的沙漠戈壁，風(fēng)電場之間的地理位置比較集中、出力變化趨勢相近。在長時間尺度范圍內(nèi)，風(fēng)電基地的總出力波動性較大，風(fēng)電場的風(fēng)電出力表現(xiàn)出較大的相關(guān)性。

酒泉風(fēng)電基地550萬千瓦風(fēng)電機(jī)組主要分布在東西200公里、南北20公里的區(qū)域內(nèi)，大風(fēng)主要以東西主導(dǎo)風(fēng)向為主，風(fēng)峰風(fēng)谷在經(jīng)過200多公里的風(fēng)電場過程中，各風(fēng)電場出力呈現(xiàn)依次變化的分散效應(yīng)，有效降低了風(fēng)電基地總出力的變化速率。根據(jù)2009年的運行數(shù)據(jù)分析，酒泉風(fēng)電場群出力變化率在每分鐘0～0.6%之內(nèi)的概率約為90%，在每分鐘0～1.5%之內(nèi)的概率約為99%，每分鐘大于1.5%的概率小于1%。短時間尺度風(fēng)電場群風(fēng)電出力存在明顯的互補(bǔ)性，并且隨著風(fēng)電場群裝機(jī)規(guī)模的增加，其風(fēng)電出力的互補(bǔ)性增強(qiáng)。

圖6

(2)目標(biāo)市場的用電需求分析

酒泉2015年及以后的風(fēng)電，必須依靠全國的市場消納，在此，酒泉風(fēng)電的目標(biāo)市場重點考慮華東或華中地區(qū)。

華東地區(qū)是國內(nèi)用電需求最大的地區(qū)，也是用電需求增長較快的地區(qū)，該地區(qū)用電量大、負(fù)荷峰谷差較大，電源結(jié)構(gòu)以火電為主，調(diào)節(jié)能力相對較差、調(diào)峰矛盾突出。華東是國內(nèi)一次能源匱乏的地區(qū)，也是國內(nèi)能源調(diào)入最多的地區(qū)，目前主要依靠山西、內(nèi)蒙古等地調(diào)入煤炭發(fā)電，另外通過華中地區(qū)調(diào)入少量的水電。綜合考慮能源供應(yīng)、用電需求和負(fù)荷特性等因素，華東地區(qū)能夠接納外部電力，但需要按照華東地區(qū)的用電負(fù)荷特性曲線輸電。

華中地區(qū)也是國內(nèi)一次能源資源的調(diào)入地區(qū)，存在能源調(diào)入的需求，與華東地區(qū)不同的是該地區(qū)水電占的比重較大，系統(tǒng)內(nèi)電源調(diào)節(jié)性能相對較好，對于外來電力是否按照用電負(fù)荷曲線輸電的要求不高，能夠接納按照固定負(fù)荷輸送的電力電量。

(3)風(fēng)電功率調(diào)節(jié)方式分析[8]

根據(jù)目標(biāo)市場的用電需求特性分析，無論按照用電負(fù)荷曲線或固定負(fù)荷曲線輸電，酒泉風(fēng)電均需要按照用電市場需求在送電端完成輸電功率調(diào)節(jié)任務(wù)，實現(xiàn)外送電力負(fù)荷根據(jù)用電需求進(jìn)行調(diào)整與控制，因此風(fēng)電無法單獨遠(yuǎn)距離輸送，必須與其他電源打捆實現(xiàn)聯(lián)合外送。

目前，國內(nèi)上海汽輪機(jī)廠、哈爾濱汽輪機(jī)廠以及東方汽輪機(jī)廠生產(chǎn)的汽輪機(jī)出力調(diào)整速率均在每分鐘3%～5%MCR(火電機(jī)組的額定輸出功率），其中在50%～100%MCR出力范圍內(nèi)調(diào)整速率可以達(dá)到5%。酒泉風(fēng)電基地風(fēng)電火電打捆聯(lián)合外送，根據(jù)酒泉風(fēng)電基地出力特性分析，配套建設(shè)一定規(guī)模的常規(guī)火電機(jī)組，不僅能夠滿足風(fēng)電送出調(diào)峰出力變化率的要求，而且能夠滿足受電端用電市場功率調(diào)節(jié)與控制的需求，因此風(fēng)電火電打捆能夠滿足酒泉風(fēng)電基地跨大區(qū)遠(yuǎn)距離輸電的技術(shù)需求。

3 風(fēng)電火電打捆聯(lián)合外送是合理選擇

(1)風(fēng)電火電打捆聯(lián)合外送的合理性[10]

能否有效解決風(fēng)電的市場消納問題是中國資源導(dǎo)向型發(fā)展模式成功與否的關(guān)鍵，風(fēng)電隨機(jī)性、波動性的特點決定了它難以單獨遠(yuǎn)距離輸送，需求合理的遠(yuǎn)距離外送技術(shù)方案關(guān)系到未來大規(guī)模風(fēng)電可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵。

伴隨著中國經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，能源需求不斷增加，國內(nèi)傳統(tǒng)能源基地增加供應(yīng)能力減弱。今年年初在華中、華東地區(qū)遭遇的煤電油氣緊缺局面證明，單純依靠現(xiàn)有能源基地增加供給能力，已經(jīng)無法滿足經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展的需求，開發(fā)新疆及內(nèi)蒙古西部地區(qū)的煤炭資源成為國家能源戰(zhàn)略的合理選擇。

新疆和內(nèi)蒙古是中國煤炭資源最豐富的地區(qū)，受到現(xiàn)有鐵路運輸能力的限制，能源資源優(yōu)勢難以充分開發(fā)利用，大量新建運煤炭的專用鐵路不僅受到建設(shè)成本、土地資源和環(huán)保等因素的制約，還受到運力平衡、運輸距離、價格等經(jīng)濟(jì)因素的制約，急需尋求新的替代能源輸送方式。

中國不僅風(fēng)能資源與用電送出逆向分布，煤炭、石油、天然氣和水電資源也是逆向分布，能源資源主要分布在西部、北部，而能源需求主要集中在經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)的東南沿海地區(qū)；中國能源資源與市場的逆向分布，并且過分依賴鐵路運輸?shù)陌l(fā)展模式，導(dǎo)致中國煤電油運問題長期是中國經(jīng)濟(jì)發(fā)展的瓶頸，尋求新的能源輸送方式已經(jīng)成為中國經(jīng)濟(jì)發(fā)展的內(nèi)在需求。

中國經(jīng)濟(jì)發(fā)展需要把西部的能源資源遠(yuǎn)距離輸送到經(jīng)濟(jì)中心，酒泉風(fēng)電基地配套建設(shè)一定規(guī)模的火電以特高壓直流外送，不僅能夠有效地解決風(fēng)電的接入和消納問題，而且以輸電替代輸煤有利于緩解鐵路運力不足的矛盾，將新疆、內(nèi)蒙古的煤炭資源優(yōu)勢轉(zhuǎn)化為經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢，有效增加國家能源供給能力、緩解能源運輸矛盾。在不增加全國火電建設(shè)總規(guī)模的情況下，通過在酒泉建設(shè)適當(dāng)規(guī)模的火電項目，減少在華中或華東地區(qū)火電建設(shè)規(guī)模，為中國能源資源提供一種合理的輸送方式。

(2)特高壓直流是遠(yuǎn)距離輸電的理想選擇

酒泉千萬千瓦級風(fēng)電基地位于河西電網(wǎng)的末端，距離蘭州的直線距離約為1000公里，距離華中、華東的輸電距離將超過2000公里。±800千伏特高壓直流輸送距離可達(dá)到2500公里以上，完全能夠滿足酒泉風(fēng)電基地跨大區(qū)輸電的需要；輸電能力約為640～900萬千瓦，遠(yuǎn)超常規(guī)特高壓交流及高壓直流的輸電能力，完全能夠滿足酒泉風(fēng)電二期送出容量的需求；線路走廊窄、損耗低，大幅度提高了電力輸送的經(jīng)濟(jì)性。

云南至廣東、向家壩至上海兩個±800千伏特高壓直流輸電工程相繼建成投產(chǎn)，標(biāo)志著±800千伏特高壓直流輸電技術(shù)已經(jīng)取得重大突破，為解決中國能源資源與市場逆向分布問題提供了可能性。

從酒泉到湖南株洲的輸電距離約為2500公里，根據(jù)國網(wǎng)能源院的研究結(jié)果表明，特高壓輸電費用為0.12元/千瓦時[11]，按照國內(nèi)火電機(jī)組發(fā)電的平均煤耗，核算成為標(biāo)準(zhǔn)煤的運費為360元/噸；原煤的鐵路綜合運費為0.135元/噸·公里，按照原煤發(fā)熱量5500大卡計算，換算成為標(biāo)準(zhǔn)煤的運費單價為0.172元/噸·公里，鐵路運輸距離為2500公里的運費為429元/噸。在輸送距離相同時，特高壓直流輸電的成本明顯低于鐵路運煤的費用，如果考慮煤炭運輸需要轉(zhuǎn)運等因素，特高壓輸電的優(yōu)勢則更加明顯。因此，隨著特高壓直流技術(shù)的發(fā)展，傳統(tǒng)的“運距超過500公里，輸電不如輸煤”的理念已經(jīng)完全過時了，2000公里以上輸電的經(jīng)濟(jì)性要明顯優(yōu)于輸煤。

風(fēng)電火電打捆聯(lián)合外送是緩解大規(guī)模風(fēng)電基地市場“瓶頸”的有效途徑，也是促進(jìn)千萬千瓦風(fēng)電基地建設(shè)的必要條件。

四 大規(guī)模風(fēng)電集群控制應(yīng)對措施[12]

受國家電網(wǎng)公司委托，由甘肅省電力公司牽頭，組織國網(wǎng)電科院、清華大學(xué)、華北電力大學(xué)、上海交通大學(xué)和許繼集團(tuán)共同完成了國家高技術(shù)研究發(fā)展計劃(863計劃)“智能電網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)(一期)”重大項目：風(fēng)電場、光伏電站集群控制系統(tǒng)研究與開發(fā)的申報工作。具體內(nèi)容包括：

1 開展實時監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)與數(shù)據(jù)平臺研究，包括資源監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)與數(shù)據(jù)平臺、運行監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)與數(shù)據(jù)平臺和動態(tài)狀態(tài)估計。提出風(fēng)電、光伏發(fā)電基地資源觀測點微觀選址方法，建設(shè)氣象觀測網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)綜合平臺，開發(fā)風(fēng)電場、光伏電站集群狀態(tài)估計軟件。

2 開展風(fēng)電場、光伏電站集群多時空尺度建模與仿真分析研究。包括風(fēng)光資源時空分布特性與數(shù)值模擬技術(shù)，風(fēng)電、光伏發(fā)電多時空尺度出力特性分析及其集群控制策略的匹配性研究，多時空尺度風(fēng)電場、光伏電站動態(tài)聚合模型及其在并網(wǎng)分析計算中的應(yīng)用研究，并基于RTDS建立集群控制系統(tǒng)閉環(huán)實時仿真試驗系統(tǒng)，進(jìn)行模型和策略的驗證。

3 開展風(fēng)光聯(lián)合功率預(yù)測與應(yīng)用決策支持系統(tǒng)研究，內(nèi)容包括風(fēng)光(聯(lián)合)預(yù)測系統(tǒng)、預(yù)測誤差統(tǒng)計特征指標(biāo)篩選、評價體系和應(yīng)用決策支持系統(tǒng)。建立適應(yīng)酒泉千萬千瓦級風(fēng)電基地、百萬千瓦級光電基地的風(fēng)光(聯(lián)合)預(yù)測系統(tǒng)，預(yù)測精度滿足實用要求，并建立誤差評價體系，研發(fā)應(yīng)用決策支持平臺，指導(dǎo)功率預(yù)測結(jié)果在集群控制平臺中的應(yīng)用。

4 開展間歇式電源集群運行及優(yōu)化策略研究，內(nèi)容包括風(fēng)電場/光伏電站集群年度電量規(guī)劃、日前出力計劃、集群與大電網(wǎng)安全穩(wěn)定交互影響的機(jī)理。開發(fā)風(fēng)電場、光伏電站集群的年度電量預(yù)估軟件、日前出力計劃軟件以及在線安全穩(wěn)定預(yù)警與輔助決策軟件，并提出滿足網(wǎng)源互動要求的集群控制三道防線優(yōu)化協(xié)調(diào)配置的原則與方法。

5 開展風(fēng)電場、光伏電站集群控制策略關(guān)鍵技術(shù)研究，包括風(fēng)電場、光伏電站集群控制系統(tǒng)的優(yōu)化控制原則、控制模式，有功功率、無功電壓、安全穩(wěn)定控制策略；風(fēng)電機(jī)組、光伏組件并網(wǎng)控制策略。

6 開展風(fēng)電場、光伏電站集群控制系統(tǒng)示范工程建設(shè)，包括風(fēng)電場、光伏電站集群控制系統(tǒng)示范工程體系架構(gòu)、軟硬件開發(fā)研制、開放式接口及無縫連接技術(shù)、海量數(shù)據(jù)處理技術(shù)和關(guān)鍵信息提取技術(shù)、可視化與可擴(kuò)展技術(shù)、運行技術(shù)保障體系。

風(fēng)電出力的波動性、隨機(jī)性導(dǎo)致了調(diào)頻調(diào)峰和系統(tǒng)穩(wěn)定等一系列問題，該項目提高了大規(guī)模風(fēng)電的可預(yù)測性、可控性和可調(diào)節(jié)性，有效緩解了風(fēng)電出力不可控、不可知對于電網(wǎng)安全穩(wěn)定的影響，為大規(guī)模風(fēng)電集中并網(wǎng)、遠(yuǎn)距離輸送提供關(guān)鍵技術(shù)支撐；該項目在改善大規(guī)模風(fēng)電的并網(wǎng)特性的同時，為提高電網(wǎng)接納風(fēng)電能力創(chuàng)造了條件。

五 結(jié)論與建議

1 大規(guī)模集中開發(fā)已成為中國風(fēng)電發(fā)展的主要模式，伴隨著酒泉千萬千瓦風(fēng)電基地的全面開工建設(shè)，大規(guī)模風(fēng)電集中并網(wǎng)帶來的送出能力、消納能力、調(diào)頻調(diào)峰和系統(tǒng)穩(wěn)定等一系列技術(shù)難題亟待解決。

2 風(fēng)電與火電打捆聯(lián)合外送是應(yīng)對大規(guī)模風(fēng)電集中并網(wǎng)挑戰(zhàn)的合理選擇，也是促進(jìn)大規(guī)模風(fēng)電基地建設(shè)的必要條件。

3 風(fēng)電集群控制為大規(guī)模風(fēng)電集中并網(wǎng)、遠(yuǎn)距離輸送提供關(guān)鍵技術(shù)支撐，改善了大規(guī)模風(fēng)電并網(wǎng)的特性，為提高電網(wǎng)接納風(fēng)電能力創(chuàng)造了條件。

[1]中國電力顧問集團(tuán)西北電力設(shè)計院.甘肅酒泉風(fēng)電基地輸電規(guī)劃—風(fēng)資源特性與風(fēng)電場規(guī)劃[R].2008,8.

[2]陸浩.一項關(guān)系全局的大戰(zhàn)略—關(guān)于建設(shè)河西風(fēng)電走廊思考.甘肅日報,2008,7.28:1.

[3]國家發(fā)展與改革委員會.《關(guān)于甘肅酒泉千瓦千萬級風(fēng)電基地“十一五”380萬千瓦風(fēng)電場項目核準(zhǔn)的批復(fù)》和《關(guān)于開展甘肅酒泉千瓦千萬級風(fēng)電基地第二期項目規(guī)劃工作的通知》.2009,43-5.

[4]甘肅省電力公司. 2010年甘肅電網(wǎng)新能源運行分析報告[R].蘭州: 甘肅省電力公司調(diào)度通信中心,2010,1.

[5]甘肅省電力公司,甘肅電網(wǎng)2011年度運行方式報告[R].蘭州:甘肅省電力公司調(diào)度通信中心 2010,1.

[6]汪寧渤,馬彥宏,夏懿.甘肅酒泉10GW風(fēng)電基地面臨的巨大挑戰(zhàn)[J].電力建設(shè).2010,1:101-104.

[7]甘肅省電力公司,中國電力科學(xué)研究院.《甘肅電網(wǎng)接納風(fēng)電能力研究報告》[R]:2009.9.

[8]肖創(chuàng)英,汪寧渤,丁坤,陟晶.甘肅酒泉風(fēng)電功率調(diào)節(jié)方式研究 [J].中國電機(jī)工程學(xué)報，2010,10,1-6.

[9]肖創(chuàng)英,汪寧渤,陟晶,丁坤.甘肅酒泉風(fēng)電出力特性分析[J].電力系統(tǒng)自動化，2010,34(17):64-67.

[10]汪寧渤.風(fēng)電發(fā)展瓶頸原因分析及應(yīng)對措施研究[J]. 中國能源.2010,32(3):17-20.

[11]國家電網(wǎng)公司能源研究院. 風(fēng)電火電打捆外送經(jīng)濟(jì)效益分析[R].2009.

[12]甘肅省電力公司.風(fēng)電場、光伏電站集群控制系統(tǒng)研究與開發(fā)[R].2010,12.