近日，國家能源局召開了2023年第三季度新聞發(fā)布會，相關(guān)負責(zé)人指出，甘肅等?。▍^(qū)）持續(xù)推進大型“沙戈荒”風(fēng)電光伏基地項目建設(shè)，可再生能源發(fā)展實現(xiàn)了新突破。截至今年第一季度，第一批9705萬千瓦基地項目已全面開工，項目并網(wǎng)工作正在積極推進，力爭于底前全部建成并網(wǎng)投產(chǎn)。第二批基地項目陸續(xù)開工建設(shè)，第三批基地項目清單近期已正式印發(fā)實施。
“沙戈荒”風(fēng)電光伏基地項目是新型電力系統(tǒng)建設(shè)的重要支撐。那么，隨著三批項目陸續(xù)落地，我國“沙戈荒”風(fēng)電光伏基地項目積累了哪些經(jīng)驗？在特殊的地理環(huán)境和地質(zhì)條件下，三批項目對發(fā)電設(shè)備、項目建設(shè)和消納送出提出了哪些新要求？日前，《中國能源報》記者就此采訪了中國華能集團清潔能源技術(shù)研究院有限公司副院長郭小江。
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環(huán)境適應(yīng)性要求高
中國能源報：在“沙戈荒”地區(qū)開發(fā)新能源項目，對發(fā)電設(shè)備提出了哪些新要求？
郭小江：“沙戈荒”地區(qū)海拔相對較高，多處于1000米以上，環(huán)境惡劣，浮塵日、雷暴日、沙塵暴較多，氣溫夏季高、冬季低，季節(jié)性溫差變化較大，為新型能源基地規(guī)劃、建設(shè)和經(jīng)濟開發(fā)帶來了諸多挑戰(zhàn)。同時，“沙戈荒”地區(qū)寬溫差、沙蝕、磨損、地基承載弱等問題交互產(chǎn)生，使設(shè)備方案定制更為復(fù)雜。
例如，地面溫度高，晝夜溫差大，沙漠邊緣地區(qū)夏季最高氣溫超過40攝氏度，會加速設(shè)備老化、氧化、變形；大風(fēng)揚塵天氣易形成沙暴浮塵，會磨損、侵蝕風(fēng)機葉片、太陽能板等設(shè)備，造成能量損失；含濕陷性黃土，地基承載力弱，可能導(dǎo)致基礎(chǔ)沉陷，影響機組安全運行。
眾所周知，開發(fā)建設(shè)新能源發(fā)電項目對發(fā)電設(shè)備環(huán)境適應(yīng)性要求較高，對發(fā)電設(shè)備容量也有更高要求，需要相關(guān)企業(yè)重新考慮“沙戈荒”地區(qū)的發(fā)電設(shè)備設(shè)計及方案。如目前海上風(fēng)電領(lǐng)域的風(fēng)機已有16兆瓦，18兆瓦和20兆瓦機型也在研制中。雖然這些風(fēng)機容量很大，但不可以將其直接搬到“沙戈荒”大型風(fēng)電光伏基地使用。然而，目前陸上風(fēng)機一般為5兆瓦—8兆瓦，和大風(fēng)機還有一定規(guī)模差距。
因此，“沙戈荒”風(fēng)電光伏基地的發(fā)電設(shè)備將呈現(xiàn)三個特點：高適應(yīng)性的定制化，要適應(yīng)當(dāng)?shù)氐牡匦蔚孛埠妥匀画h(huán)境的特殊要求；大型化，以滿足規(guī)模建設(shè)的總體要求；要在滿足上述兩點的基礎(chǔ)上，具備經(jīng)濟性，不斷促進成本降低。例如，在內(nèi)蒙古庫布齊沙漠鄂爾多斯南部新能源基地的風(fēng)電項目中，我們就在定制化風(fēng)機方面開展了重點研究，開發(fā)了120米級避掃塔抗沙蝕低沙敏長柔葉片，研制了低沙塵敏感翼型及其氣動設(shè)計方法，實現(xiàn)在沙塵環(huán)境下機組年發(fā)電量提升1%-3%。同時，采用預(yù)彎優(yōu)化設(shè)計、前緣鋪層優(yōu)化設(shè)計等技術(shù)，加裝高耐磨防沙保護膜，增強葉片在風(fēng)沙環(huán)境中的可靠性。
新能源主動支撐必不可少
中國能源報：“沙戈荒”風(fēng)電光伏基地的電力消納和送出面臨哪些挑戰(zhàn)？如何應(yīng)對這些挑戰(zhàn)？
郭小江：我國“沙戈荒”面積廣闊，主要位于新疆、內(nèi)蒙古、青海、甘肅等?。▍^(qū)）。這些地區(qū)光照強、降水少、土地相對平坦，是太陽能資源富集地區(qū)。根據(jù)國家相關(guān)規(guī)劃，“十四五”期間，我國將建設(shè)九大大型清潔能源基地，其中包括黃河幾字彎清潔能源基地、河西走廊清潔能源基地、新疆清潔能源基地、黃河上游清潔能源基地等。未來，“沙戈荒”地區(qū)可再生能源項目開發(fā)是構(gòu)建新型電力系統(tǒng)的重要支撐，其裝機規(guī)模十分可觀。
然而，“沙戈荒”地區(qū)電力需求較低，遠離城市負荷中心，供電地區(qū)和用電負荷地區(qū)之間距離較遠。同時，“沙戈荒”風(fēng)電光伏基地送端系統(tǒng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)薄弱，電網(wǎng)調(diào)節(jié)消納能力有限，系統(tǒng)慣性低、抗擾動能力差；新能源發(fā)電機組對電力系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定支撐能力有限，送端系統(tǒng)面臨頻率、電壓失穩(wěn)風(fēng)險；基地受到送出曲線、機組調(diào)控能力、系統(tǒng)安全穩(wěn)定性等多重約束，對能源基地的調(diào)度控制帶來挑戰(zhàn)。
因此，在“沙戈荒”風(fēng)電光伏基地開發(fā)和建設(shè)過程中，要考慮配套基礎(chǔ)設(shè)施和電網(wǎng)消納送出的問題。我們認為，一開始就要做好項目的源網(wǎng)協(xié)調(diào)規(guī)劃、靈活性資源規(guī)劃和系統(tǒng)強度校核提升規(guī)劃等工作。在發(fā)電設(shè)備方面，希望可以提升其主動支撐能力。對此，我們研發(fā)了具有構(gòu)網(wǎng)能力的大型風(fēng)電機組電壓源型并網(wǎng)控制技術(shù)，在慣量主動響應(yīng)、極弱電網(wǎng)穩(wěn)定運行、振蕩抑制、故障穿越支撐等方面具有優(yōu)勢，適用于能源富集地區(qū)“沙戈荒”風(fēng)電光伏基地弱交流網(wǎng)的并網(wǎng)環(huán)境。
同時，我們突破了雙風(fēng)輪仿真設(shè)計軟件開發(fā)、成套關(guān)鍵裝備制造和實驗測試方法等關(guān)鍵技術(shù)，建立了一套風(fēng)能高效緊湊梯次捕獲利用的基礎(chǔ)理論與技術(shù)體系。引入高耗能企業(yè)及產(chǎn)業(yè)并向“沙戈荒”地區(qū)的轉(zhuǎn)移，推進“沙戈荒”風(fēng)電光伏基地電力就地消納與開發(fā)外送并舉。此外，還配置了靈活性調(diào)節(jié)電源。如在庫布齊能源基地配備4臺100萬千瓦火電機組，提升系統(tǒng)的靈活調(diào)節(jié)能力。
需一體化整體考量
中國能源報：“沙戈荒”風(fēng)電光伏基地開發(fā)和建設(shè)還需要開展哪些研究，以保證相關(guān)規(guī)劃順利實施？
郭小江：“沙戈荒”風(fēng)電光伏基地地域范圍廣，風(fēng)光資源分布差異大?；匾婚_始都是按照風(fēng)光火儲等各類電源綜合配置規(guī)劃實施的，能否實現(xiàn)多種綜合能源一體化調(diào)度運行，以保證整個能源基地經(jīng)濟、安全、高效、穩(wěn)定運行是重要課題。
由于涉及新能源發(fā)電、配套靈活性資源等多種類型設(shè)施，匯集系統(tǒng)布局復(fù)雜，需在時間、空間尺度進行精細化綜合規(guī)劃研究。我們將通過數(shù)字化、智能化技術(shù)來解決電力系統(tǒng)可靠性和環(huán)境適應(yīng)性難題。為此，我們開發(fā)了集資源評估、選型選址、場群設(shè)計、并網(wǎng)分析、生產(chǎn)模擬于一體的大型能源基地規(guī)劃優(yōu)化平臺，解決以往新能源場站在規(guī)劃階段各專業(yè)數(shù)據(jù)一致性較差、源網(wǎng)規(guī)劃建設(shè)不匹配、源網(wǎng)調(diào)度運行經(jīng)濟性欠佳等問題，實現(xiàn)大型能源基地從資源評估、微觀選址、一體化設(shè)計、并網(wǎng)安全和生產(chǎn)模擬的全流程一體化開發(fā)設(shè)計。
同時，我們綜合考慮新能源消納、經(jīng)濟性、安全性及電網(wǎng)支撐等多維因素，實現(xiàn)基地友好并網(wǎng)、主動支撐、優(yōu)化調(diào)度及快速控制，打造千萬千瓦級多能互補大型能源基地一體化運行控制典型建設(shè)模式與整體解決方案。和發(fā)電設(shè)備一樣，“沙戈荒”地區(qū)儲能開發(fā)同樣面臨安全性、電網(wǎng)適應(yīng)性、環(huán)境適應(yīng)性、運維困難等共性技術(shù)難題，需從系統(tǒng)架構(gòu)、管控、運維、集成方面突破，提高儲能系統(tǒng)的可靠性和環(huán)境適應(yīng)性。
運維方面，可從運維裝備開發(fā)及應(yīng)用和電站智能一體化管控平臺兩方面去提升效率。面對“沙戈荒”大容量電站區(qū)域廣、缺水、沙塵大等問題，開發(fā)基于大載重電動無人機、智能清掃機器人等運維裝備，是實現(xiàn)電站良好運維的必要手段。此外，利用無人機、人工智能、大數(shù)據(jù)分析等技術(shù)，開發(fā)集成三維設(shè)計優(yōu)化、可視化基建及故障診斷的智能一體化管控平臺，將支撐“沙戈荒”大容量電站開發(fā)及建設(shè)管理。
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