郭小江：我們開發(fā)了集資源評估、選型選址、場群設計、并網分析、生產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)數據一致性較差、源網規(guī)劃建設不匹配、源網調度運行經濟性欠佳等問題，實現(xiàn)大型能源基地從資源評估、微觀選址、一體化設計、并網安全和生產模擬的全流程一體化開發(fā)設計。

(資料圖)

近日，國家能源局召開了2023年第三季度新聞發(fā)布會，相關負責人指出，甘肅等?。▍^(qū)）持續(xù)推進大型“沙戈荒”風電光伏基地項目建設，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，項目并網工作正在積極推進，力爭于底前全部建成并網投產。第二批基地項目陸續(xù)開工建設，第三批基地項目清單近期已正式印發(fā)實施。

“沙戈荒”風電光伏基地項目是新型電力系統(tǒng)建設的重要支撐。那么，隨著三批項目陸續(xù)落地，我國“沙戈荒”風電光伏基地項目積累了哪些經驗？在特殊的地理環(huán)境和地質條件下，三批項目對發(fā)電設備、項目建設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研究院有限公司副院長郭小江。

環(huán)境適應性要求高

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、建設和經濟開發(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生，使設備方案定制更為復雜。

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，會加速設備老化、氧化、變形；大風揚塵天氣易形成沙暴浮塵，會磨損、侵蝕風機葉片、太陽能板等設備，造成能量損失；含濕陷性黃土，地基承載力弱，可能導致基礎沉陷，影響機組安全運行。

眾所周知，開發(fā)建設新能源發(fā)電項目對發(fā)電設備環(huán)境適應性要求較高，對發(fā)電設備容量也有更高要求，需要相關企業(yè)重新考慮“沙戈荒”地區(qū)的發(fā)電設備設計及方案。如目前海上風電領域的風機已有16兆瓦，18兆瓦和20兆瓦機型也在研制中。雖然這些風機容量很大，但不可以將其直接搬到“沙戈荒”大型風電光伏基地使用。然而，目前陸上風機一般為5兆瓦—8兆瓦，和大風機還有一定規(guī)模差距。

因此，“沙戈荒”風電光伏基地的發(fā)電設備將呈現(xiàn)三個特點：高適應性的定制化，要適應當地的地形地貌和自然環(huán)境的特殊要求；大型化，以滿足規(guī)模建設的總體要求；要在滿足上述兩點的基礎上，具備經濟性，不斷促進成本降低。例如，在內蒙古庫布齊沙漠鄂爾多斯南部新能源基地的風電項目中，我們就在定制化風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，采用預彎優(yōu)化設計、前緣鋪層優(yōu)化設計等技術，加裝高耐磨防沙保護膜，增強葉片在風沙環(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”風電光伏基地的電力消納和送出面臨哪些挑戰(zhàn)？如何應對這些挑戰(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)。根據國家相關規(guī)劃，“十四五”期間，我國將建設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”風電光伏基地送端系統(tǒng)網架結構薄弱，電網調節(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)風險；基地受到送出曲線、機組調控能力、系統(tǒng)安全穩(wěn)定性等多重約束，對能源基地的調度控制帶來挑戰(zhàn)。

因此，在“沙戈荒”風電光伏基地開發(fā)和建設過程中，要考慮配套基礎設施和電網消納送出的問題。我們認為，一開始就要做好項目的源網協(xié)調規(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)了具有構網能力的大型風電機組電壓源型并網控制技術，在慣量主動響應、極弱電網穩(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”風電光伏基地弱交流網的并網環(huán)境。

同時，我們突破了雙風輪仿真設計軟件開發(fā)、成套關鍵裝備制造和實驗測試方法等關鍵技術，建立了一套風能高效緊湊梯次捕獲利用的基礎理論與技術體系。引入高耗能企業(yè)及產業(yè)并向“沙戈荒”地區(qū)的轉移，推進“沙戈荒”風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)的靈活調節(jié)能力。

需一體化整體考量

中國能源報：“沙戈荒”風電光伏基地開發(fā)和建設還需要開展哪些研究，以保證相關規(guī)劃順利實施？

郭小江：“沙戈荒”風電光伏基地地域范圍廣，風光資源分布差異大?；匾婚_始都是按照風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度運行，以保證整個能源基地經濟、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施，匯集系統(tǒng)布局復雜，需在時間、空間尺度進行精細化綜合規(guī)劃研究。我們將通過數字化、智能化技術來解決電力系統(tǒng)可靠性和環(huán)境適應性難題。為此，我們開發(fā)了集資源評估、選型選址、場群設計、并網分析、生產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)數據一致性較差、源網規(guī)劃建設不匹配、源網調度運行經濟性欠佳等問題，實現(xiàn)大型能源基地從資源評估、微觀選址、一體化設計、并網安全和生產模擬的全流程一體化開發(fā)設計。

同時，我們綜合考慮新能源消納、經濟性、安全性及電網支撐等多維因素，實現(xiàn)基地友好并網、主動支撐、優(yōu)化調度及快速控制，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模式與整體解決方案。和發(fā)電設備一樣，“沙戈荒”地區(qū)儲能開發(fā)同樣面臨安全性、電網適應性、環(huán)境適應性、運維困難等共性技術難題，需從系統(tǒng)架構、管控、運維、集成方面突破，提高儲能系統(tǒng)的可靠性和環(huán)境適應性。

運維方面，可從運維裝備開發(fā)及應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、大數據分析等技術，開發(fā)集成三維設計優(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)及建設管理。

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