甘肃酒泉

——案例分析项目的提出0.120.120.720.840.781.620.542.163.065.227.55512.77521.05533.8326.0359.86456.14516755127172920000200400600800100012001400160018002000装机容量（万千瓦）19972001200220032004200620072008201020152020甘肃风电总装机增长及展望情况统计图（1997-2020）新增容量（万千瓦)风电总装机容量（万千瓦）2006年甘肃省委省政府提出了建设河西风电走廊、再造西部“陆上三峡”的战略构思。2007年，国家批准了甘肃酒泉风电基地总体规划。2008年甘肃省委省政府进一步明确了建设河西走廊风电基地三步走的战略：第一步，到2015年装机容量达到1271万KW，成为全国最大的风电基地之一；第二步，到2020年，装机容量增加到2000万KW，建成“陆上三峡”工程；第三步，2020年以后，装机容量继续扩大到3000万KW以上，成为世界最大的风电基地为什么是酒泉？•历史的选择：1.国家能源战略需要中国一直以地大物博、资源丰富而自豪，但是随着我国经济的发展，国内石油需求剧增，煤炭资源由原来的大宗出口到现在的大量进口，加之国际市场的能源价格快速增长，致使我们将目光转向新能源。2.环境保护的需求以煤炭能源为主的能源结构，决定了中国污染物排放等主要环保指标居高不下，国际社会要求中国在环保方面承担更大的责任，而目前的技术改进还不能彻底解决污染物排放问题，大力发展风电成为可再生能源替代战略的必然选择。3.甘肃经济的发展甘肃省经济一直处于国内中下游水平，借以此项目拉动地区发展。•地理的优势a.风能较为丰富甘肃省风能资源理论储量为2.37亿KW，风能总储量居全国第五；风能可开发容量在4000万KW以上，风能资源可开发容量居全国第三位；酒泉市瓜州县被称为“世界风库”，这里年平均风速为8.3米/秒，相当于一年365天，每天都吹着四、五级大风；原本酒泉地区的大风严重损害着农业和居民生活，建成电场后变害为利。b.地理位置甘肃省的风能主要集中在酒泉地区，也就是河西走廊西端，总面积19.9万平方千米，占甘肃省面积的42%，南部为祁连山脉，北部以马鬃山为代表的北山山系，中部为平坦的沙漠戈壁，两山夹一谷成为东西风的通道。大漠戈壁地势平坦，且征地费用极低，没有拆迁和补偿的问题。c.交通便利酒泉风电基地紧邻兰新铁路和兰新·公路，交通十分便利。d.历史悠久1996年，甘肃引进了4台单机容量为300KW的风电机组，建成了玉门三十里井子风电场，标志着酒泉市风电项目建设正式进入实验示范阶段。实验非常成功于是2004年投入8.9亿元实施了一期、二期、三期技改工程，截止2006年12月，三十里井子风电场累计装机142台，容量达11万千瓦，成为甘肃省第一座装机规模10万千瓦以上的大型风电场，装机规模在全国风电场中位居第五。所以积累了较多的经验。e.因为这里是酒泉翻看一些资料的时候发现航空局和风电有着不浅的缘分。1975年，丹麦在美国航空和航天局的请求下，修复了已经停止工作7年的GEDSER风电机组，用于对风电机组进行全面的分析和测试，并为美国的风能新计划测量数据。美国大型风电的建设也离不开美国国家航空和航天局的支持。•风能资源评估在2006年结束的第三次全国风能普查工作中，应用气象站的测风资料分析，甘肃省风能资源总储量为2.37亿KW，占全国总储量的7.3%。其中，风能资源丰富区和季节可利用区的面积为17.66万，占全省总面积的39%，主要集中在河西走廊和部分山口地区。年平均风功率密度在150及以上的区域占全省总面积的4%，风能资源储量为3395万KW，风能资源技术可开发量为2667万KW，占全国的10.6%。可利用区域为5万,占全省面积的10.6%。季节性可利用区域为13万，占全省面积的28%。2Km2/Wm2Km2Km风能普查的主要依据是气象站的测风资料，对于风电场建设没有针对性，因此需要再次基础上进行针对风电场进行风能资源详查。根据酒泉的6个测风塔数据分析。a.有效数据完整率应达90%--=100%应测数目缺测数目无数据数目有效数据完整率应测数目b.Weibull分布参数利用weibull分布研究风速的概率密度函数weibull分布函数可以表示为：u为风速，参数c、k对于决定weibull分布的形态有重要的作用，k为形状参数，为尺度参数。()1exp()kFucu1/kcc.垂直风速切变指数近地层风速的垂直变化取决于风切变指数α的值，α值得大小反映了风速随高度增加的快慢。α值大表示风能随高度增加快，风速梯度大；α值小表示风能随高度增加慢，风速梯度小。用同一测风塔不同高度的日平均与小时平均风速计算了α指数的大小。风切变指数计算公式2121lg(/)lg(/)vvzzd.最后根据国标对测风塔的资料进行风能参数的计算。•风电出力特性a.风电出力的波动性根据测凤数据，风速在接近零风速与额定风速之间变化，有图可见，酒泉日波动范围很大。b.风电出力的不确定性酒泉风电基地实际运行数据表示会出现连续数日风电大出力和连续数日风电小出力的情形。c.风电出力的随机性2009年8月25日和8月26日是典型的相邻日，这两日的发电量近似相等，而风电出力曲线差异巨大。c.小时级及以上时间尺度下风电出力具有相关性由于酒泉风电基地风电场之间的地理位置比较集中，因此对于大面积来风，各个风场出力变化趋势相近。由于相关性导致风电基地总出力波动很大。d.小时级以下时间尺度风电出力具有互补性互补性包括两个方面：一方面风电机组自身的转动惯量以及有功功率控制策略，风电机组可以有效的平抑秒级时间尺度的有功出力波动；另一方面，风电场内不同的风电机组由于风速波动，或者风电场之间的地理分散效应，风速达到高峰和低谷的时间不同。这种互补性，降低了风电基地整体的出力变化率。e.实际运行中风电出力变化率根据实际的运行经验，虽然单个风电场变化率较大，但是在多个风电场之间“风风互补”的作用下，风电基地的出力变化率相对较小。下图是2009年1月1日~6月11日风电场群的出力变化率情况，年化率在每分钟0~0.6%之内的概率约为90%，在每分钟0~1.5%之内的概率约为99%，大于1.5%的概率约为1%。由此可见建设大规模风电基地起风电出力的互补性增强，降低风电出力变化率，有利于缓解电力系统调峰的矛盾。风速的测量a.机械式测量（最传统）机械式测量主要有螺旋桨式和风杯式测凤仪，其原理是，有3或者4个连在旋转轴的轮辐上的杯子或桨叶，风推动杯子或桨叶和轴旋转。其转速正比于风速，通过测量转速来测量风速。b.皮托管测量原理是通过压力来测量流速，让气流方向垂直于皮托管的管口，测得该位置的动压和静压之差。由于皮托管的的压差非常小，目前压力传感器制造精度无法实现精确测量，这种方法适用于隧道和管道风速测量。c.超声波风速测量其测量原理分为速度差法、波束偏移法、多普勒法、相关法、空间滤波法及噪声法。这个方法测量的精度高、干扰因素少得到风电场、气象、海军、航空和海运等方面的应用。e.基于神经网络的风速软测量软测量主要应用在不能直接测量或不宜准确测量参数的领域。其基本思想是运用软件实现或者神经网路芯片将有效风速软测量实际应用于风力发电机组的控制系统，代替风速仪，测得较精确的风速信号。d.光学传感器测量以上风速仪测量的是它实际安装地点的风速，而风电场这样大区域的风速则需要建立风速仪阵列了。新型光学传感器可以在很长一段距离内测量风速和风向，并比机械式传感器具有更高精度。酒泉风电基地运行情况和特点1截止2010年底，全省并网风电场13座，容量达到1450MW，同比增加61.6%，全网风电总有效发电时间8579h，完成发电量21.06亿KWh，同比增加74.7%，其中酒泉地区11场完成19.1亿KWh，白银2场完成1.92亿KWh。全网风电发电利用小时1859h，同比增加83h。2全网风电发电量在0:00-6:00所占比例为44%，6:00-12:00为20%，12:00-18：00和18:00-24:00分别为21%、15%。反调峰特性明显，风电反调峰率达62%。3风电出力波动范围大，保证出力很小，接近于0.而有效出力大，大于装机容量60%。虽然大型风电基地整体出力变化趋缓，但是2010年4、5月份酒泉风电出力1分钟、5分钟、15分钟风电出力最大变化幅度分别达到装机容量的5.56%、10.3%和13.5%，5.34%、6.75%和12.22%，超过原估算最大出力变化幅度。a.风电外送的问题2009年甘肃河西电网主网架电压等级为330KV，线路全长1000KM，是当时国内输电距离最长、串联变电所最多的线路，受到电网结构的限制，输电能力较弱，正常运行下，河西电网西电东送的能力仅为70万KW左右，即使不考虑到张掖黑河等水电占用一部分电网送出能力，也无法满足现有风电的送出需要，更不要说“陆上三峡”风电基地的送出要求了。风电基地运行所遇到的问题解决方案：2010年建成瓜州-酒泉-金昌-武胜双回750KV输电线路。线路全长1690公里，变电容量1050万千伏安。与原有双回路330KV输电线路并列运行基本满足一期风电送出。2015年建成桥湾-酒泉I回750KV线路，线路长度为200Km，建设桥湾-安西2回750KV，线路长度为160Km。建设酒泉-张掖开关站1回750KV线路，线路长度190Km。相应新建张掖开关站、马鬃山750KV变电所、桥湾750KV变电所、扩建瓜州750KV变电所1台主变压器。另外还需建设酒泉至三华（湖南）的800KV直流输电工程，输电线路长度超过2500公里，以满足电力送出的需要。b.风电汇集接入的问题酒泉风电基地突破了电力负荷就近消纳的传统发展模式，大部分需要通过330KV电压等级汇到750KV变电所，几乎所有电力电量需要通过750KV及更高电压等级的电网送到较远的负荷中心。风电汇集接入系统及送出是酒泉风电基地的主要特点，也是其成功的与否的关键。风电场采用两到三个打捆接入330KV的升压变电站，再以一回330KV电压等级线路送入750KV安西变电所或就近接入330KV电网。2015年酒泉地区风电装机容量达到1271万KW，其中北大桥新增195万KW风电，新增3座330KV升压站，每座330KV变电所一回线接入安西750KV变电所。干河口、柳园、昌马、马鬃山等地依据风电装机容量规划建设升压站，共计新建12座330KV升压站。c.调峰调频的问题调频问题不突出即使在较恶劣的情况下，酒泉风电基地每分钟出力变化仅约为额定装机容量的0.69%~1.8%。实际运行的数据表明，风电场群出力变化率在每分钟0~1.5%之间的概率约为99%。考虑到2010年风电装机容量不到甘肃电网开机容量的一半，风电波动引起的系统负荷变化率小于每分钟0.9%，符合电网公司一次调频运行规定，故近期短时间的系统调频可由机组的一次调频自动完成，对于长时间的频率变化，可由二次、三次调频结合一次调频进行频率调整。但是由于酒泉地区风出力波动范围大，因此调峰问题十分突出。调峰问题突出发电、供电和用电必须同时完成的特点，决定了整个电力系统的总发电负荷必须随用电负荷的变化而变化，由于用电负荷难以控制，要求电力系统内必须有部分发电机组承担随着用电负荷变化而变化的调整能力，即发电机组的调峰能力；由于风具有间歇性、波动性、随机性的特点，决定了风电的发电负荷难以控制，必须有其它电源承担起适应风电发电负荷变化要求而相应反向变化的发电负荷调整能力。因此，具有风电的电力系统除了要求满足正常负荷变化的调峰能力外，还必须满足适应风电随机性的调峰能力。考虑总总因素，甘肃省能够承担风电调峰的发电能力仅为150万KW，根本无法满足2010年516万KW风电所需调峰能力的要求。仅依靠甘肃自有的水火电机组调峰是远远不够的，必须考虑西北五省区尤其用黄河中上游水电参与调峰。2015年及2020年以后，现有技术水平下西北电网的总体调峰能力已无法满足要求，需