甘肃酒泉.ppt

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1、案例分析甘肃酒泉千万千瓦级风电基地2021/9/2112021/9/212项目的提出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2021/9/213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

2、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。2021/9/214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

3、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3

4、00KW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。2021/9/215 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

5、型风电的建设也离不开美国国家航空和航天局的支持。看到酒泉大家首先想到什么啊？2021/9/216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%。202

6、1/9/217 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%2021/9/218b.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。2021/9/219c.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的值，值得大小反映了风速随高度增加的快慢。值大表示风能随高度增加快，风速梯度大；值小表示风能随高度增加慢，风速梯

7、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 指数的大小。风切变指数计算公式 2021/9/2110d.最后根据国标对测风塔的资料进行风能参数的计算。2021/9/2111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。2021/9/2112b.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。2021/9/2113c.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。2021/9/2114c.小时级及以

8、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。2021/9/2115d.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。2021/9/2116e.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

9、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00.6%之内的概率约为90%，在每分钟01.5%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。2021/9/21172021/9/2118风速的测量a.a.机械式测量（最传统）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

10、速。b.b.皮托管测量皮托管测量 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.c.超声波风速测量超声波风速测量 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.e.基于神经网络的风速软测量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

11、的控制系统，代替风速仪，测得较精确的风速信号。2021/9/2119d.d.光学传感器测量光学传感器测量 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。2021/9/2120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

12、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。2021/9/2121a.风电外送的问题 2009年甘肃河西电网主网架电压等级为3

13、30KV，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2021/9/2122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75

14、0KV，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。2021/9/21232021/9/21242021/9/2125b.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

15、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。2021/9/21262021/9/2127c.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

16、运行的数据表明，风电场群出力变化率在每分钟01.5%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。2021/9/2128 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

17、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，需要在更大范围或新的调峰技术才能解

18、决调峰问题。2021/9/2129d.电网电压控制问题 风电规模越来越大，接入电压等级越来越高，由于风力发电的间歇性，将导致输出线路的输送功率大幅度变化，进而引起线路充电功率的大起大落，电网必须具备足够的动态的感性和容性无功调节能力，同时要求各类发电机组与电网的协同调压，才能实现电网电压的有效控制。低电压穿越，指在风力发电 机并网点电压跌落的时候，风机能够保持并网，甚至向电网提 供一定的无功功率，支持电网恢复，直到电网恢复正常，从而“穿越”这个低电压时间(区域)。目前在一 些风力发电占主导地位的国家，如丹麦、德国等已经相继制定 了新的电网运行准则，定量地给出了风电系统离网的条件（如 最低电压跌

19、落深度和跌落持续时间）。只有当电网电压跌落低 于规定曲线以后才允许风力发电机脱网，当电压在凹陷部分时，发电机应提供无功功率。这就要求风力发电系统具有较强的低 电压穿越能力，同时能方便地为电网提供无功功率支持，但目 前的双馈型风力发电技术是否能够应对自如，学术界尚有争论，而永磁直接驱动型变速恒频风力发电系统已被证实在这方面拥 有出色的性能。风电场应配置无功电压控制系统，具备无功功率调节及电 压控制能力。根据电网调度机构指令，风电场自动调节其发出（或吸收）的无功功率，实现对风电场并网电电压的控制，其 调节速度和控制精度应能够满足电力系统电压调节的要求。2021/9/2130风电运行异常风电运行异常

20、.初步统计，自2011元月一日以来，酒泉风电瓜州地区风电场因电缆头等电气故障造馈线跳闸 20多次。.2月 24日，甘肃桥西第一风电场内 35千伏电缆头单相击穿后发展成三相故障，导致酒泉地区 16座风电场 598台机组脱网，损失出力 84万千瓦，西北电网频率最低至 49.854赫兹。故障原因是桥西一场 35B4馈线进线柜电缆头制作工艺不良。（即大规模拖网事故）.4月 17日，甘肃干西第二风电场内 35千伏两个电缆头绝缘击穿，发生三相接地短路故障，导致酒泉地区 16座风电场 699台机组脱网，损失风电出力 100.6万千瓦，西北电网频率最低至 49.815赫兹。故障原因是 35C2线电缆施工工艺不

21、良，35D2线故障电缆存在质量问题以及 35千伏 I母保护出口压板未投入，低压侧后备保护定值“过流 III段时限”定值现场整定错误。4月25日，因大风影响（瞬时最大风力11级），甘肃嘉峪关变电站330千伏嘉酒二线线路侧高跨龙门架跌落到地面，造成330千伏玉门变电站失压，330千伏玉门变所接的风电场全停，共甩风机533台，损失出力47.9万千瓦。受故障冲击，瓜州地区低电压期间676台机组脱网，损失出力94.62万千瓦，风机脱网后造成局部电网电压升高，敦煌330千伏母线电压最高至370千伏，部分风机因过电压保护动作跳闸，69台机组脱网，损失出力11万千瓦。整个事故过程中共计1278台风机跳闸，损失

22、出力153.52万千瓦,西北电网频率最低至49.765赫兹。2021/9/2131事故特征：事故特征：首先，风电大发期间，风电场电气设备 故障引发相间短路故障（以电缆馈线为主），升压 站内35千伏系统电压大幅跌落，引起系统上级电压 和周边35千伏电压跌落，在此期间大量风机因不具 备低电压穿越能力而发生脱网；随后，故障切除 后系统电压回升，各风电场的无功补偿装置（SVC）无法进行自动电压调整，引起系 统电压大幅升高，导致部分风机因过电 压过电压过电压过电压保护动作脱网，部分风机由于 变流器模块故障、误发频率越限信号脱网，造成事故扩大。2021/9/2132有关解决措施和建议有关解决措施和建议 2

23、011年3月以来，国家、国网系统召开了多次调查分析会，发出了一系列通报，出台了一系列措施和要求。国家能源局连续下发两道通知“整饬”酒泉风电基地建设 国家电监会关于切实加强风电场安全管理有效遏止大规模风电机组脱网事故频发的通知、关于近期三期风电机组大规模脱网事故的通报、西北电监局西北区域风电场并网管理办法 国家电力调度通信中心于 4月 25日发布关于近期风电大规模脱网情况的通报，防止风电大规模脱网重点措施，西北网调网调直调风电场整改 评价办法2021/9/2133e.电力电量消纳的问题 酒泉风电基地一期装机容量达到516万KW，年上网电量约为108亿KWh。2010年甘肃全省总装机规模约为230

24、0万千瓦，其中风电占总装机的22.5%，远远超过了国际上公认的电网接入风电能力不超过系统总装机容量的10-15%的标准，而且甘肃省内2010年最大负荷仅为1060万KW，要消纳516万KW的风电，从技术上看是不可能的。甘肃电网接入酒泉风电的能力存在问题。因此必须在更大的市场上考虑消纳问题。2015年及2020年以后，即使考虑全省用电负荷以年均10%的增长率增长，2015年及2020年装机容量所对应的风电发电量分别约为285亿、450亿KWh，即使考虑甘肃省用电量需求以年均8%的增长率增长，到2015年以后，不仅甘肃电网无法消纳，整个西北电网也难以消纳。酒泉风电基地的送出和消纳问题只能在全国电力

25、市场统筹综合考虑。2021/9/2134风电安全运行问题的认识风电安全运行问题的认识.首先是标准层面首先是标准层面。我国风电并网技术标准制订工作滞 后，无强制性的风电并网国家标准，尚未建立完善的风 电检测认证制度.其次是风电核心技术创新不足其次是风电核心技术创新不足。我国风电机组技术整体 水平不高而且厂家、型号繁多，实用科技成果少。没有 开展风电功率预测或精度差，没有配置有功和无功控制 系统。.再次是风电场建设和运行全过程管理体系不完善再次是风电场建设和运行全过程管理体系不完善。如风 电建设运行规程、规范不完善；建设中赶工期、抢进 度，运行中重发电、轻安全。酒泉风电基地，2009年8月 正式开

26、工，2010年底原计划完成一期，工期偏紧。.最后但需要特别关注风电发展的统筹规划最后但需要特别关注风电发展的统筹规划。风电开发统 一规划是风电大规模发展的重要保障，应该包括市场消 纳和输电规划。2021/9/2135应对措施1超前规划、加快建设，以风电促进电网 发展。2统筹规划、协调发展，以风电促进电源发展3超前规划、争取政策，以风电促进电力外送4建立标准、规范管理，促进风电有序发展2021/9/2136对于酒泉风电基地未来的展望 甘肃省酒泉地区风、光资源丰富，可大力发展风力发电和光伏发电。西部“陆上三峡”的战略构想是国家大力发展可再生能源的机遇也是挑战，同时作为全国第一个千万千瓦级的风电基地，带给我们许多难得的的经验和高新的技术，创新了风电发展的理论，对国内外发展大规模集中风电提供了可借鉴的案例。2021/9/2137The end2021/9/2138