大型風(fēng)電機(jī)組的運(yùn)行與發(fā)展

0中國風(fēng)電發(fā)展的歷史回顧為了應(yīng)對世界氣候變化，發(fā)展清潔能源，減少溫室氣體排放，中國于2006年1月通過了《中華人民共和國可支配能源法》，組織了全國風(fēng)電站的項(xiàng)目規(guī)劃。到2009年底,甘肅、新疆、河北、吉林、內(nèi)蒙古(東、西)、江蘇六個(gè)省區(qū)的7個(gè)千萬千瓦級風(fēng)電基地都通過了國家組織的規(guī)劃審查,2011年1月隨著國務(wù)院批復(fù)《山東半島藍(lán)色經(jīng)濟(jì)區(qū)發(fā)展規(guī)劃》,山東成為中國第八個(gè)千萬千瓦級風(fēng)電基地。這八個(gè)千萬千瓦級風(fēng)電基地的總裝機(jī)容量約占全國的80%,由此可知風(fēng)電基地在我國風(fēng)電發(fā)展中的份量,風(fēng)電基地的發(fā)展和運(yùn)行情況決定了我國風(fēng)電事業(yè)的整體水平。我國風(fēng)力資源十分豐富,2013年我國風(fēng)電裝機(jī)容量達(dá)到91.4吉瓦,比2012年增長21.4%,同時(shí)連續(xù)三年位居世界第一,標(biāo)志著中國風(fēng)電進(jìn)入了大規(guī)模開發(fā)、高穩(wěn)定運(yùn)行階段,是了不起的工程成就。工程活動的核心是做出一個(gè)新的存在物。工程活動過程的各種技術(shù)始終圍繞著一個(gè)新的或者更加節(jié)約資源和環(huán)境友好的存在物展開。規(guī)律也可稱為法則,規(guī)律是客觀事物發(fā)展過程中的本質(zhì)聯(lián)系,具有普遍性的形式。規(guī)律是反復(fù)起作用的,只要具備必要的條件,合乎規(guī)律的現(xiàn)象就必然重復(fù)出現(xiàn)。2011年以來,國家電網(wǎng)公司經(jīng)營區(qū)域內(nèi)連續(xù)發(fā)生大規(guī)模風(fēng)電機(jī)組脫網(wǎng)事故,給電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行造成嚴(yán)重影響;同時(shí)2012年以來風(fēng)電裝機(jī)容量快速增長的背后是棄風(fēng)現(xiàn)象凸現(xiàn),并在短時(shí)間內(nèi)難以解決,風(fēng)電的可持續(xù)發(fā)展受到一定影響。許多文獻(xiàn)就大規(guī)模風(fēng)電的建模、電能質(zhì)量、繼電保護(hù)、無功控制、功率預(yù)測、優(yōu)化調(diào)度和規(guī)劃建設(shè)等分別進(jìn)行了研究,因此通過項(xiàng)目建設(shè)運(yùn)行各種現(xiàn)象和分析研究的各個(gè)方面,探討大型風(fēng)電基地的整體發(fā)展特點(diǎn)很有必要。1建設(shè)好工程是中國推進(jìn)風(fēng)電建設(shè)的基本路徑之一工程,特別是大型、巨型工程是人類社會存在和發(fā)展的基礎(chǔ)活動,是我國社會主義經(jīng)濟(jì)建設(shè)的基礎(chǔ)內(nèi)容。產(chǎn)業(yè)是由一類相互有聯(lián)系的工程“聚集”而成的?！吨腥A人民共和國國民經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展第十二個(gè)五年規(guī)劃綱要》提出的“新能源產(chǎn)業(yè)重點(diǎn)發(fā)展新一代核能、太陽能熱利用和光伏光熱發(fā)電、風(fēng)電技術(shù)裝備、智能電網(wǎng)、生物質(zhì)能”及“加強(qiáng)并網(wǎng)配套工程建設(shè),有效發(fā)展風(fēng)電”必須通過工程項(xiàng)目的決策、選擇、改造、實(shí)施來落實(shí)和實(shí)現(xiàn)。自《可再生能源法》頒布以來,我國“三北”等地區(qū)風(fēng)電建設(shè)如火如荼,進(jìn)入了一個(gè)風(fēng)電工程建設(shè)的擴(kuò)張期,目前我國更需在保持風(fēng)電建設(shè)“數(shù)量”擴(kuò)張的同時(shí),進(jìn)行反思和調(diào)整,應(yīng)該在“質(zhì)量”上進(jìn)入一個(gè)新的轉(zhuǎn)型期和提升期。規(guī)劃優(yōu)化工程活動是我國貫徹科學(xué)發(fā)展觀的一個(gè)基本內(nèi)容。一方面,工程建設(shè)必須“以人為本”,不能“以物為本”,搞形象工程;另一方面,建設(shè)好工程這個(gè)具體存在物又是體現(xiàn)和落實(shí)“以人為本”的基本手段和內(nèi)容。不論是自然工程和社會工程,都是有一定規(guī)律的。世界上的事物規(guī)律可分為自然規(guī)律、社會規(guī)律和思維規(guī)律。工程遵守這些規(guī)律外,它還有自己的規(guī)律。工程規(guī)律是工程建造過程中必須遵循的。工程是要創(chuàng)造一個(gè)新的存在物,同時(shí)它又是有目標(biāo)的一系列的組織、集成活動,即一系列決策、研究、設(shè)計(jì)、建造和運(yùn)行活動,最后具體地表現(xiàn)為符合目標(biāo)的集成體。剛有要建造一個(gè)新的存在物這樣一個(gè)想法或設(shè)想或目標(biāo)時(shí),人們還不是很清楚這個(gè)存在物的規(guī)格、數(shù)據(jù)和許多特點(diǎn),特別對于大型項(xiàng)目,人們不清楚在現(xiàn)有的條件下建造是否可行。這就要進(jìn)行這方面的研究,即進(jìn)行可行性研究,對工程的各個(gè)要素進(jìn)行認(rèn)真的、全面的調(diào)查和詳細(xì)的測算分析,做多方案的比較論證;具體論述工程在經(jīng)濟(jì)上的必要性、合理性、現(xiàn)實(shí)性;技術(shù)和設(shè)備的先進(jìn)性、適用性、可靠性;財(cái)務(wù)上的盈利性、合法性;環(huán)境上的可行性;建設(shè)上的可行性以及現(xiàn)在提出的與社會的和諧性。為工程的決策、審批提供可靠的依據(jù)。大型工程都涉及到巨大的投資,對環(huán)境的影響也很大,一般由政治家或政府進(jìn)行決策。2分析葡萄酒通風(fēng)基地的實(shí)例2.1工程管理問題工程確定建設(shè)后就是建立相應(yīng)的組織結(jié)構(gòu)或確定負(fù)責(zé)機(jī)構(gòu),按有關(guān)規(guī)定、要求組織招標(biāo),包括設(shè)計(jì)、監(jiān)理、制造、施工、運(yùn)行各個(gè)方面,建設(shè)完成后要進(jìn)行驗(yàn)收啟動、試驗(yàn)調(diào)試,達(dá)到要求后交付生產(chǎn)運(yùn)行,必要時(shí)在生產(chǎn)運(yùn)行過程中還要監(jiān)測對環(huán)境的影響,如不滿足要求,需要采取措施。運(yùn)行或?qū)嵤┖笠M(jìn)行評估,為以后的工程積累數(shù)據(jù)和經(jīng)驗(yàn)。注意到工程在建造過程中提出的可行方案、決策、研究、設(shè)計(jì)、構(gòu)建、組織、運(yùn)行過程中牽涉到人力、資金、資源、環(huán)境、信息等方面,因此必將引起工程的管理問題。酒泉地區(qū)是我國規(guī)劃建設(shè)的第一座千萬千瓦級風(fēng)電基地,其遠(yuǎn)期規(guī)劃裝機(jī)容量將達(dá)到3000萬kW。2009年8月8日,酒泉千萬千瓦級風(fēng)電基地一期項(xiàng)目正式開工。截至2013年底,甘肅省并網(wǎng)風(fēng)電場54座,共有風(fēng)機(jī)5753臺,裝機(jī)規(guī)模達(dá)702.9萬kW,位列全國第三。風(fēng)電最大出力446.8萬kW,占當(dāng)時(shí)省網(wǎng)風(fēng)電總裝機(jī)容量的66.7%,占當(dāng)時(shí)省網(wǎng)發(fā)電出力的35.1%,占當(dāng)時(shí)省網(wǎng)用電負(fù)荷的37.1%。風(fēng)電最大日發(fā)電量10024萬kWh時(shí),占當(dāng)日省網(wǎng)總發(fā)電量的24.33%,占當(dāng)日省網(wǎng)總用電量的30.32%。為了完成酒泉風(fēng)電基地各階段的規(guī)劃目標(biāo),工程節(jié)點(diǎn)工期緊,點(diǎn)多面廣,專業(yè)人員少,全過程管理不到位。自2011年以來,酒泉風(fēng)電基地事故多發(fā)。國家電監(jiān)會事故調(diào)查認(rèn)為當(dāng)前風(fēng)電發(fā)展過程中存在的主要安全問題是已投運(yùn)風(fēng)電機(jī)組多數(shù)不具備低電壓穿越能力,部分項(xiàng)目業(yè)主工程質(zhì)量管理不嚴(yán),電網(wǎng)企業(yè)對風(fēng)電場接入管理不嚴(yán)等。隨后酒泉風(fēng)電基地風(fēng)電的消納和送出問題凸顯。國家能源局指出:隨著我國風(fēng)電裝機(jī)的快速增長,2012年部分地區(qū)風(fēng)電棄風(fēng)限電現(xiàn)象嚴(yán)重,全國棄風(fēng)電量約200億度。2.2風(fēng)電基地建設(shè)和運(yùn)行中存在的問題酒泉風(fēng)電是國家規(guī)劃建設(shè)的第一座千萬千瓦級基地,所以它有很強(qiáng)的示范作用。下面逐一分析之。1)工程的建造都是根據(jù)自然科學(xué)原理的。酒泉風(fēng)電基地工程應(yīng)該是復(fù)雜的技術(shù)和技術(shù)群的應(yīng)用和集成。由130多臺1500kW的單個(gè)機(jī)組組成20萬kW的風(fēng)電場,再由多個(gè)風(fēng)電場組成基地。雖然龐大,但絕不是技術(shù)和裝備的簡單堆砌和拼湊,工程在集成和發(fā)展過程中有其自身的理論、原則和規(guī)律,如大規(guī)模風(fēng)電并網(wǎng)對電網(wǎng)穩(wěn)定、調(diào)頻調(diào)峰、電能質(zhì)量的影響,風(fēng)電的送出和消納等,這往往是更重要的。酒泉風(fēng)電基地工程在對電網(wǎng)穩(wěn)定和電能質(zhì)量的影響等方面做了較深入的工作,但在風(fēng)電送出和消納方面重視不夠,配套送出工程嚴(yán)重滯后,致使現(xiàn)在酒泉風(fēng)電基地棄風(fēng)嚴(yán)重。2)工程是有特定目標(biāo)、注重過程、注重效益的。工程的成本、質(zhì)量、效率是工程的生命所在。酒泉風(fēng)電基地工程項(xiàng)目有其特殊對象、有明確的目標(biāo)要求,是我國應(yīng)對全球氣候變化、減少溫室氣體排放,大力開發(fā)可再生能源的具體體現(xiàn)。但在科學(xué)的設(shè)計(jì)步驟、實(shí)施階段和合理的資金投入過程方面有許多不足。風(fēng)電業(yè)主單位為減少成本,大部分風(fēng)機(jī)不具備低電壓穿越能力,在風(fēng)電場電氣設(shè)備故障引發(fā)相間短路故障(以電纜饋線為主),升壓站內(nèi)35kV系統(tǒng)電壓大幅跌落,引起周邊35kV電壓和系統(tǒng)上級電壓跌落,在此期間大量風(fēng)機(jī)發(fā)生脫網(wǎng);沒有對風(fēng)電場無功補(bǔ)償裝置功能作用、配置規(guī)模、接入方案和控制策略等進(jìn)行專題研究,同時(shí)現(xiàn)場調(diào)試不認(rèn)真。各風(fēng)電場的無功補(bǔ)償裝置無法進(jìn)行自動電壓調(diào)整,故障切除后,引起系統(tǒng)電壓大幅升高,導(dǎo)致部分風(fēng)機(jī)因過電壓保護(hù)動作脫網(wǎng)。3)工程是通過建造實(shí)現(xiàn)的。工程項(xiàng)目是要通過具體的設(shè)計(jì)、制造和建設(shè)等實(shí)施過程來完成的。不論是造船、修橋、筑路和建設(shè)風(fēng)電基地,都是要通過合理的工序、工藝和工期來完成的。酒泉風(fēng)電基地2009年8月正式開工,然而2010年底規(guī)劃裝機(jī)容量確定為516萬kW,建設(shè)工期偏短。風(fēng)電業(yè)主單位為早日發(fā)電,完成形象,趕工期、搶進(jìn)度,沒有針對風(fēng)電施工環(huán)境惡劣、作業(yè)范圍廣、隱蔽工程多的特點(diǎn),對風(fēng)電設(shè)計(jì)、施工進(jìn)行有效的質(zhì)量管控。隨后發(fā)生的大量風(fēng)機(jī)脫網(wǎng),均是由于施工單位忽視作業(yè)環(huán)境,不按規(guī)定工藝施工,施工人員不具備電纜施工特種作業(yè)資質(zhì),造成電纜頭存在質(zhì)量缺陷而引發(fā)。4)工程是在一定邊界條件下集成和優(yōu)化。工程往往有多種技術(shù)、多個(gè)方案、多種路徑可選。酒泉風(fēng)電基地這種具有示范性的大型工程選擇,應(yīng)該體現(xiàn)大力發(fā)展可再生能源,應(yīng)對氣候變化和能源短缺的國家意志。如何利用優(yōu)良的自然稟賦,最小的投入獲得最大回報(bào),推動我國風(fēng)電技術(shù)的突破,取得良好的經(jīng)濟(jì)效益、環(huán)境效益、社會效益和良好的示范作用,這就要求工程努力實(shí)現(xiàn)在一定邊界條件下的綜合集成和多目標(biāo)優(yōu)化。酒泉風(fēng)電基地建設(shè)和運(yùn)行中存在的問題是風(fēng)電和電網(wǎng)割裂開來,沒有進(jìn)行整體協(xié)調(diào)優(yōu)化。當(dāng)?shù)仉娏ω?fù)荷低,系統(tǒng)規(guī)模小,風(fēng)電消納能力不足。風(fēng)電規(guī)劃側(cè)重于風(fēng)能資源規(guī)劃,與市場消納和輸電規(guī)劃不銜接,制約了風(fēng)電在更大范圍消納。風(fēng)電項(xiàng)目和配套電網(wǎng)送出工程實(shí)行分別核準(zhǔn),“先核風(fēng)、后核網(wǎng)”,酒泉風(fēng)電基地一期工程2009年4月核準(zhǔn),750kV電網(wǎng)送出工程2010年3月核準(zhǔn),時(shí)間相差近一年。同時(shí),風(fēng)電項(xiàng)目建設(shè)周期短,通常半年左右,而電網(wǎng)送出工程建設(shè)周期長,750kV項(xiàng)目需要二年。風(fēng)電項(xiàng)目和配套電網(wǎng)項(xiàng)目前期不協(xié)調(diào)、工期不匹配進(jìn)一步加大了風(fēng)電送出和消納的困難。10多年前,國家在規(guī)劃建設(shè)三峽水電站的同時(shí),提前規(guī)劃設(shè)計(jì)電網(wǎng)送出通道和消納方向,因此才保證了三峽水電站投產(chǎn)的同時(shí)電力的可靠送出和消納。5)工程是要與環(huán)境協(xié)調(diào)一致的。酒泉地區(qū)氣候條件好,有利于風(fēng)力發(fā)電機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行。地域遼闊,都是戈壁,風(fēng)電場廠址面積大,有利于風(fēng)電場開發(fā)建設(shè)。工程地質(zhì)條件好,有利于降低風(fēng)電項(xiàng)目建設(shè)成本。交通運(yùn)輸便利,有利于風(fēng)電設(shè)備運(yùn)輸。有著開發(fā)建設(shè)大型風(fēng)電基地的良好條件,開發(fā)利用前景廣闊。工程的實(shí)施和運(yùn)行,對自然生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生的影響小,這是酒泉風(fēng)電基地的獨(dú)特優(yōu)勢。3大規(guī)模風(fēng)電開發(fā)的幾點(diǎn)啟示大力發(fā)展大規(guī)模風(fēng)電要以科學(xué)發(fā)展觀為指導(dǎo),要為全面建設(shè)和諧社會、應(yīng)對氣候變化和能源短缺的國家戰(zhàn)略服務(wù)。大規(guī)模風(fēng)電基地建設(shè)作為我國風(fēng)電發(fā)展的主力工程建設(shè)必須符合科學(xué)發(fā)展觀、構(gòu)建和諧社會的哲學(xué)理念,必須遵循工程規(guī)律。酒泉風(fēng)電基地建設(shè)已近五年,第一期規(guī)劃任務(wù)2011年完成,第二期規(guī)劃任務(wù)300萬kW2014年底完成。建設(shè)實(shí)踐表明,基地建設(shè)的決策是正確的。但是,隨著風(fēng)電機(jī)組大量并網(wǎng)投運(yùn),出現(xiàn)了不少問題,需要根據(jù)與時(shí)俱進(jìn)的原則,進(jìn)行再認(rèn)識,再思考。從本文的初步分析中,可以引出如下幾點(diǎn)啟示。1)既然大規(guī)模風(fēng)電開發(fā)是復(fù)雜的技術(shù)和技術(shù)群的應(yīng)用和集成,以風(fēng)電規(guī)律的認(rèn)識為支撐的,是一類更大時(shí)-空尺度上的工程科學(xué)問題,必須從環(huán)境——風(fēng)能——電能——輸送——用戶全過程進(jìn)行研究,國家層面組織環(huán)境、能源、氣象、機(jī)械、電力、電子等多行業(yè)產(chǎn)學(xué)研聯(lián)合攻關(guān)。2)大規(guī)模風(fēng)電是大型工程,通過建造才能完成,必須注重成本、質(zhì)量、效率。標(biāo)準(zhǔn)化、大批量、重復(fù)性、創(chuàng)新性是其基本特點(diǎn)。要及時(shí)總結(jié)工程各個(gè)階段的經(jīng)驗(yàn),如現(xiàn)在運(yùn)行的典型風(fēng)電場存在什么問題?除了防止大規(guī)模脫網(wǎng)的改進(jìn)之外有無其他需要改進(jìn)之處?要從設(shè)計(jì)、設(shè)備、建設(shè)、運(yùn)行、效益、管理和人才等方面提出改進(jìn)建議,加快風(fēng)電并網(wǎng)國家標(biāo)準(zhǔn)等有關(guān)規(guī)程、規(guī)范的制修訂,完善風(fēng)電場設(shè)計(jì)、施工、安裝、調(diào)試、驗(yàn)收、生產(chǎn)運(yùn)行有關(guān)規(guī)程和規(guī)范,特別重視工程項(xiàng)目后評估工作,只有這樣,才能有創(chuàng)新、提高和可持續(xù)。3)大規(guī)模風(fēng)電受地理、當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)和電網(wǎng)等多種因素制約。至少由國家能源主管部門進(jìn)行規(guī)劃、建設(shè)、運(yùn)行和用電的整體協(xié)調(diào)。嚴(yán)格按照國家規(guī)劃確定的總量、布局和建設(shè)時(shí)序核準(zhǔn)風(fēng)電項(xiàng)目,杜絕整裝風(fēng)電場拆分現(xiàn)象;統(tǒng)籌風(fēng)電與電網(wǎng)規(guī)劃,