“沙戈荒”风电光伏基地开发需走“高定”路线

郭小江：我们开发了集资源评估、选型选址、场群设计、并网分析、生产模拟于一体的大型能源基地规划优化平台，解决以往新能源场站在规划阶段各专业数据一致性较差、源网规划建设不匹配、源网调度运行经济性欠佳等问题，实现大型能源基地从资源评估、微观选址、一体化设计、并网安全和生产模拟的全流程一体化开发设计。

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近日，国家能源局召开了2023年第三季度新闻发布会，相关负责人指出，甘肃等省（区）持续推进大型“沙戈荒”风电光伏基地项目建设，可再生能源发展实现了新突破。截至今年第一季度，第一批9705万千瓦基地项目已全面开工，项目并网工作正在积极推进，力争于底前全部建成并网投产。第二批基地项目陆续开工建设，第三批基地项目清单近期已正式印发实施。

“沙戈荒”风电光伏基地项目是新型电力系统建设的重要支撑。那么，随着三批项目陆续落地，我国“沙戈荒”风电光伏基地项目积累了哪些经验？在特殊的地理环境和地质条件下，三批项目对发电设备、项目建设和消纳送出提出了哪些新要求？日前，记者就此采访了中国华能集团清洁能源技术研究院有限公司副院长郭小江。

环境适应性要求高

记者：在“沙戈荒”地区开发新能源项目，对发电设备提出了哪些新要求？

郭小江：“沙戈荒”地区海拔相对较高，多处于1000米以上，环境恶劣，浮尘日、雷暴日、沙尘暴较多，气温夏季高、冬季低，季节性温差变化较大，为新型能源基地规划、建设和经济开发带来了诸多挑战。同时，“沙戈荒”地区宽温差、沙蚀、磨损、地基承载弱等问题交互产生，使设备方案定制更为复杂。

例如，地面温度高，昼夜温差大，沙漠边缘地区夏季最高气温超过40摄氏度，会加速设备老化、氧化、变形；大风扬尘天气易形成沙暴浮尘，会磨损、侵蚀风机叶片、太阳能板等设备，造成能量损失；含湿陷性黄土，地基承载力弱，可能导致基础沉陷，影响机组安全运行。

众所周知，开发建设新能源发电项目对发电设备环境适应性要求较高，对发电设备容量也有更高要求，需要相关企业重新考虑“沙戈荒”地区的发电设备设计及方案。如目前海上风电领域的风机已有16兆瓦，18兆瓦和20兆瓦机型也在研制中。虽然这些风机容量很大，但不可以将其直接搬到“沙戈荒”大型风电光伏基地使用。然而，目前陆上风机一般为5兆瓦—8兆瓦，和大风机还有一定规模差距。

因此，“沙戈荒”风电光伏基地的发电设备将呈现三个特点：高适应性的定制化，要适应当地的地形地貌和自然环境的特殊要求；大型化，以满足规模建设的总体要求；要在满足上述两点的基础上，具备经济性，不断促进成本降低。例如，在内蒙古库布齐沙漠鄂尔多斯南部新能源基地的风电项目中，我们就在定制化风机方面开展了重点研究，开发了120米级避扫塔抗沙蚀低沙敏长柔叶片，研制了低沙尘敏感翼型及其气动设计方法，实现在沙尘环境下机组年发电量提升1%-3%。同时，采用预弯优化设计、前缘铺层优化设计等技术，加装高耐磨防沙保护膜，增强叶片在风沙环境中的可靠性。

新能源主动支撑必不可少

记者：“沙戈荒”风电光伏基地的电力消纳和送出面临哪些挑战？如何应对这些挑战？

郭小江：我国“沙戈荒”面积广阔，主要位于新疆、内蒙古、青海、甘肃等省（区）。这些地区光照强、降水少、土地相对平坦，是太阳能资源富集地区。根据国家相关规划，“十四五”期间，我国将建设九大大型清洁能源基地，其中包括黄河几字弯清洁能源基地、河西走廊清洁能源基地、新疆清洁能源基地、黄河上游清洁能源基地等。未来，“沙戈荒”地区可再生能源项目开发是构建新型电力系统的重要支撑，其装机规模十分可观。

然而，“沙戈荒”地区电力需求较低，远离城市负荷中心，供电地区和用电负荷地区之间距离较远。同时，“沙戈荒”风电光伏基地送端系统网架结构薄弱，电网调节消纳能力有限，系统惯性低、抗扰动能力差；新能源发电机组对电力系统的暂态稳定支撑能力有限，送端系统面临频率、电压失稳风险；基地受到送出曲线、机组调控能力、系统安全稳定性等多重约束，对能源基地的调度控制带来挑战。

因此，在“沙戈荒”风电光伏基地开发和建设过程中，要考虑配套基础设施和电网消纳送出的问题。我们认为，一开始就要做好项目的源网协调规划、灵活性资源规划和系统强度校核提升规划等工作。在发电设备方面，希望可以提升其主动支撑能力。对此，我们研发了具有构网能力的大型风电机组电压源型并网控制技术，在惯量主动响应、极弱电网稳定运行、振荡抑制、故障穿越支撑等方面具有优势，适用于能源富集地区“沙戈荒”风电光伏基地弱交流网的并网环境。

同时，我们突破了双风轮仿真设计软件开发、成套关键装备制造和实验测试方法等关键技术，建立了一套风能高效紧凑梯次捕获利用的基础理论与技术体系。引入高耗能企业及产业并向“沙戈荒”地区的转移，推进“沙戈荒”风电光伏基地电力就地消纳与开发外送并举。此外，还配置了灵活性调节电源。如在库布齐能源基地配备4台100万千瓦火电机组，提升系统的灵活调节能力。

需一体化整体考量

记者：“沙戈荒”风电光伏基地开发和建设还需要开展哪些研究，以保证相关规划顺利实施？

郭小江：“沙戈荒”风电光伏基地地域范围广，风光资源分布差异大。基地一开始都是按照风光火储等各类电源综合配置规划实施的，能否实现多种综合能源一体化调度运行，以保证整个能源基地经济、安全、高效、稳定运行是重要课题。

由于涉及新能源发电、配套灵活性资源等多种类型设施，汇集系统布局复杂，需在时间、空间尺度进行精细化综合规划研究。我们将通过数字化、智能化技术来解决电力系统可靠性和环境适应性难题。为此，我们开发了集资源评估、选型选址、场群设计、并网分析、生产模拟于一体的大型能源基地规划优化平台，解决以往新能源场站在规划阶段各专业数据一致性较差、源网规划建设不匹配、源网调度运行经济性欠佳等问题，实现大型能源基地从资源评估、微观选址、一体化设计、并网安全和生产模拟的全流程一体化开发设计。

同时，我们综合考虑新能源消纳、经济性、安全性及电网支撑等多维因素，实现基地友好并网、主动支撑、优化调度及快速控制，打造千万千瓦级多能互补大型能源基地一体化运行控制典型建设模式与整体解决方案。和发电设备一样，“沙戈荒”地区储能开发同样面临安全性、电网适应性、环境适应性、运维困难等共性技术难题，需从系统架构、管控、运维、集成方面突破，提高储能系统的可靠性和环境适应性。

运维方面，可从运维装备开发及应用和电站智能一体化管控平台两方面去提升效率。面对“沙戈荒”大容量电站区域广、缺水、沙尘大等问题，开发基于大载重电动无人机、智能清扫机器人等运维装备，是实现电站良好运维的必要手段。此外，利用无人机、人工智能、大数据分析等技术，开发集成三维设计优化、可视化基建及故障诊断的智能一体化管控平台，将支撑“沙戈荒”大容量电站开发及建设管理。