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   要闻动态

“十四五”我国海上风电发展的几点思考

  合理对标国外风电机组容量,选择与我国风资源相适应的大容量机组。

  大容量机组可以提高发电量,减少单位功率投资,降低运维成本,是降低海上风电项目度电成本的重要路径。在特定风速概率分布曲线下,提升叶片扫风面积可提升机组发电功率,欧洲海域年平均风速较高且长年保持稳定,在技术可实现的条件下不断增加风轮直径以提高机组额定功率,且仍能保持容量利用系数基本不变。欧洲多执行按机位核准,对总容量没有太多限制,提高单个机位投入产出比是开发商的主要目标。2019年,欧洲共计502台风机并入电网,平均单机功率达到7.8兆瓦。目前,10兆瓦及以上风机成为各大风机制造商的战略机型,西门子歌美飒首台11兆瓦海上风机在丹麦Osterild风场完成安装,GE的12兆瓦海上风电样机于2019年10月在荷兰阿姆斯特丹正式完成吊装并发电,成为目前全球单机功率最大的海上风电机组,2030年,海上风电单机功率将达到15~20兆瓦。

  我国风资源条件难以媲美欧洲,一味提升单机机组容量经济性并非最优。我国风电场执行限容量核准,国家海洋局《关于进一步规范海上风电海管理的意见》提出提高海域资源利用效率,单个海上风电场外缘边线包络海域面积原则上每10万千瓦控制在16平方公里左右。在江苏省的规划中,平均单位容量占海面积下调超64%,意味着单机容量更大的机组才能满足要求。与欧洲相比,我国海上风能资源总体不算丰富,容量利用系数仅为23~34%,低于全球43%平均水平。若欧洲年平均风速10米/秒,我国年平均风速8米/秒,在相同容量利用系数下,我国机组最佳单机容量仅为欧洲的二分之一,一味提高单机容量将导致容量利用系数降低,年发电量也并不能随着单机容量提升而持续增长。同时,我国执行的是固定海域限容量核准,在全场容量确定的基础上再开展机组选型,提高所有机组整体投入产出比是我国开发商的主要目标。提高单机容量是降低度电成本的重要路径,是海上风电发展的基本趋势,我国海上风电机组选型应从风资源实际条件出发,合理对标国外风电机组容量,选择合适的技术路线,确定一批稳定的机型,以满足经济性和可靠性的基本要求。

  提升大规模集中连片海上风电安全稳定运行水平。

  与陆上风电相同,海上风电同样存在频率、电压耐受能力偏低问题。大型机组故障或大容量线路跳闸使得系统频率、电压发生较大变化,特别是沿海省份多为特高压直流受端电网,交流侧故障极易引发直流闭锁,造成大额功率缺失,由此导致海上风电机组大规模脱网,引发连锁故障。该问题随着海上风电装机规模的快速增长而日益突出。

  2019年8月9日,英国发生大规模停电事故,是自2003年“伦敦大停电”以来规模最大、影响人口最多的停电事故,本次停电与世界上最大的Hornsea海上风电场密切相关。资料显示,由于某种未知的扰动,Little Barford燃气电站停机,系统损失了730兆瓦功率,导致系统频率下降,频率下降后,Hornsea海上风电出力突降900兆瓦。系统在两分钟之内连续损失功率1630兆瓦,约占总负荷的6.43%,系统频率降至49赫兹以下,低频减载启动,在全网范围内切除部分负荷,导致停电事故。Hornsea海上风电在系统频率下降时不仅没有帮助系统恢复,还因自身耐受低频能力不足进一步加剧了系统故障。

  大规模海上风电并网除频率、电压耐受问题,还存在宽频带(5~300赫兹)的次同步振荡问题,危及火电机组及主网安全,该类问题在新疆、甘肃等陆上风电富集地区更为显著。在大力发展海上风电的同时,应提高机组涉网性能,挖掘机组自身动态有功、无功调节能力,防范大规模脱网引发连锁故障。

  完善海上风电发展相关政策。

  自2020年起,新增海上风电将不再纳入中央财政补贴范围,在开发成本仍然高企且无中央财政补贴的情况下,应进一步完善海上风电相关政策,保障海上风电产业持续发展。

  一是实行配额制下的绿色电力证书交易。2017年,我国启动绿证自愿认购政策,作为新能源发电上网电量财政补贴的补充措施;2020年,我国正式施行可再生能源配额制,自愿认购绿证作为完成配额指标的补充方法;《关于促进非水可再生能源发电健康发展的若干意见》(财建〔2020〕4号)提出自2021年1月1日起实行配额制下的绿色电力证书交易,通过绿证交易替代财政补贴。目前我国海上风电开发成本较其他可再生能源发电相对要高,可参考英国配额制实施经验,即每兆瓦时海上风电获得的绿色证书始终高于其他可再生能源种类,并随着成本降低,适时退坡。

  二是实施地方补贴。与陆上风电不同,海上风电仅在我国10多个沿海省份开发并就近消纳。海上风电对沿海省份的经济、产业、就业带动能力很强,打造海上风电母港,集制造、仓储、运输、运维等一体的临港海上风电配套产业基地,形成产业聚集效应,丹麦埃斯比约港、英国赫尔港等都完成了从以油气业务为主向海上风电母港的升级,并产生很好的辐射效应,我国广东阳江、江苏如东等地具备建设海上风电母港的良好条件。地方政府和企业享受的海上风电发展红利,可通过地方补贴适当反哺较高的开发成本。

  本文刊载于《中国电力企业管理》2020年5期,作者供职于国网能源研究院有限公司

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【编辑:叶先生