河北工程大學(xué)建筑與藝術(shù)學(xué)院 ■ 任洪國

0 引言

黑龍江省大慶市，是我國重要的石油化工生產(chǎn)基地。作為典型的資源型城市，大慶市長期以石油開采為主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)單一，接續(xù)產(chǎn)業(yè)不足以支撐城市發(fā)展[1-2]。近年來，隨著大慶市宏觀經(jīng)濟下行壓力持續(xù)加大、油田原油“量價雙降”、探明儲量減少和開采難度加大等諸多內(nèi)外因素的影響，大慶市的發(fā)展面臨著巨大的壓力和挑戰(zhàn)。因此，在該市打造可持續(xù)發(fā)展的新能源產(chǎn)業(yè)顯得至關(guān)重要。

“十三五”期間，我國非化石能源占一次能源消費比重已提高到15%，新能源的開發(fā)利用必將成為未來新趨勢[3]。風(fēng)能作為一種可再生的清潔能源，具有經(jīng)濟、環(huán)保的特點，利用風(fēng)電場發(fā)電對環(huán)境的影響較小；并且風(fēng)力發(fā)電是我國鼓勵和支持的可再生能源利用方式之一[4]。因此，利用大慶地區(qū)豐富的風(fēng)能資源，不但可以緩解黑龍江省西部供電缺口問題，降低一次能源比重，而且還可促進當(dāng)?shù)氐慕?jīng)濟發(fā)展。

1 電力系統(tǒng)現(xiàn)狀分析

1.1 黑龍江省電網(wǎng)現(xiàn)狀

1)黑龍江省電網(wǎng)概況。黑龍江省電網(wǎng)位于東北電網(wǎng)的最北端，其東北方向與俄羅斯接壤，西面與內(nèi)蒙古呼倫貝爾市相鄰，南接吉林省電網(wǎng)[5]?！笆濉逼陂g，光伏發(fā)電備受關(guān)注，預(yù)計裝機容量約為780 MW[6]。黑龍江省的東部電網(wǎng)為其主要的電源基地，截至2017年末，東部電網(wǎng)省調(diào)統(tǒng)調(diào)火電廠13座，裝機容量達8943 MW；風(fēng)電場47座，裝機容量為3658.3 MW[7]。

2)大慶地區(qū)電網(wǎng)現(xiàn)狀。大慶市、安達市、林甸縣、肇源縣、肇州縣、明水縣、青岡縣及杜爾伯特蒙古族自治縣的電力來源均由大慶供電網(wǎng)供應(yīng)。大慶供電網(wǎng)是黑龍江省供電網(wǎng)的重要組成部分，也是該省重要的受端電網(wǎng)之一。目前，大慶地區(qū)沿油田邊緣220 kV電網(wǎng)已形成不完全雙環(huán)網(wǎng)形狀，大慶市電網(wǎng)現(xiàn)有500 kV變電站1座，電網(wǎng)線路總長約為146.2 km[8]；220 kV變電站15座，電網(wǎng)線路總長約為1151.7 km；66 kV高壓配電網(wǎng)線路總長約為146.2 km；10 kV中壓配電網(wǎng)線路總長約為135.1 km。

3)大慶地區(qū)油田電力集團電網(wǎng)現(xiàn)狀。油田電力集團承擔(dān)的供熱面積為2239萬m2，電網(wǎng)供電路線涵蓋大慶油田及大慶市部分重要地區(qū)，擁有110 kV變電所30座以上，35 kV變電所12座，6 kV開閉所30座；各種電壓等級的電網(wǎng)輸電線路共計908條，線路總長約為3928.67 km。該集團主要對油田公司各二級單位管理的240座35 kV變電所進行檢修、維護、校核及事故處理，是目前為止全國石油石化系統(tǒng)比較大的電力企業(yè)。

4)省內(nèi)電網(wǎng)發(fā)展規(guī)劃?！笆濉蹦┢谥痢笆濉逼陂g是黑龍江省電網(wǎng)發(fā)展的重要階段，該省電網(wǎng)的主網(wǎng)架結(jié)構(gòu)已基本形成，500 kV主干電網(wǎng)基本覆蓋全境(大興安嶺地區(qū)除外)，電網(wǎng)輸電、受電和變電能力得到極大提高，從根本上解決了困擾黑龍江省電網(wǎng)外送困難的問題，邊遠地區(qū)供電能力也將得到根本改善；熱電聯(lián)產(chǎn)機組和坑口電廠接網(wǎng)問題也將得到落實，有力保證了黑龍江省經(jīng)濟建設(shè)的發(fā)展。

1.2 黑龍江省電網(wǎng)存在的問題

1)500 kV主干電網(wǎng)架仍處于初步階段，需要對電網(wǎng)框架進行深入完善。目前，黑龍江省500 kV電網(wǎng)與220 kV電網(wǎng)連接運行狀態(tài)屬于電磁環(huán)網(wǎng)，還有一部分220 kV變電站短路電流也將要達到標(biāo)準(zhǔn)限制或即將超標(biāo)，這種運行方式會對電網(wǎng)安全穩(wěn)定工作帶來挑戰(zhàn)。

2)一些區(qū)域的電網(wǎng)結(jié)構(gòu)薄弱，制約了此類地區(qū)的經(jīng)濟社會發(fā)展。

3)電源外送受限，一定程度影響了黑龍江省經(jīng)濟社會的發(fā)展，造成風(fēng)電機組利用小時數(shù)下降及能源浪費等問題。該省電網(wǎng)裝機容量增長迅速，且分布不均勻，造成省網(wǎng)電力送出受限問題突出。

4)新能源發(fā)電與負荷特性不相符，影響電網(wǎng)穩(wěn)定性。黑龍江省電源配置以火電為主，供電電源側(cè)形式結(jié)構(gòu)單一，而風(fēng)力發(fā)電的高峰期與常規(guī)能源負荷高峰期恰恰相反，由此直接導(dǎo)致該省電網(wǎng)穩(wěn)定性呈現(xiàn)下降趨勢。目前該省電網(wǎng)已明顯達到飽和狀態(tài)，嚴(yán)重影響了新能源發(fā)電項目的審核。

5)電網(wǎng)運營效益與社會經(jīng)濟發(fā)展之間存在矛盾。該省經(jīng)濟社會發(fā)展雖然在“十一五”至“十二五”前期保持了快速增長，但與國內(nèi)主要發(fā)達省份、城市相比，其經(jīng)濟總量依然相對偏低。

1.3 電力消納分析

1.3.1 黑龍江省電力電量平衡分析

從電力電量平衡結(jié)果來看，隨著黑龍江省“十三五”期間的電源建設(shè)，該省電網(wǎng)盈余電量呈大幅上升趨勢，自平衡時火電機組利用小時數(shù)在“十三五”期間呈先下滑后上升趨勢，“十三五”末期火電利用小時數(shù)將達3652 h。預(yù)計到2030年，新增常規(guī)電源項目將減少，但風(fēng)電、生物質(zhì)、光伏等新能源裝機規(guī)模將有大幅上升，電力還將呈現(xiàn)盈余增大趨勢，火電利用小時數(shù)將降至3230 h。

1.3.2 大慶市電力消納分析

根據(jù)大慶市的歷史數(shù)據(jù)，按火電裝機年平均利用小時數(shù)5000 h、風(fēng)電裝機年平均利用小時數(shù)2000 h考慮，“十三五”末期，大慶市電量平衡計算結(jié)果如表1所示[8]。

由表1的計算結(jié)果可知，大慶地區(qū)一直屬于黑龍江西部缺電地區(qū)，且電力缺額在逐年增加。隨著地區(qū)負荷的不斷增長，地區(qū)缺電容量還會逐步增加，由此也可以看出，大慶地區(qū)具備一定的電力消納能力。

表1 “十三五”末期大慶市電量平衡表[8]

2 大慶市風(fēng)能資源分析

2.1 風(fēng)能資源現(xiàn)狀

大慶市地處舉世聞名的敖古拉大風(fēng)口，風(fēng)能資源豐富，年有效風(fēng)速持續(xù)時間長。據(jù)當(dāng)?shù)貧庀蟮炔块T勘測，大慶市年平均風(fēng)速為3.8 m/s，個別地區(qū)風(fēng)速在7 m/s以上，每年約有10個月的風(fēng)速在6～12 m/s，全市全年風(fēng)能可利用小時數(shù)在4000 h左右[7]，可開發(fā)面積廣。

大慶市的風(fēng)速春、秋兩季偏大，冬、夏兩季較小[9]。大慶市風(fēng)能資源根據(jù)分布情況可分為豐富區(qū)、較豐富區(qū)和可利用區(qū)。豐富區(qū)的年平均風(fēng)功率密度可達到320～440 W/m2，70 m高處的年平均風(fēng)速大于6.8 m/s，有效風(fēng)速時數(shù)在7400 h以上，主要分布在大慶市嫩江左岸一側(cè)地區(qū)；較豐富地區(qū)的年平均風(fēng)功率密度達到270～320 W/m2，70 m高處的年平均風(fēng)速大于6.5 m/s，有效風(fēng)速時數(shù)在7000 h以上，主要分布在大慶市西南部；可利用地區(qū)的年平均風(fēng)功率密度達到240～270 W/m2，70 m高處的年平均風(fēng)速大于6.2 m/s，有效風(fēng)速時數(shù)在6000 h以上，主要分布在大慶市東部地區(qū)。同時，大慶市建設(shè)風(fēng)電場具有地勢平坦、不占用耕地的先決條件，以及上網(wǎng)方便和輸送成本低的優(yōu)勢，開發(fā)前景廣闊。

2.2 大慶市實測風(fēng)速資料分析

根據(jù)大慶市已有測風(fēng)塔的實測數(shù)據(jù)，70 m高處的年平均風(fēng)速可達6.48～6.8 m/s，相應(yīng)風(fēng)功率密度可達275～335 W/m2。根據(jù)風(fēng)速隨高度變化的擬合曲線，按照GB/T 18710-2002《風(fēng)電場風(fēng)能資源評估方法》[10]，該市風(fēng)電場所在地的風(fēng)功率密度等級為Ⅱ級，風(fēng)電場風(fēng)速、風(fēng)功率密度的變化大致相同。據(jù)有關(guān)數(shù)據(jù)顯示，該市風(fēng)電場內(nèi)平均風(fēng)速和平均風(fēng)功率密度在6～8月較小，在3～5月相對較大，其余時段的風(fēng)速波動變化不大，湍流強度等級為C類。因此，為了更加有效地利用風(fēng)電場的風(fēng)能資源，風(fēng)電機組布置時的間距不宜過小。

3 風(fēng)電裝機容量規(guī)劃

3.1 大慶市風(fēng)電場現(xiàn)狀

2004年，大慶市開始進行風(fēng)電開發(fā)。截至2014年底，已獲得“路條”的風(fēng)電項目有808.35萬kW。其中，杜蒙縣332.15萬kW，大同區(qū)193.2萬kW，林甸縣192.75萬kW，讓胡路區(qū)37.05萬kW，源縣29.7萬kW，紅崗區(qū)13.5萬kW，薩爾圖10萬kW。大慶市已獲核準(zhǔn)的風(fēng)電場工程項目共計29個，總裝機容量為170萬kW。其中，已并網(wǎng)發(fā)電項目15個，裝機容量為75萬kW；在建項目14個，裝機容量為95萬kW。2014年該市風(fēng)電發(fā)電量達7.86億kWh，風(fēng)電的快速發(fā)展對大慶市能源結(jié)構(gòu)的優(yōu)化調(diào)整起到了積極的促進作用。

3.2 風(fēng)能資源開發(fā)與風(fēng)電產(chǎn)業(yè)發(fā)展目標(biāo)

對于大慶市的風(fēng)能資源開發(fā)，應(yīng)根據(jù)該市的地形地貌特點，在全市開展全面的測風(fēng)工作，勘探面積應(yīng)不低于該市總面積的80%，并進行風(fēng)能資源的長期跟蹤觀測，優(yōu)先開發(fā)風(fēng)能資源好、入網(wǎng)條件好的地區(qū)，以點帶面建設(shè)大規(guī)模風(fēng)電場。大慶市占地范圍廣，地勢平坦，草地、荒地較多，可重點構(gòu)建以杜蒙縣風(fēng)電場為龍頭，紅崗區(qū)、大同區(qū)、肇源縣及讓胡路區(qū)、林甸縣為兩翼的千萬千瓦級風(fēng)電基地。大慶市發(fā)展風(fēng)電項目，在利用當(dāng)?shù)仫L(fēng)能資源的基礎(chǔ)上，還可減少環(huán)境和大氣污染，滿足當(dāng)?shù)厝嗣竦慕?jīng)濟和社會發(fā)展需求。

但若在杜蒙縣建設(shè)黑龍江省西部的百萬千瓦級風(fēng)電基地，過大的風(fēng)電機組間距將不利于土地資源的利用效率和集電線路的投資節(jié)省，還會加大線路電能損失。本文以風(fēng)電機組間的尾流影響系數(shù)不超過8%作為風(fēng)電場裝機容量開發(fā)利用的控制條件，對風(fēng)電場單位場區(qū)面積的合理裝機容量進行了典型推算。計算表明，大慶地區(qū)單位場區(qū)面積內(nèi)合理的裝機容量變化范圍在2～4 MW之間，即：

根據(jù)大慶市各區(qū)縣現(xiàn)有的土地資源條件，優(yōu)選適合大規(guī)模開發(fā)的集中連片區(qū)域，在大慶市7個區(qū)縣共規(guī)劃21處大型風(fēng)電場，總可開發(fā)容量為1095萬kW，總占地面積為5709 km2。開發(fā)利用時間段為2016～2030年，規(guī)劃形式為大型風(fēng)電基地，規(guī)劃最小容量在25萬kW以上，土地性質(zhì)為集中連片草地和未利用土地。隨著風(fēng)電機組制造水平的提高，風(fēng)電機組單機容量不斷增大，預(yù)計在2030年以后，15 km2以下的土地面積也將具備規(guī)模開發(fā)風(fēng)電場的條件，后續(xù)的風(fēng)電場建設(shè)可在目前規(guī)劃面積以外的小型地塊上繼續(xù)開發(fā)。

4 結(jié)論與建議

4.1 結(jié)論

1)大慶市風(fēng)能資源豐富，年平均風(fēng)速為3.8 m/s，有效風(fēng)速持續(xù)時間長，70 m輪轂高度全年有效風(fēng)速可利用小時數(shù)達7600 h以上，可開發(fā)面積廣大，電網(wǎng)消納能力較強，可發(fā)展分散式接入風(fēng)電，具備大規(guī)模開發(fā)的良好前景。

2)發(fā)展風(fēng)電項目能夠減少對煤和燃氣等一次能源的依賴，對滿足大慶市經(jīng)濟和社會發(fā)展需求，降低生態(tài)破壞、減少環(huán)境和大氣污染、資源浪費等問題，均具有十分重要的意義。

4.2 建議

風(fēng)能資源評估的精確性和可靠性可有效減少風(fēng)電機組大規(guī)模并入電網(wǎng)所帶來的種種風(fēng)險。因此，要加強大慶市風(fēng)電發(fā)展規(guī)劃與電網(wǎng)發(fā)展規(guī)劃的協(xié)調(diào)與銜接，超前謀劃分散式接入風(fēng)電電源布局、接入電網(wǎng)和電力消納方案，為風(fēng)電開發(fā)利用營造良好的外部環(huán)境。風(fēng)電場開發(fā)利用土地為草地及開荒地，為確保風(fēng)電項目在具體實施過程中土地可利用面積不縮減，相關(guān)部門需積極與大慶石油公司及相關(guān)部門密切溝通，確保規(guī)劃用于風(fēng)電場的土地可用。

綜上所述，發(fā)揮大慶市的區(qū)位優(yōu)勢和資源優(yōu)勢，充分開發(fā)利用大慶市豐富的風(fēng)能資源，加快大慶市風(fēng)力發(fā)電的建設(shè)步伐，可滿足大慶市及黑龍江省電力負荷增長的需要，并根據(jù)需求使風(fēng)能系統(tǒng)的應(yīng)用向多元化、高效、經(jīng)濟方向發(fā)展，促進大慶市經(jīng)濟轉(zhuǎn)型和資源性城市的建設(shè)。