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浅谈新疆风能资源的开发与利用


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2O 年第 3 14 3 期

< 新疆电力>

总第 8 期 2

浅谈 新疆风 能资源 的开发 与利 用
韩 文

中一华 电集 团公 司新疆 公 司( 乌鲁木 齐

8

00 ) 301

【 摘】 通迁对新疆风能资源及风力发电现状的简介, 文
展 望 新疆风 力 发 电前 景 , 析 风 力 发 电机 组 对 电 同 的 影 分

空气污 染相 当严 重 , 主要 污染 物 为大 量 粉 尘 与 烟 雾 , 全 是 国空 气污染 最严 重 的三 个 城 市 之一 .新 疆 主 电网 基本 是


响, 并提 出相应 的措施 .

个 纯火 电系统 , 电厂 的建设 周期 短 , 展灵 活 , 减 少 风 发 可

【 关键词】 风能 资源 风力 风机 发展规划 发电
新疆风能资源十分丰富和优越, 具有较大 的开发价值 和潜力 , 远期开发前景更 为广 阔.积极开发风力资源 , 发
展 洁净 的风 力 发 电是具 有 长远 发展 意义 的 .

温室 气体 和污染 物 的排放 , 远期 可对 新疆 能源 结构 调 整 起

到一定 的作用.

2 新疆风力发 电现状
新疆 是我 国风 电建 设 和发展 较早 和较 快 的省 区 , 十 八

l 新疆 风能资源状 况
新疆风能资源, 具有开发价值的有九大风区; 达板 即: 城谷地风区, 准噶尔盆地西部风区, 吐鲁番盆地西部风区,
哈密 南北 戈 壁风 区 , 里风 区, 百 北疆 东 部风 区 , 尔齐斯 河 额

年代初期 , 新疆开始进行小规模风力发电试点工作, 引进
了 2 , ,5 1 03 5 和 0 o 0千瓦各 一 台风 机 , 8 年 10 瓦 风 机 18 9 0千 并 网试 验运 行 , 当年 就 达 到 了 30 利 用 小 时 的 国 际 风 70年 能利用 的最好 水 平 ;99年利 用 丹 麦政 府 赠 款 引 进 了 1 18 3 台1 5 0千瓦风 机 , 立 达 坂 城 风 电一 场 , 建 总装 机容 量 达 到

谷西部风 区, 阿拉山口一艾 比湖风区和罗布泊风区.风能
可开 发储 量 约 20 O 0万 千 瓦 , 全 国前 列 .风 区 总面 积达 居

25 千瓦, 00 单机容量和总容量在当时均居全 国第一 ;92 19
年到 1 5 , 9 年 相继 引进 了 30 50 瓦风 机 共 3 , 9 0和 0千 3台 建 成 了 国内第一 座万 千瓦 级风 电场 ; 9 年利 用 两项 丹麦 政 17 9

1 . 万 平方 公 里 ; 疆 年平 均 有 效 风 能 密 度在 20千 瓦 54 5 全 6

h 以上 ; / 有效 风速时间为 3O O0小时; 总蕴藏 量约 90 1 0 亿千瓦·; h发电装机容量可达 1 . 亿 M 82 w.新疆的九大风
区多处 于戈 壁 上 . 形 平 坦 , 开发 面 积 大 , 地 可 不用 上 山 , 填 海 . 场 条件 优 越 . 建

府贷款和 国内风电" 双加" 目, 项 于当年完成 了全部 7 8台
60 瓦风 机 的安 装 .新 疆 目前 风 力发 电 总 装 机 已达 9 0千 . 61 千瓦 .另 外还有 新 疆 天 风 发 电公 司 装 机 7 0 万 千 7万 .3

瓦: 新疆风能公司装机 246 .1 万千瓦 ; 布尔津县风 电装机
0 1 万 千 瓦 ; 五 师 风 电 装 机 0 1 万 千 瓦 .截 至 2O .0 5 农 .2 O2 年 底 约 占新疆 电源 装 机 容 量 的 18 .%.2O O2年新 疆 风 力

达坂城风 区因其优越 的地理位置和 良好 的风力资源
成 为新 疆 九大 风 区 中开发 较早 , 发展较 快 的风 区 .达坂 城 风 区位 于中 天 山和东 天 山之 间 的谷 地 , 起 于乌 鲁木 齐 西北 南郊, 东南 至达 坂 城 山 口, 谷地 东北 侧 为博格 达 山 , 西南 为 齐尔 斯 山 , 长约 6 公 里 , 约 2 公 里 , 南北 疆 冷 热空 气 o 宽 0 是

发 电量总计为 2晒 亿千瓦时.目前最大风电单机已达 0 . . 6 W, M 不仅保持 了全 国风电装机 的领先地位, 而且率先在
国 内跨 人 了世界 大 型风 电场行 列 , 志着新 疆 风 电开 发 已 标

对流的通道 , 当北疆准噶尔盆地气压高于南疆时, 谷地盛 行西北风, 当南疆气压高 于北疆时 , 常刮东南风 .达坂城
风 区是 新疆 的 九大 风 区 中最 小 , 著名 的风 区 .风 区内可 最 安装 风 力发 电 机 的 面 积 在 1 0平 方 公 里 以上 , 风 能 蕴 0 0 年

由试验示范的起步阶段进入商业性规模发展阶段 , 电正 风
逐渐成 为新 疆 电力 工业 的重 要组成 部 分 .

3 风力发 电的经济性
风力 发 电作为 洁净 的绿 色可再 生 能源 , 长期 以来 没 有

藏量 2o 5 亿千瓦 ·. h 达坂城风区距负荷 中心较近 , 是发展风 电的理想场 所, 其风速变化与乌鲁木齐电网负荷特性 较为吻合 , 具有


得到大规模的开发 的主要原因是上 网电价过高.过去风

力发 电设备主要依靠进 口, 由于造价高, 还款期短和配套 建设费用 , 运输等费用都较高 , 使得早期建设 的风 电项 目
上网电价远远高于水电和火电.近年来由于关税减免, 单 机容量增大和国产化 比例提高, 单位造价有所 下降 , 但仍
在 80 ~ OO 千 瓦 之 间.在 电价 构 成 上 , 50 9O 元/ 固定 成 本 约

定 的自然调峰能力和 良好的开发价值.达坂城风区年

风功率 密度 30 0 0 ~40瓦/ 平方米 , 风能变化看 , 从 冬春季
较 大 , 以 l,2 尤 l1 月为 最 大 , 全年 最小 月 为 20 平 方米 . 0 瓦/ 有效 风 速小 时 数每 月 在 50小 时 以上 , 平 均 风 速 为 6 2 0 年 . 米/ .达 坂 城地 区冬 春 季 为大风 季 , 秒 夏季 为小 风 月 , 速 风 随 季节 变化 明显 .风 速 的 日变 化 规 律 为 白天风 速 大 于 夜 间 , 间 2 9时风 速最 小 , 夜 ~ 下午 1 2 4~ 0时风 速 最 大 , 乌 与

占风电上网电价的 9 %.过高的单位造价使风力发电上 0
网电价远远高于普通 的水, 火电机组 , 其发展受到了一定
的限 制. 目前 , 新疆 最大 的风 力 发 电公 司— — 新疆 天 风 发

鲁木齐电网负荷曲线变化基本一致 . 乌鲁木齐市地处盆地, 人口密集 , 气流不畅 , 尤其冬季
l 0

电股份公司装机为 70 .3万千瓦 ,O2 2O 年完成发 电量 16 . 6
亿 千 瓦时 , 机利 用小 时数 达到26d 时 , 网电价的 53 装 3 1, 上 3

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浅谈新 疆 风 能 资源 的开 发与 利用 元/ 瓦时 , O 年 实现 利 润 1 0 千 2 2 O 8 万元 . 0 近年 来随 着 风机 国产 化 比例 的进 一步 提高 , 位 造价 单 呈 大 幅下 降 的趋 势 , 用 国产化 风机 有望 将风 电单 位 造价 使 降至 6O — 00 千 瓦 , 50 70 元/ 这样 以来 可将 固定成 本 降 低 0 . 1 元/ 6 千瓦 时 , 即上 网 电 价 可 进一 步 降低 至 0 3 元/ 瓦 .7 千 时 以下 , 之 国务 院 绿 色环 保 产 权证 措施 的颁 发 , 惠税 加 优

20 年 9 第 3 04 月 期 机组 机端发 生短 路 时 , 路 电流 一 般 为 额 定 电 流 的 6 短 —7 倍, 短路 后 一 个 周 波 衰 减 大 约 4 % , 个 周 波 衰 减 大 约 7 两

8%, 5 三个周波衰减大约 9 %; 6 当风 电装机容量大于系统
短路 容量 的 1.%时 , 电机组提 供 的短 路 电流可 能超 过 66 风 系统 的短 路容 量 . 近年 来双 馈发 电机 的使 用 , 使风 机 能够 以变 速模 式 运 行 .双馈 式发 电机 由缠 绕式 感应 发 电机和 一个 IB 换 向 G' r

收政策( 增值税减半) 的执行以及还贷期限的延长 , 预计风
电成 本 电价 将会 有 大幅 下 降 , 风力发 电已初 步具 备 了与其 他 能源 发 电竞争 的条 件 .

器组成 , 换向器以可变电压和可变频率给发 电机励磁 , 功 率输出和无功功率能够在整个范围内依据当前值或外部 需求进行精确调节.双馈感应发电机有类似于 同步发 电 机的反馈控制 , 在转子换向器侧可设定两个独立 的变量 : 转矩和决定静子无功功率的磁动势.风机正常运行时, 功 率因数保持恒定 , 的大小由转速决定.发电机从每分 转矩 钟 2 转往上开始保持恒定转矩, 6 由此产 生了一个恒定 的
机 械载 荷作 用于整 个 系统 , 大风 情况下 不 会对 电网产 生 故

4 风 电对 电网的影 响
风 电 随机性 和 间歇 性 , 并 网 运 行 时 , 对 电网 调 度 在 会 和安 全 稳定 运 行产 生一 定 影响 , 程 度与风 电在 系统 中 的 其 比重有 关 .风 电机 组 大多 采用 异步 发 电机 , 网后将 影 响 并 电网 的 电能质 量 , 别 是 风 电 厂 附近 母 线 电压 质 量 , 重 特 严 时 还 可能 影 响整 个 系统 的电压 稳定 . 风电 厂绝 大 多 数 采 用 异 步 发 电 机 , 电 网 发 生 故 障 当

冲击.转子叶片的调整防止 了马达 在一 限定值 以上的加
速.双馈 感应 发 电机 与 带 同步 和 异 步 马达 的发 电机 相 比 只产生 很小 的谐 波 .风机 出力 调 整 过 程 中在 1 钟 内不 秒 会 出现 大 的负荷 波动 . 双馈 感 应 发 电机 在并 网时 不 会 产

时, 风电机组将产生大 的短路电流.所 以, 当风电容量大
到一定 程 度时 , 电厂提 供 的短路 电流可 能会超 过 系统 侧 风 提 供 的短 路 电流 .在 进行 电网设备选 择 , 验 和继 电保 护 校 配置 , 整定 时 , 考虑 风 电短路 电 流 的影 响 . 应 风 电厂对 电网 的影 响问题 比较 复 杂 , 不可 能 由一个 简 单 的公 式或 模 型 来 解 决 , 别 是 不 同 的 电 网 有 不 同 的特 特

生波动 , 网以后, 并 功率逐渐增加.
当电 网因故 障而 电压下 降 时会有 两种 情 况 : 是 电压 一 下 降高 于风 电机组 设定 的最 低工 作 电压 , 电机 组 仍 能继 风

续工作 , 双馈发 电机端电压下 降, 定子磁通 下降 , 风轮加 速, 电机转子加 速运行, 自动重合 闸后, 电网电压基本恢 复, 发电机的电磁转矩和功率有 上升, 轮减速 , 风 电机减 速; 二是电压下降到低于风电机组设定的最低工作 电压 , 风电机组切出电网, 电网中的同步发 电机必增加出力, 若
自动重 合 闸后 , 网 电压 恢 复 正常 , 电 机组 重 新 切入 电 电 风 网. 当电 网电压 大幅 度下 降时 , 同步发 电机 的励 磁 电流瞬

点, 需要具体问题具体分析. 由于风电不能参与电网调频和调压, 以大规模风 电 所
接入 电 网后 , 电网 的影响 将会 比较 突 出.风 电引起 电 网 对

的稳态频率和电压偏移很可能超出电压允许范围, 特别是 在大的风速扰动, 障和操作 下, 电还将可能使得 电网 故 风
动态 电 压失 去稳 定 .如果 电网现有 调频 和 调压手 段 不 良. 安全 稳定 受 到威 胁 , 网会 切 除 部分 风 电机 组 , 至要 求 电 甚 整个 风 电厂退 出运行 . 当风 电大 规 模接 入 主 电网时 , 能会 导致 电 网稳态 电 可 压水 平下 降 , 要时 应 该在 风 电厂升 压站 加装 一定 的无 功 必 补偿 , 减少 电 网无功 的远 距 离 输 送 , 现 风 电 机组 无 功 需 实 求 的就地 平衡 .

间减弱, 电磁转矩下降 , 功率下降, 转矩的不平衡导致转速 上升, 功率上升, 同步发电机的容量大, 其转速直接决定 电 网频率, 故障后将导致电网频率的一定上升.双馈发电机 的输出功率在重切入电网后略有增加, 这也是由于故障时
电压下 降 , 速上 升造成 的.双馈 发 电机 的转 速不 是 与 电 转

网频率严格对应的, 双馈发电机的重新切入可承担一部分 功率输 出, 减轻同步发 电机的任务 , 也就降低 了同步发电 机转速和频率的上升幅度 , 对于保持系统的频率有着积极 的作用 .从长期稳态运行来看 , 由于双馈感应发电机的输 出功率因数可以得到动态平滑控制并且响应迅速, 所以对 于电网系统的无功波动也有一定的缓冲作用 , 同样提高了
电网 的供 电质量 .新 型 的风力 发 电机 的使用 , 避 免谐 波 将 污染 , 网时不 会产 生 波 动 , 并 同时 可 调无 功 出力 增 加 了 电

风电厂风速扰动将引起风 电功率很大的变化 , 导致 电
网 电压大 的波 动 .随 机 风 速 波动 产 生 的 电 网 电 压波 动 较 小 , 阵风 和渐 变 风引起 的电压 波动 相对 较大 .波 动 的 幅 而

度不仅与风电功率大小, 而且与风电厂风速分布和变化特 征等因素有关.风电厂风机脱网将引起 电网电压升高, 一
般 可达 4 一8 , 重 时 可 能 超 过 1% ; 电 机 组 并 网 % % 严 0 风 时, 由于 采用 可 控硅 软并 网 , 网后 电网 电压 主水 平 降低 , 并 但 随着 风 电机 组无 功 补偿 电容 器 的投入 , 网电压 将逐 步 电 恢复. 电网发 生 故 障时 , 障瞬 间风 电 机组将 产 生一定 的短 故

网运行的灵活性 , 双馈感应发电机对于 电网瞬态故障有很
好的 自适应 能力 , 于提 高 电网 的稳定 性也 有 着积 极 的作 对
用.

路电流.由于异步发电机无励磁电源, 所以风电机组不存 在持续短路电流 , 故障后短路电流将很快衰减至零; 电 风

5 达坂城风 区风 电发展设想
( 下转 l 页 ) 9
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变压 器零 序 过 压保 护 的误 动分 析

2O 年 9 第 3 O4 月 期 1. 端造 成 二 次 电 压 反 送 而 引发 电 压 异 常 造 成 保 护 误 .0 6 3
动.

常的装置及时进行零漂的调整及其校验 , 防止因零漂引发
采 样误 差 .
32 3 应加 强 P . .. I二次 回路 的安 全 措 施 , 严禁 P . 次 回 I 二

326 变 压器零 序 过压保 护 及 l0V及 以上 线 路 保 护定 .. lk

路 相 问和 相对 地短 路 , 1 k 对 1 V以上 电压 回路且 保 护有 自 0

检与安装中, 应测试装置电压回路负载阻抗, 问平衡度 相
应在 5 %范 围 以 内 , 拟装 置 在 系统 运 行 电压 下 N 0 模 60回 路断线 情 况下 , 检测 保护 装 置 电压采集 及 动作 与报 警 是否 正常 , 时发 现装 置 N 0 及 60回路 影响 的程 度安 全与 否 . 327 加 强保 护 动作 时间 的检 测 , .. 在新 装 置安 装 检验 中

产 3n U 过压保护的装置 , 采取 P. I 回路工作退出相应过压
保 护 的强 制性 措 施 .应 随着保 护装 置 改造 与换 型工 作 , 每

年定期测试 P. I 的二次交流负载, 检查 P. I 保险熔断器分级 配置是否合理, 确保 电压 系统故 障时熔 断器能够正确动
作 , 止事故 扩 大 . 防

采取类似 O L N Y试验仪具有故 障持续时问精确控制功 能 的仪器, 091 和 101 Z 拟故 障量下保护装置 出 在 .1 Z Y .5D 模
口动作 情 况 , 检测装 置时 问逻辑 及 程序 控制 的正 确 性 和可 靠性.

324 应认真执行和落实《 .. 继电保护反措要求> 中有关 P. I
回路 的反 事故 措 施要 求 , 强 P. 点接 地 的维护 与 管理 , 加 I 一
严 禁两 点 或 多点 接 地 .开 口三 角 的 N 0 60与 1. . 0应 与 星 6 3

端分 开 , 开关 现 场 到控 制 室 应 单独 布置 在 一 根 电缆 内 , 从
且 开 口 N0 60在 室 内与 星端 N 0 点接 地 , 止感 应 载 流 60一 防

4 结束语
变 压 器零 序 过压保 护从 现 场运 行可 靠性 来看 , 采用 应

分压而造成 L3 60电压和星端 电压异常而引发保护装置误
动和 拒 动 .

P. 口3 0同时应加强 P. I 开 U, I 二次回路的维护与管理工作,
特别是 要认 真执 行继 电保 护反 措 要 求 , 止 P. 防 I 中性 线 断 线 及 P. 点 接地 , 路 , 免 引 发 P. I 两 短 避 I 回路 异 常造 成 的保 护 误动 , 同时特 别注 意加 强采样 回路完好 性 的 日常 检查 工
作.

325 应加 强 开 口 13 .. . 0的 维护 , 期 测试 1. 6 定 . 0与 N0 6 3 60 的完好 性 , 止 因 L3 防 60与 N 0 60短 路 而 正 常 运 行 发 现 不 了, 造成 零序 过 压保 护 (lk 10V及 以上 线路 保 护 ) 动和 误 拒 动 .在 13 , 0上 检 修 维 护 工 作 , 严 防 交 流 电 压 施 加 到 6 应

( 上接 l 页 ) 1

整装 风 力 发 电 厂 .到 21 , 区 风 电 总 装 机 将 达 到 00年 我 45 W, 占总装 机 容量 的 3 2 0M 约 .%." 十二 五 " 间新 增 风 期

根据《 新疆维吾尔 自治区" 十一 五" 规划及 22 OO年远
景 目标> 我区计划在" , 十五" 后期开工建设一座 1 M 0 W整 0
装风力发 电厂, 力争在" 十五" 末投运 ; 结合 目前我 区风力
发 电前期 工 作进 展情 况 ,十 一五" 间再 建设 2座 10 " 期 0I ~/

电装机 20 W, 十三五" 间新增 风 电装 机 40 W, 0M " 期 0 M 到
22 年 , OO 新疆 风 电 总 装 机 容 量 达 到 1 5 W, 占总 装 机 0 M 约 0 容量 的 41 . .%

达坂城风区风能资源■表

达板城风 区距乌鲁木齐核心电网最近, 而且 日 风速变
化 曲线 和 风 电厂 日发 电 曲线 变 化规 律 与新 疆 主 电 网 日负 荷 曲线很 相 似 , 具有 一 定 的 自然 调峰 能 力 , 发条 件 较好 , 开 是近 期新 疆 风 电开 发 的 主要 基 地 . 目前 , 国电 集 团 , 电 华 集 团及 北 京 国投节 能公 司 等 几 家均 计 划 在 风 区 内相 继 建 设 规模 不 等 的风 电装 机容 量 , 初步 规划 了风 场建设 范 围 并 及 规模 .风 电一 场计划 2O 年底 装 机容 量 达 到 3 .M O4 9 1 W, 风 电二 场 装 机 8M 风 电 三 场 计 划 2O 9 W, O4年 开 工 建 设 3M 装 机 , 0W 国电公 司计 划 2O O4年 申请 3M 装 机 容 量 . 0W " 五" 期 和" 十 后 十一 五" 间 在 达板 城风 区规 划 建 设 3 期 座

整装 10 W 风 电 厂分 别 由国 电集 团 , 电 集 团和 北 京 国 0M 华 投 节能公 司 投资 建设 .

6 结束 语
近 年来 , 发 电在 世 界 范 围 内得 到 了迅 猛 的发 展 , 风力 技术 的进步使 得新 装 的机组 大 部 分 为变 速恒 频 风 力 发 电

机组, 其中绝大多数又是双馈感应发电机系统.作为电网 中的新能源形式 , 风电机组在其容量达到一定规模 以后对 于电网系统的影响就凸现出来 , 还有待不断的进行深入的
探讨 .

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