新能源基地风光储综合开发技术进展

新能源基地风光储综合开发技术进展 中国华能集团清洁能源技术研究院 郭小江 2023年10月 沙戈荒能源基地开发面临挑战 2 大型新能源基地风力发电技术 目录 3 大型新能源基地光伏发电技术 Contents 4 大型新能源基地综合开发技术 一、沙戈荒能源基地开发面临挑战 中国华能 CHINAHUANENG 我国沙漠、戈壁、荒漠地区具有面积广，占全国陆地总面积的13%。据测算，如果我国荒漠化面积的1%用于新能源发电，其装机容量将超过目前我国新能源发电总装机容量。 碳达峰构建新能源为主体 碳中和的新型能源系统 一、沙戈荒能源基地开发面临挑战 中国华能 CHINAHUANENG 沙戈荒多处于海拨高度1000m以上，土地较为平坦，风光资源条件优越，但环境恶劣，浮尘日、雷暴 日、沙尘暴较多，气温夏季高、冬季低，季节性温差变化大，为新型能源基地的规划、建设和经济开发带来 了诸多挑战。 赋 风光资源好新能源与火电偏远无人年利用小时数高大规模、集约化征地成本低 环境特点数值 开发建设消纳送出生态治理夏季气温可达50℃ 冬季气温可达-40℃ 风速约为5~6m/s 挑战风能密度150~300W/m^2 一、沙戈荒能源基地开发面临挑战 中国华能 CHINAHUANENG “沙戈荒”地区极端灾害性天气频发，特殊的气象条件、地质特性等不利因素对新能源设备的运行提出更高 要求。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 地面温度高、昼夜温差大，沙漠边加速设备老化、氧化、变形冷却、暴 缘地区夏季最高气温超过40℃露的管路电缆 多大风扬尘，容易形成沙暴浮尘 磨损、阻塞堵塞及侵蚀一一风机的叶片和 2密封性、光伏板能量损失 含湿陷性黄士，地基承载力弱基础沉陷影响机组安全运行 水源少，气候突变情况多，不宜长消纳送出处于负荷较小地域，日常维期居住护间隔尽可能延长 生态恶劣降水量少 生态修复修复难度较大，植被配置 5偏远无人，低 5 一、沙戈荒能源基地开发面临挑战 中国华能 CHINAHUANENG “沙戈荒”能源基地地域范围广，风光资源分布差异大，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，为保障系统安全、经济、绿色、高效送出，需在时间、空间尺度进行精细化综合规划研究 源网协调规划技术 新能源占比 绿色 新能源利用率 高效 供电可靠性 安全 送端上网电价 经济 新能源容量电力电量外送特性规模储能配置容量平衡电网时序规模 系统总成本净现值最小化 灵活性资源规划技术 多时空尺度灵活性灵活性平衡配置 灵活性评估指标100%新能源基地送出 满足灵活性平衡配置 主网支撑能力受端落地电价 系统强度校核提升规划技术 主动支撑能力系统短路比 各类调节资源特性规划方案强度校楼 系统强度及稳定性专项配置 时间尺度精细化 6 一沙戈荒能源基地开发面临挑战 中国华能 CHINAHUANENG “沙戈荒”能源基地送端系统网架结构薄弱，系统惯性低、抗扰动能力差；新能源发电机组对系统的暂 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 1.15未配备1.15未配备配备配备 1.10 1.10 光伏场址 (261km²) 1.05 1.00 234 U/pu 1.05 1.00 2345 风电场址 t/st/s (c）塔拉母线电压(d)塔拉切吉A风电母线电压 (1970km²)1.15未配备1.20未配备 1.10配备1.15配备 ndin 1.10 1.05 至京津冀通道规划场址（自治区方案） 鄂尔多斯 1.00 2 4 5 1.00 2 3 4 5 至中东部通道规划场址（自治区方案） t/s (e）塘格木母线电压 t/s (①)塘格木切吉B风电母线电压 某基地项目规划图安全稳定保障7 沙戈荒能源基地开发面临挑战 2 大型新能源基地风力发电技术 目录 3 大型新能源基地光伏发电技术 Contents 4 大型新能源基地综合开发技术 二、大型新能源基地风力发电技术 中国华能 CHINAHUANENG 目前，我国海风产业链逐渐成熟，造价水平已降至10000-12000元/干瓦左右，具备更大规模开发的条件； 海上风电正在向深远海、大机型、定制化、整体设计、平价化规模开发迈进 16.8% 机组 ■升压站 300 324m 4.9% 2.7% 25.3% ■海缆 ■其他静态 ■风机基础 ■维修 200 4.4% 1.9% ■工资福利 ■保险 1.9% 20.4% 3.5% ■材料 ■其他运维 10.8% ■利息支出 2010 3MW 2013 6MW 2016 8MW 202012MW 2025 7.4% 海上风电全生命周期成本构成风电机组大型化趋势 省份风资源条件发电量水平平价上网造价范围（元/kW）当前造价水平（元/kW）当前度电成本（元/kWh） 山东 7-7.6m/s 2900-3200 10675-11745 11500-12500 约0.33 江苏 7.2-8m/s 3000-3400 10560-12040 11500-12500 约0.32 浙北 7.2-7.8m/s 3000-3300 11345-12530 11600-12800 约0.33 浙南 8.2-9.1m/s 3300-3800 12800-13300 12500-13500 约0.32 福建 9-11m/s 3800-4200 13050-14545 13000-14000 约0.31 粤东 8.5-9.5m/s 3600-4000 14340-16060 13000-14000 约0.31 粤西 7.3-8.1m/s 3000-3400 11790-13490 12000-13500 约0.34 海南 7.1-7.8m/s 3000-3400 11278-12353 12000-13500 约0.34 10 1520MW 二、大型新能源基地风力发电技术 中国华能 CHINAHUANENG 我国10MW级海上风电机组完成批量商业化运营（国内已发布最高容量达18MW），海上施工工艺滚动 更新升级，基本掌握海上大容量输电关键技术 自主研发各类大吨 ±400kV高压直流 漂浮式风电机组示范 位打桩船、吊装船、运 海缆运行良好，±500kV 项目陆续投运，开启技术 输船装备 海缆通过型式试验 验证送代 自主研发多式样完整掌握工频交流、 基础，适应沿海不同低频交流、柔性直流输电 地质、不同水深条件等各项关键技术 11 二、大型新能源基地风力发电技术 中国华能 CHINAHUANENG 木 我国西北地区风电开发面临机组环境适应性要求高、机组大型化难度大、并网运维成本高三大难题，避免 ，吸需提高风电机组可靠性和环境适应性 环境适应技术难点机组大型化技术难点并网运维技术难点 300m 200m 13-15M 传统 钢制 塔筒 100m成本 激增 201020152025 沙粒磨损、散热故障、地基承载弱对支撑结构稳定性要求提升新能源比例高，电力系统安全稳定性风险高 发电量显污染前 著下降880 污染后 oboforeJuly11 前缘沙蚀和表面污染导致功率和可靠性下降超长柔性叶片变形扫塔机舱增大、增重沙漠海洋，对机组稳定运行和运维管理要求高 12 二、大型新能源基地风力发电技术 中国华能 CHINAHUANENG 高适应的定制化面向未来的大型化软硬一体的智慧化 提高机组环境适应性，性能更优机组大型化可以显著降本增效 智能感知、全景监测、故障预警和运维决策 提高机组可靠性，降低故障率超前布局2024年技术发展程度提升智慧运维水平，减少人工维护 外裸件防侵蚀 内置件防沙尘+182系列+192系列200系列245系列 风大0.23 沙大 土地地基加强/桩基础 沙化提高基础稳定性 卸载能力多 提升雷电流雷暴 0.17 温差 大辐环境适应控制 15 三 182-4.65182-5.2182-5.8182-6.25 射强外裸件防老化192-5.5192-6.0192-6.25192-6.7 200-6.25200-6.7200-7.15200-7.5200-7.7 246-9.0246-10.0 13 二、大型新能源基地风力发电技术 中国华能 CHINAHUANENG 通过机理分析、可靠设计、多级测试、深度感知保证定制化风机经济、安全、稳定和智能的设计目标 通过5大关键技术创新实现风机高适应定制，保证机组不出现叶片侵蚀、扫塔及倒塔事件 先进传感120米级避扫塔抗沙蚀低沙敏长柔叶片 边缘计算 海趋势预测 18MW机组 多级测试03 材料测试 126m叶片部件测试 下线整机测试 .轻量化、高可靠、防沙散热的机舱系统 150m叶片 在研 防盐雾 可靠设计 FMEA法 概率设计多场优化 02可靠设计机理分析 01 颤振涡激140米以上高稳定装配式钢混塔筒基础 耦合振动结构失效 上技术反哺陆上 基于电压源控制的构网型井网技术 经济、安全、稳定、智能通用性智能传感、监控和运维技术 14 二、大型新能源基地风力发电技术 中国华能 CHINAHUANENG 研制高效翼型及其气动设计方法，机组年发电量提升1-3%；采用预弯优化设计、前缘铺层优化设计等技术，加装高耐磨防沙尘保护膜，实现叶片在风沙环境的高可靠性， 高效翼型族开发叶片避扫塔技术前缘保护技术 爱型协同优化设计集质平台 修学科性能分析损块 每学科性能评结表计算 三 目标美型 Minmx)(=8 目标函数 15 二、大型新能源基地风力发电技术 中国华能 CHINAHUANENG 研发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大基地弱交流网并网环境。 变流器弱网稳定性提升机理变流器有源阻尼控制变流器主动支撑控制策略 下楼 临界稳定 VCMCR-0.4 14=2, 下垂控制模块 虚拟惯性控制模块 7is-KDMrefA SCR18010re 参考电 SCRV-12 无功功率-电压 压生成 1,=8L, L,=10L, Oref 下垂控制模块模块 Uref Mrerc, 100 1OHzZHOO1 弱网下具备自主组网主动支撑基于双内环稳定性提升的有源新能源单机与场站主动电压变流器的能力阻尼法提升强网稳定性频率支撑控制方法 16 二、大型新能源基地风力发电技术 中国华能 CHINAHUANENG 对比当前6~7MW陆上主力风电机型，定制化风机造价预计减少15~20%，建设成本下降5~10%，年发 电量提升7~10%，维护成本下降10~20%，度电成本降至0.15~0.2元/度。 330m 项目单位都成绿色主机厂 定制化对比10MW级大风机机组造价！15~20% 100MW方案方案高功率密度中速传动 MW轻量化结构件机组含塔筒售价从当前2000元/ 功率MW2 6.7 10 149% 台数50 597 400 133% 叶片长度m57 95 120 126% 叶轮直径m 195 246 126% 轮毂高度m80 110 140 127% 平均风速m/s7.507.7814% 利用小时 h 2940 3087 3300 17% 装机容量 10040004000 140米以上钢混塔 千瓦降到1600~1700元/千瓦 D=246m 115 机位数减少33%建设成本|5~10%分体吊装吊车吨位降低风场造价预估从当前4500元预制装配式桩基础千瓦降到3800~3900元/千瓦 ≥140m120米级低沙敏叶片年发电17~10% 年机位少尾流影响降低 发电量从当前3100小时提升到 度电成本元/度0.280.1750.15114% 环境适应设计控制3300~3500小时 机位数减少33%维护成本10~20% 表中电量均按75%折减（考虑尾流）。环境适应设计整场可利用率从当前96%提升 定制化方案由于机位减少33%，