大慶市電力系統現狀及其風能資源開發利用研究

河北工程大學建筑與藝術學院 ■ 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產業，產業結構單一，接續產業不足以支撐城市發展[1-2]。近年來，隨著大慶市宏觀經濟下行壓力持續加大、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外因素的影響，大慶市的發展面臨著巨大的壓力和挑戰。因此，在該市打造可持續發展的新能源產業顯得至關重要。

“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%，新能源的開發利用必將成為未來新趨勢[3]。風能作為一種可再生的清潔能源，具有經濟、環保的特點，利用風電場發電對環境的影響較小；并且風力發電是我國鼓勵和支持的可再生能源利用方式之一[4]。因此，利用大慶地區豐富的風能資源，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，而且還可促進當地的經濟發展。

1 電力系統現狀分析

1.1 黑龍江省電網現狀

1)黑龍江省電網概況。黑龍江省電網位于東北電網的最北端，其東北方向與俄羅斯接壤，西面與內蒙古呼倫貝爾市相鄰，南接吉林省電網[5]。“十三五”期間，光伏發電備受關注，預計裝機容量約為780 MW[6]。黑龍江省的東部電網為其主要的電源基地，截至2017年末，東部電網省調統調火電廠13座，裝機容量達8943 MW；風電場47座，裝機容量為3658.3 MW[7]。

2)大慶地區電網現狀。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供應。大慶供電網是黑龍江省供電網的重要組成部分，也是該省重要的受端電網之一。目前，大慶地區沿油田邊緣220 kV電網已形成不完全雙環網形狀，大慶市電網現有500 kV變電站1座，電網線路總長約為146.2 km[8]；220 kV變電站15座，電網線路總長約為1151.7 km；66 kV高壓配電網線路總長約為146.2 km；10 kV中壓配電網線路總長約為135.1 km。

3)大慶地區油田電力集團電網現狀。油田電力集團承擔的供熱面積為2239萬m2，電網供電路線涵蓋大慶油田及大慶市部分重要地區，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比較大的電力企業。

4)省內電網發展規劃。“十二五”末期至“十三五”期間是黑龍江省電網發展的重要階段，該省電網的主網架結構已基本形成，500 kV主干電網基本覆蓋全境(大興安嶺地區除外)，電網輸電、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外送困難的問題，邊遠地區供電能力也將得到根本改善；熱電聯產機組和坑口電廠接網問題也將得到落實，有力保證了黑龍江省經濟建設的發展。

1.2 黑龍江省電網存在的問題

1)500 kV主干電網架仍處于初步階段，需要對電網框架進行深入完善。目前，黑龍江省500 kV電網與220 kV電網連接運行狀態屬于電磁環網，還有一部分220 kV變電站短路電流也將要達到標準限制或即將超標，這種運行方式會對電網安全穩定工作帶來挑戰。

2)一些區域的電網結構薄弱，制約了此類地區的經濟社會發展。

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

4)新能源發電與負荷特性不相符，影響電網穩定性。黑龍江省電源配置以火電為主，供電電源側形式結構單一，而風力發電的高峰期與常規能源負荷高峰期恰恰相反，由此直接導致該省電網穩定性呈現下降趨勢。目前該省電網已明顯達到飽和狀態，嚴重影響了新能源發電項目的審核。

5)電網運營效益與社會經濟發展之間存在矛盾。該省經濟社會發展雖然在“十一五”至“十二五”前期保持了快速增長，但與國內主要發達省份、城市相比，其經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

從電力電量平衡結果來看，隨著黑龍江省“十三五”期間的電源建設，該省電網盈余電量呈大幅上升趨勢，自平衡時火電機組利用小時數在“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將達3652 h。預計到2030年，新增常規電源項目將減少，但風電、生物質、光伏等新能源裝機規模將有大幅上升，電力還將呈現盈余增大趨勢，火電利用小時數將降至3230 h。

1.3.2 大慶市電力消納分析

根據大慶市的歷史數據，按火電裝機年平均利用小時數5000 h、風電裝機年平均利用小時數2000 h考慮，“十三五”末期，大慶市電量平衡計算結果如表1所示[8]。

由表1的計算結果可知，大慶地區一直屬于黑龍江西部缺電地區，且電力缺額在逐年增加。隨著地區負荷的不斷增長，地區缺電容量還會逐步增加，由此也可以看出，大慶地區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 大慶市風能資源分析

2.1 風能資源現狀

大慶市地處舉世聞名的敖古拉大風口，風能資源豐富，年有效風速持續時間長。據當地氣象等部門勘測，大慶市年平均風速為3.8 m/s，個別地區風速在7 m/s以上，每年約有10個月的風速在6～12 m/s，全市全年風能可利用小時數在4000 h左右[7]，可開發面積廣。

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

2.2 大慶市實測風速資料分析

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

3 風電裝機容量規劃

3.1 大慶市風電場現狀

2004年，大慶市開始進行風電開發。截至2014年底，已獲得“路條”的風電項目有808.35萬kW。其中，杜蒙縣332.15萬kW，大同區193.2萬kW，林甸縣192.75萬kW，讓胡路區37.05萬kW，源縣29.7萬kW，紅崗區13.5萬kW，薩爾圖10萬kW。大慶市已獲核準的風電場工程項目共計29個，總裝機容量為170萬kW。其中，已并網發電項目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年該市風電發電量達7.86億kWh，風電的快速發展對大慶市能源結構的優化調整起到了積極的促進作用。

3.2 風能資源開發與風電產業發展目標

對于大慶市的風能資源開發，應根據該市的地形地貌特點，在全市開展全面的測風工作，勘探面積應不低于該市總面積的80%，并進行風能資源的長期跟蹤觀測，優先開發風能資源好、入網條件好的地區，以點帶面建設大規模風電場。大慶市占地范圍廣，地勢平坦，草地、荒地較多，可重點構建以杜蒙縣風電場為龍頭，紅崗區、大同區、肇源縣及讓胡路區、林甸縣為兩翼的千萬千瓦級風電基地。大慶市發展風電項目，在利用當地風能資源的基礎上，還可減少環境和大氣污染，滿足當地人民的經濟和社會發展需求。

但若在杜蒙縣建設黑龍江省西部的百萬千瓦級風電基地，過大的風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省，還會加大線路電能損失。本文以風電機組間的尾流影響系數不超過8%作為風電場裝機容量開發利用的控制條件，對風電場單位場區面積的合理裝機容量進行了典型推算。計算表明，大慶地區單位場區面積內合理的裝機容量變化范圍在2～4 MW之間，即：

根據大慶市各區縣現有的土地資源條件，優選適合大規模開發的集中連片區域，在大慶市7個區縣共規劃21處大型風電場，總可開發容量為1095萬kW，總占地面積為5709 km2。開發利用時間段為2016～2030年，規劃形式為大型風電基地，規劃最小容量在25萬kW以上，土地性質為集中連片草地和未利用土地。隨著風電機組制造水平的提高，風電機組單機容量不斷增大，預計在2030年以后，15 km2以下的土地面積也將具備規模開發風電場的條件，后續的風電場建設可在目前規劃面積以外的小型地塊上繼續開發。

4 結論與建議

4.1 結論

1)大慶市風能資源豐富，年平均風速為3.8 m/s，有效風速持續時間長，70 m輪轂高度全年有效風速可利用小時數達7600 h以上，可開發面積廣大，電網消納能力較強，可發展分散式接入風電，具備大規模開發的良好前景。

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

4.2 建議

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

綜上所述，發揮大慶市的區位優勢和資源優勢，充分開發利用大慶市豐富的風能資源，加快大慶市風力發電的建設步伐，可滿足大慶市及黑龍江省電力負荷增長的需要，并根據需求使風能系統的應用向多元化、高效、經濟方向發展，促進大慶市經濟轉型和資源性城市的建設。