全球能源互联网从北极开始 到底是怎么做到的?

发布时间: 2016-04-14 来源:能见派

  国家电网公司在全球能源互联网大会上发布了《北极风电资源及开发研究》报告,俄罗斯能源部能源署(REA)也发布了俄罗斯北极圈内和远东地区风电资源联合开发前景俄中合作研究成果。

  他们于2015年完成了与国家电网公司(SGCC)关于在俄罗斯北冰洋沿岸和太平洋沿岸建设并运营总装机容量达50GW超大型世界级规模和技术水平的风电场(吉瓦级风电场)并经特高压输电线路向中国输送电力方案的评估。

  想知道全球能源互联网具体什么样,先从北极看就好了。

国家电网公司这样说:

  北极地区有多少风电资源?

  环北极地区六国处于沿海或位于北冰洋,常年风速较高,年理论发电量、年技术可开发量分别占全球风能资源的18.5%、17.2%,风能资源丰富,具备成为全球能源互联网风电基地的资源条件。

  白令海、楚科奇海、巴伦支海、格陵兰岛、喀拉海相对适于风电开发。

  北极地区风电技术可开发容量为110.6×108kW,其中陆地73.1×108kW,海域37.5×108kW;

  如去除格陵兰岛冰盖厚度超过10m的面积,可开发装机容量为88.9×108kW,其中陆地51.4×108kW,海域同上。展望未来,依托技术进步,风能资源开发能力可进一步提升至1000×108kW。

 北极哪里适合开发风电场?

  综合考虑土地用途、地质条件、港口条件、输电线路等诸多因素,最终确定格达半岛、泰梅尔半岛及萨哈林岛北部区域为风电场宏观选址的第一批推荐区域。

  根据俄方的分析结果,这三个地区七个区域内风机发电额定功率利用率均在30%以上,部分地区理论最高额定功率利用率超过55.3%,对应最高年等效利用小时达4844h。每个区域装机容量可达到0.5×108kW,属于俄罗斯北极和远东地区优先开发风电场的地区。

 北极风电场用什么风机合适?

  北极风电场建议采用双馈型风力发电机组。

  结合北极潜在风电场的风能资源情况,功率等级推荐采用单机容量2.3MW、5MW的机型。

  由于北极地区风电场冬季可能出现-65~-70℃的极端低温,现有风电设备若不进行相关适应性设计、采取专门措施提高其耐寒性能,均不能在北极地区正常使用。

  适应性设计将增加风机造价。

  比如:

  金属材料,需增加提高金属冲击韧性的合金元素(Ni镍)。

  叶片材料,需要对基体、夹层以及黏合材料进行相关的试验和测试。

  保温技术,需对电气元器件进行重新选型,同时需对机组增加加热系统和保温设计。

  需考虑足够的润滑油加热系统设计,或者为此研发专用润滑油品。

  除冰,采用加热系统或热吹风。

  为缩短超低温环境下启机预热时间,机组应采用全寿命周期运行模式,机组内加热设备长期保持运行。

施工可以想办法

  北极地区风电施工难度较大,但不存在不可逾越的技术难题。

  在施工中应充分考虑北极高纬度地区环境气候特点,尽量选择在夏季施工,并做好施工方案及技术措施。

  桩基础和沉箱基础可作为海上风机基础优先考虑的基础型式,需要解决的主要问题是降低基础施工的成本和造价,可通过改进基础型式和工业化的制造安装手段来解决。

全球能源互联网发展布局示意图

 北极的风电要往哪里送?

  北极风电外送目标市场主要包括东北亚、欧洲和北美洲。

  东北亚(主要是中国、日本、韩国)电力需求总量大、增长快;欧洲电力需求总量大且资源贫乏,发展可再生能源的需求迫切。

  从地理位置看,亚洲和欧洲开发利用北极地区风电资源明显具有地理优势。北美洲风能、太阳能、水能资源都非常丰富,基本能够满足本洲未来的电力需求,跨洲接受北极风电可以实现东西时区互济联网效益。

  北极地区风电外送,以白令海峡、格陵兰岛、挪威海和巴伦支海等重点风电基地为支点,实现北半球的亚洲、欧洲、北美洲电网环形互联,不仅可以满足东北亚、欧洲和北美洲的远景能源供需缺口,还可充分发挥大电网互联优势,在时差跨度较大的东北亚、欧洲和北美洲电网之间取得显著的峰谷调节、互为备用、跨洲互补等效益。

  此外,利用各大洲间的时差,将北极风电分时段送各大洲,以满足各洲白天的高峰负荷需要,同时提高北极风电利用效率。

【北极风电向东北亚输电方案构想】:

  近中期,萨哈林岛—东北亚±1100kV特高压直流分别落点中国(华北地区,如河北石家庄)和日本(东京区);

  若考虑与近期俄罗斯远东煤电向中国输电工程衔接,近中期,至中国华北的特高压直流也可以考虑采用±800kV。中远期,采用±1100kV特高压直流,向中国(东北地区,如辽宁)和韩国(首都区)输电。

  设想中远期喀拉海首先通过±1100kV特高压直流输电至俄罗斯西伯利亚贝加尔湖附近,继续汇集部分水电和风电后接力输电至中国,落点在“三华”地区。

  设想长远期喀拉海风电通过±1100kV特高压直流送电至中亚或新疆,汇集当地清洁能源电量后,通过±1100kV特高压直流送电中国,落点建议置于“三华”主要负荷地区。

 【北极风电向欧洲输电方案构想】:

  中远期,喀拉海地区与欧洲联网通过±1100kV特高压直流实现,分别落点德国(东部柏林地区)和意大利(米兰地区)。富余电力在整个欧洲范围内消纳。

  若考虑利用中亚五国丰富水电,考虑长远期喀拉海风电首先通过±1100kV特高压直流送电至中亚或新疆,汇集当地部分风电或煤电后,通过±1100kV特高压直流(或重启欧洲特高压交流输电计划)实现向欧洲输电。

 【北极风电向北美洲输电方案构想】:

  长远期,采用接续输电方式,楚科奇地区通过多回±1100kV特高压直流向北美洲输电。

  由于楚科奇地区向北美洲输电距离长,为了满足技术要求,考虑第一落点选在加拿大西部的负荷中心英属哥伦比亚省(推荐温哥华附近)。

  由加拿大英属哥伦比亚省输往美国加利福尼亚州的电能可以通过规划建设的加拿大—太平洋西北—加州北部交直流输电线路工程实现,再通过美国国内特高压电网输送各地。

分三阶段逐步开发及外送利用

  北极地区风能资源丰富,已开发规模小,可谓取之不尽的可再生能源宝库。但其气候极端,风电资源开发及外送难度较大,一直以来并无技术经济性合适的开发利用方式。

  构建全球能源互联网战略构想为人类能源环境的可持续发展提供了解决方案。基于这一发展理念,北极地区风电资源可依托泛在坚强的智能电网,特高压骨干网架,分为三大阶段逐步得到开发及外送利用,对优化全球能源格局具有重要战略意义。

 利用北极地区推进全球电网互联

  随着特高压直流输电技术的成熟和不断提升,北极这一世界风能宝藏(占全球陆上风能资源的五分之一)价值将不断凸显。

  此外,北极地区是北半球三大洲向北延伸的交汇,在实现三大洲电网联网方面拥有无与伦比的地理位置优势,也是全球能源互联网构建的必经之地。

  开发北极风电、利用北极地区推进全球电网互联将成为未来全球可再生能源开发利用的里程碑。

全球能源互联网示意图

俄罗斯能源部能源署这样说:

  选出3处区域建设吉瓦级风电场

  在按照商定原则研究过程中,选出了3处区域,每个区域里均有面积在15000~20000km2的风场2~3处,可用来建设功率为50GW的吉瓦级风电场。

  采用世界领先制造商生产的风力发电机组,从技术工艺、风力气候和动力指标方面这些机组更适合在吉瓦级风电场任何一处地点作为原型机组用。

  效率最好的是GeneralElectricGE3.6s,Mervento118/3,6MW,Sinovel105/3,0MW,SiemensSWT-3.0MW的风力发电机组。

  俄罗斯北极和远东条件下使用的现有风力发电机组必须提高抗震(萨哈林)和耐低温(北极)性能。

  永久冻土地区风电场建设在技术上要求新型(桩)基础设计。

  Ÿ2处风场位于格达半岛上(亚马尔—涅涅茨自治区)以格达—亚马,安季帕尤塔和塔佐夫斯基村一带为中心;

  Ÿ3处风场位于泰梅尔半岛上(多尔加诺—涅涅茨自治区),以迪克森、索普卡尔加和卡拉乌尔村为中心;

  Ÿ2处风场位于萨哈林岛北部的奥哈区—雷布诺夫斯克和博济比—恰伊沃地区。

 宏观经济指标及备用电站是影响经济指标的主要因素

  ±1100kV特高压直流输电线路的长度和地理定位也优化选取,将吉瓦级风电场的电力输送到中国边境。

  新建火力发电厂的合理方案和建设地点基本确定(如燃煤电厂建设于克麦罗沃或萨哈林露天煤矿基地,或者依托塔佐夫斯基天然气田建设燃气电站),总装机容量15~20GW,以作为吉瓦级风电场功率和发电量不稳定时的后备和平衡之用。

  基于估算的吉瓦级风电场建设和维护、备用电站表(燃煤或燃气)及其到中国边境的输电系统的定价,对吉瓦级风电场在所选地区的经济指标进行了评估。

  按照设定的中俄边境跨越地点关口价,当项目的内部收益率接近9%~11%时,吉瓦级风电场的电能成本低于66美元/MWh。

  可以确定的是,宏观经济指标(通胀指数和工业生产的平减指数)以及备用电站的容量和发电量(按吉瓦级风电场发电量的50%和100%)是影响项目经济指标的主要因素。

 结论:萨哈林吉瓦级风电场向日本、朝鲜和韩国增加出口是可行的

  俄罗斯风能发电的总技术潜能超过当前俄罗斯年用电量的11倍(约10500亿kWh)。而其总量存在于生活着本国约73%居民的中央、西北、伏尔加河沿岸和南部联邦区,约为35000亿kWh/年。这使人们有理由相信,风资源不仅仅是电力生产的重要来源,还是电力出口潜力的基础能源品种。

  吉瓦级风电场属于俄中方案首倡的俄罗斯项目,我们认为,进行萨哈林吉瓦级风电场建设,以互惠的能源和经济条件向日本、朝鲜和韩国增加出口是可行的,经过技术经济评估和投资论证,发展前景广阔。

与邻国互补极具前景

  与哈萨克斯坦在可再生能源领域里开展太阳能和风能互补是极具前景的。哈国一系列地区与有风能和太阳能资源保障的鄂木斯克和新西伯利亚草原地区相连,具有很高的风电潜能。哈萨克斯坦大多部分领土极富太阳能,可以考虑使用太阳能电站作为吉瓦级风电场互补电站。

  有效利用现有电网基础设施在俄罗斯和哈萨克斯坦交换电力,并向中国出口,进而显现经济效益。

  沿途径吉尔吉斯斯坦、塔吉克斯坦和中国的长度约3000km的直流输电线路,向印度德里地区出口电力。

  新丝绸之路基于太阳能和风能电站的能源保障项目,同样具有前景。

  俄罗斯西部地区和白俄罗斯风力资源极其丰富,在可再生能源开发基础之上建立与欧盟国家能源桥具有广阔前景。

项目已经列入两国合作清单

  在俄罗斯联邦领土上建设并运营总装机容量可达50GW风电场,并向中国输送电力可行性初步评估成果证明:该项目资源具备、技术可行,在能源和经济方面也具有进一步研究和落实的合理性。

  该项目业已列入中俄可再生能源领域合作工作组第一次会议的远景项目清单中。

  ps,国网能源研究院的《全球能源互联网发展报告》里是这样说中国的:

关键词: 能源互联,电网

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