《风能》乘风|青海海西茫崖分散式风电，为矿业之城注入新能量
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青海海西茫崖分散式风电，为矿业之城注入新能量
文 | 《风能》杂志 叶无极
在祖国的大西北有这样一个地方，坐落着青海省“最年轻”的市，又因为离它最近的敦煌市在近400公里之外，因此也被称为中国最孤独的一座城市，这个地方叫茫崖。
建成于2018年的茫崖市在短短几年时间里即因诸多“网红”景区成为越来越多游客“打卡”的目的地，现如今，这里也有了代表清洁能源的新标志。2021年3月8日，随着青海省电力调度中心发出并网指令，青海水利水电集团茫崖风电有限公司10MW分散式风电项目（下称“茫崖分散式风电项目”）一次带电并网成功，填补了青海省分散式风电领域的空白。
茫崖分散式风电项目位于青海省海西蒙古族藏族自治州茫崖市茫崖镇，安装4台金风科技GW140-2.5MW型风电机组，配备4台35kV箱式变压器，1回集电线路汇集4台风电机组所发电力接入110kV阿卡托变电站35kV侧，与主干电网实现并网。
在规模化开发与技术进步的驱动下，过去十年间，我国陆上风电度电成本下降了40%，目前大部分地区的新建风电项目可以实现平价上网，风电已经成为具有经济性的能源之一。茫崖镇地处戈壁荒漠，平均海拔高度约3000米，当地油气矿资源丰富、密集。因此，为积极响应政府号召推动当地高能耗矿区的能源转型，就近开发分散式风电获得了业主方的认可。
分散式风电项目单体规模较小，建设周期短，开发方式更灵活。相比需要大规模、远距离输送电力的集中式风电项目，分散式风电更适合因地制宜，就近满足能源需求及负荷响应。此外，与集中式风电项目相比，分散式风电项目的初始投资下降了一个量级，准入门槛降低以及经济性提高，在一定程度上加速了民间资本进入风电领域。分散式风电点多面广，与负荷侧结合紧密，自发自用的消纳模式和精细化管理更适用于私营企业。
实际上，在开展项目前期调研时，业主已对整个茫崖镇可消纳的电量进行过精准计算，建设容量就是根据计算结果得出的。该项目采用“就地消纳”模式，不存在限电问题，发出的绿色电力全部供给茫崖镇和茫崖镇企业石棉矿使用，这也就意味着当地将逐步实现100%清洁能源替代。
据了解，茫崖分散式风电项目并网仅11天，便已实现单日发电237300千瓦时，折算单日发电小时数为23.73小时，基本实现了全天满发的状态。截至2021年12月31日，总共发电量逾2500万千瓦时，超出可研报告中的计算值。
然而，取得这样的成绩绝非易事，茫崖分散式风电项目所在地的特殊气候、地形与风能资源条件，对制造商的设备技术可靠性与相关公司的项目运营管理能力均提出了严峻挑战。
不可否认的是，一方面，青海地处青藏高原腹地，被誉为“三江之源”“中华水塔”，水力、风、光等清洁能源资源蕴藏丰富，发展清洁能源优势突出；另一方面，茫崖南面是可可西里无人区，西边是阿尔金山无人区，西北面则是新疆罗布泊无人区，东面是青海人烟稀少的柴达木盆地，由于日常无人值守，如何保障分散式风电项目的设备稳定运行成为至关重要的问题。
具体来看，茫崖分散式风电项目场区高达3150米的海拔，空气密度不足0.9Kg/ m³（在0°C、1个标准大气压的标准条件下为1.29Kg/m³），这对机组的绝缘、散热、抗雷击、抗太阳辐射等能力提出更高要求。对此，整机商对项目采用的机型进行了高海拔适应性定制，针对机组变桨系统、变流系统、低压配电系统、电控系统中所有相关部件，重新选型设计与校核。同时，叶片不仅采用防辐射涂层与防雷接地线，还配置了雷电记忆卡；发电机外部绝缘距离更大，绕组绝缘实现了强化设计。值得一提的是，金风科技永磁发电机的外转子结构，天然适宜在高海拔特殊环境下运行，在机理上解决了高海拔地区发电机较易温升（其中各元件的温度高于环境）问题。
茫崖分散式风电项目附近年平均气温仅为0~4°C，极端最低气温可达-28.8°C。为适应当地较低的气温，金风科技为项目配置了最低工作环境温度为-30°C的低温型机组。在传动部件、焊接结构件、叶片与油品等方面，机组采用了工作环境温度更低的材料，并加强机舱密封。例如，航空结构钢耐低温特性较好，不锈钢则对低温敏感度低，因此，这些机组配置的低温型叶片，全部金属材料均换用了对应钢材。除了被动防寒保暖措施，如电控、变流、风向与风速仪等对低温更敏感的系统，则被安装集成了主动加热设备或功能，配合金风科技机组先天传动特点，免除大功率加热装置，有效控制了低温环境下的自耗电量。
当地的一种特殊环境情况值得提及。茫崖的石棉矿是世界排名第二，石棉质量第一的超大型石棉矿床，茫崖分散式风电项目正处在石棉粉尘影响区域内，致使设备健康受到一定威胁。因此，机组叶片与发电机防护成为首当其冲必须解决的问题。该项目机组的叶片采用了高质量面漆、优质模具、气动前缘保护胶衣等，表面更为平整光滑，不仅耐冲蚀，还具有一定的自清洁能力。发电机应用了先进的定子线圈表面处理工艺，实现氟硅橡胶整体防护，再加上极低的转速，在发电机所处的高度，微小的沙尘对上述形式防护基本已没有影响。
解决了机组硬件上的挑战后，如何保证项目能够长期、稳定的运营成为另一个需要关注的重点。茫崖分散式风电项目相距其他项目较远，当地含氧量不及平原地区的70%，叠加大风带起的石棉粉尘，对现场运维人员身体健康不利。正因为如此，无人值守是最适合于该项目的运维模式。得益于分散式风电项目的共享技术服务管理方式，整机商的技术人员驻扎在距离茫崖分散式风电项目50公里处，与青海水利水电茫崖二期风电项目实现共享服务，利用先进的数字化管理平台，综合运维、检修、物资信息充分实施预防性维护，在确保了运维工作快、准、精的同时，成功实现无人值守。
茫崖分散式风电项目为风电走进西北部沙漠、戈壁、荒漠地区“起了个好头”。今年5月，国务院办公厅转发国家发展改革委、国家能源局《关于促进新时代新能源高质量发展的实施方案》，特别强调了创新新能源开发利用模式，包括支持在石漠化、荒漠化土地以及采煤沉陷区等矿区开展具有生态环境保护和修复效益的新能源项目；积极推进乡村分散式风电开发。
6月，《“十四五”可再生能源发展规划》发布，提到以风光资源为依托、以区域电网为支撑、以输电通道为牵引、以高效消纳为目标，统筹优化风电、光伏布局和支撑调节电源。在工业园区、经济开发区、油气矿区及周边地区，积极推进风电分散式就近开发，建设一批就地消纳的风电、光伏项目。
可以预见的是，在“十四五”期间，风电将继续为能源发展发挥重要作用。而分散式风电模式凭借建设周期短、开发方式更为灵活等诸多优势，全面推动清洁能源、装备制造、旅游等产业协同发展带来帮助。CWEA
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