2014年至2018年，全國風(fēng)電發(fā)電量由1598億千瓦時(shí)增長到3660億千瓦時(shí)，發(fā)電量占比增長到5.2%。4年間，風(fēng)電發(fā)電量整整增加了一倍多。為保證風(fēng)電場具有良好的收益，風(fēng)電開發(fā)商需要驗(yàn)證風(fēng)電機(jī)組的功率特性，并了解風(fēng)電機(jī)組性能；而電網(wǎng)公司通過建設(shè)特高壓輸電工程，保障電網(wǎng)安全，促進(jìn)風(fēng)電大規(guī)模應(yīng)用。隨著風(fēng)能資源不斷開發(fā)和風(fēng)電制造業(yè)快速發(fā)展，嚴(yán)格風(fēng)電產(chǎn)品市場準(zhǔn)入標(biāo)準(zhǔn)，完善工程質(zhì)量監(jiān)督管理體系，加強(qiáng)產(chǎn)品檢測認(rèn)證與技術(shù)檢測監(jiān)督，成為行業(yè)日益重視的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。
玉門地處甘肅省河西走廊西部，是古絲綢之路重鎮(zhèn)。唐代詩人王之渙的《涼州詞》“羌笛何須怨楊柳，春風(fēng)不度玉門關(guān)”，使玉門聲名遠(yuǎn)揚(yáng)、流傳千古。而現(xiàn)在，玉門是甘肅風(fēng)電產(chǎn)業(yè)的發(fā)源地、我國首個千萬千瓦級風(fēng)電基地的所在地和主戰(zhàn)場、全國重要的新能源示范基地，有“世界風(fēng)口”之稱。
5月29日，本報(bào)記者隨國網(wǎng)中國電力科學(xué)研究院有限公司新能源研究中心（以下簡稱“中國電科院新能源中心”）工作團(tuán)隊(duì)，赴甘肅中電國際橋?yàn)车诙L(fēng)電場深入了解風(fēng)電場涉網(wǎng)性能改造工作，并針對風(fēng)電機(jī)組是否“電網(wǎng)友好”展開調(diào)研。
行業(yè)需求驅(qū)動風(fēng)電檢測技術(shù)發(fā)展
“長風(fēng)幾萬里，吹度玉門關(guān)”，早在幾千年前，詩人李白就贊頌過玉門地區(qū)大風(fēng)的狂野和蒼涼。從敦煌機(jī)場驅(qū)車近3個小時(shí)，記者來到中電國際橋?yàn)车诙L(fēng)電場。廣袤的戈壁，風(fēng)吹石頭跑，黃沙漫天飛，四周滿是棕黃的土丘以及零星的駱駝刺。車輛顛簸間，一臺臺潔白的風(fēng)機(jī)映入眼簾，為蒼茫戈壁帶來生機(jī)。
“一年一場風(fēng)，從春刮到冬”，甘肅風(fēng)資源豐富，風(fēng)電開發(fā)具備優(yōu)越的自然和地理?xiàng)l件，但甘肅本地工業(yè)經(jīng)濟(jì)不夠發(fā)達(dá)，風(fēng)電很難在本地完全消納，富裕的風(fēng)電需要通過特高壓直流輸電項(xiàng)目輸送到中東部地區(qū)。風(fēng)電盡管是清潔電力，但風(fēng)的間歇性、隨機(jī)性及風(fēng)機(jī)自身的敏感性對電網(wǎng)的安全運(yùn)行也造成了較大挑戰(zhàn)。
“2011年，就是在這片區(qū)域，發(fā)生了數(shù)起風(fēng)電機(jī)組由于不具備低電壓穿越能力而大規(guī)模脫網(wǎng)的事故，風(fēng)電場大規(guī)模脫網(wǎng)后導(dǎo)致電網(wǎng)頻率異常波動，嚴(yán)重影響電網(wǎng)安全?！敝袊娍圃盒履茉粗行臋z測工程師劉旭東告訴記者。
“這是我國風(fēng)電產(chǎn)業(yè)大干快上、粗放式發(fā)展導(dǎo)致的必然結(jié)果?！敝袊娍圃盒履茉粗行臋z測工程師陳晨補(bǔ)充道，“我國風(fēng)電機(jī)組的技術(shù)來源于歐美國家，早期發(fā)展階段不掌握核心技術(shù)，玉門這個地方風(fēng)電并網(wǎng)規(guī)模大，電網(wǎng)又相對薄弱，電網(wǎng)擾動時(shí)風(fēng)電機(jī)組便會脫網(wǎng)，為了解決風(fēng)電機(jī)組因?yàn)殡娋W(wǎng)短時(shí)故障而大規(guī)模脫網(wǎng)的問題，我們配合風(fēng)電機(jī)組制造企業(yè)開展風(fēng)電并網(wǎng)技術(shù)研究，提出技術(shù)改造方案，并對改造后的機(jī)型進(jìn)行驗(yàn)證，2012年以后甘肅地區(qū)就再也沒有發(fā)生過大規(guī)模風(fēng)電脫網(wǎng)事故?！?/p>
“等特高壓輸電項(xiàng)目建成投運(yùn)后，我們這就不限電了，風(fēng)機(jī)也不用曬太陽了。”風(fēng)電場工作人員向記者解釋。
然而，良好的愿景實(shí)現(xiàn)起來還面臨新的挑戰(zhàn)。
據(jù)悉，為提高風(fēng)電消納水平，國家電網(wǎng) 公司建設(shè)了數(shù)條特高壓輸電項(xiàng)目，將“三北”等地區(qū)富裕的風(fēng)電遠(yuǎn)距離輸送到華中、華東等用電量大的地方。
資料顯示，玉門地區(qū)規(guī)劃的祁紹特高壓直流輸電項(xiàng)目配套的火電廠等電源規(guī)劃被取消或推遲了，而特高壓項(xiàng)目投運(yùn)前的仿真分析及調(diào)試運(yùn)行時(shí)發(fā)現(xiàn)，沒有火電廠等常規(guī)電源的支撐，特高壓直流換流站在換相失敗等故障期間會產(chǎn)生暫態(tài)過電壓，達(dá)到額定電壓的1.3倍，而目前大部分風(fēng)電機(jī)組的過電壓保護(hù)水平僅為額定電壓的1.1倍。這就意味著，風(fēng)電在特高壓直流故障引起的暫態(tài)過電壓期間存在潛在的大規(guī)模脫網(wǎng)風(fēng)險(xiǎn)，特高壓直流輸送大規(guī)模風(fēng)電存在安全隱患。
為高效解決消納問題，避免特高壓運(yùn)行的安全風(fēng)險(xiǎn)，風(fēng)電開發(fā)企業(yè)、風(fēng)電制造企業(yè)和中國電科院等單位開展了特高壓直流近區(qū)風(fēng)電涉網(wǎng)性能提升工作。風(fēng)電場發(fā)出的清潔電力，通過特高壓直流線路源源不斷的流入華中、華東地區(qū)的千家萬戶。
檢測技術(shù)助力風(fēng)電機(jī)組走出國門
開展風(fēng)電機(jī)組檢測并不是件簡單的事，與其他行業(yè)的檢測模式相比，風(fēng)電檢測門檻極高。首先，檢測的目標(biāo)是對風(fēng)電機(jī)組在實(shí)際運(yùn)行中表現(xiàn)出的行為能力達(dá)到設(shè)計(jì)與電網(wǎng)要求的程度進(jìn)行判斷，所有檢測參數(shù)指標(biāo)必須是真實(shí)發(fā)生的，因此被檢測的風(fēng)電機(jī)組必須已經(jīng)架裝在風(fēng)電場或檢測場地中實(shí)際運(yùn)行。
據(jù)統(tǒng)計(jì)，截至2018年底，中國電科院新能源中心已完成國內(nèi)外200多個型號的風(fēng)電機(jī)組并網(wǎng)測試項(xiàng)目，推動了我國多個風(fēng)電機(jī)組制造企業(yè)成功打入國際市場，促進(jìn)了我國風(fēng)電設(shè)備技術(shù)水平的提升和風(fēng)電產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)健康發(fā)展。如今，經(jīng)過新能源中心檢測的風(fēng)電機(jī)組目前已經(jīng)出口到美國、瑞典、西班牙、澳大利亞等27個國家。
“海外檢測項(xiàng)目對團(tuán)隊(duì)的外語水平及專業(yè)能力的要求較高，每次出國測試工程師都要精心準(zhǔn)備，克服時(shí)差、飲食、語言等方面的困難，展示專業(yè)、高效的測試能力和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ髯黠L(fēng)，向歐美風(fēng)電同行介紹國內(nèi)的風(fēng)電產(chǎn)業(yè)發(fā)展情況及具體的標(biāo)準(zhǔn)要求。” 據(jù)劉旭東介紹，2013年11月，中國電科院成為國際風(fēng)電檢測機(jī)構(gòu)組織MEASNET(Measuring Network of Wind Energy Institutes)的會員，這是歐美國家以外首個獲得此資質(zhì)的風(fēng)電檢測機(jī)構(gòu)。
與國際一流檢測機(jī)構(gòu)同臺競技
“當(dāng)前，新能源中心可開展的風(fēng)電檢測項(xiàng)目由兩大部分組成，一是風(fēng)電機(jī)組性能試驗(yàn)，包括風(fēng)電機(jī)組功率特性、電能質(zhì)量、噪聲、載荷，針對的是風(fēng)電機(jī)組本體質(zhì)量。二是風(fēng)電機(jī)組并網(wǎng)檢測，包括風(fēng)電機(jī)組功率控制能力、低電壓穿越能力和電網(wǎng)適應(yīng)性，針對風(fēng)電機(jī)組是否‘電網(wǎng)友好’。”陳晨解釋道，拿到國際互認(rèn)資質(zhì)只是一個起點(diǎn)，走到國際舞臺，最關(guān)鍵的是企業(yè)手中持有的檢測報(bào)告，結(jié)果準(zhǔn)不準(zhǔn)，對方認(rèn)不認(rèn)，這才是真正考驗(yàn)實(shí)驗(yàn)室檢測能力與接軌國際的能力，而檢驗(yàn)檢測能力與水平的戰(zhàn)場就是國際上先進(jìn)實(shí)驗(yàn)室間開展的循環(huán)比對式的“比武大賽”。
質(zhì)量提升，標(biāo)準(zhǔn)先行。為保障風(fēng)電并網(wǎng)安全，新能源中心主導(dǎo)編制了數(shù)十項(xiàng)風(fēng)電測試領(lǐng)域國家、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。以高、低電壓穿越能力測試標(biāo)準(zhǔn)為例，先后主導(dǎo)GB/T 36995-2018 《風(fēng)力發(fā)電機(jī)組故障電壓穿越能力測試規(guī)程》、《NB/T 31111-2017風(fēng)電機(jī)組高電壓穿越測試規(guī)程》和NB/T 31051-2014《風(fēng)電機(jī)組低電壓穿越能力測試規(guī)程》等系列標(biāo)準(zhǔn)。自主研發(fā)的高電壓穿越能力裝置采用的阻容升壓原理，也得到了歐美同行的認(rèn)可，寫入了最新出版的IEC 61400-21-1:2019標(biāo)準(zhǔn)。
此外，檢測團(tuán)隊(duì)內(nèi)有多人在國際電工委員會（IEC） TC88標(biāo)準(zhǔn)委員會內(nèi)任職，在電能質(zhì)量、故障電壓穿越能力、功率特性等標(biāo)準(zhǔn)的編制過程中獻(xiàn)言獻(xiàn)策，提升了我國在風(fēng)電國際標(biāo)準(zhǔn)編制過程中的話語權(quán)和影響力。
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