河北工程大学建筑与艺术学院 ■ 任洪国

0 引言

黑龙江省大庆市，是我国重要的石油化工生产基地。作为典型的资源型城市，大庆市长期以石油开采为主导产业，产业结构单一，接续产业不足以支撑城市发展[1-2]。近年来，随着大庆市宏观经济下行压力持续加大、油田原油“量价双降”、探明储量减少和开采难度加大等诸多内外因素的影响，大庆市的发展面临着巨大的压力和挑战。因此，在该市打造可持续发展的新能源产业显得至关重要。

“十三五”期间，我国非化石能源占一次能源消费比重已提高到15%，新能源的开发利用必将成为未来新趋势[3]。风能作为一种可再生的清洁能源，具有经济、环保的特点，利用风电场发电对环境的影响较小；并且风力发电是我国鼓励和支持的可再生能源利用方式之一[4]。因此，利用大庆地区丰富的风能资源，不但可以缓解黑龙江省西部供电缺口问题，降低一次能源比重，而且还可促进当地的经济发展。

1 电力系统现状分析

1.1 黑龙江省电网现状

1)黑龙江省电网概况。黑龙江省电网位于东北电网的最北端，其东北方向与俄罗斯接壤，西面与内蒙古呼伦贝尔市相邻，南接吉林省电网[5]。“十三五”期间，光伏发电备受关注，预计装机容量约为780 MW[6]。黑龙江省的东部电网为其主要的电源基地，截至2017年末，东部电网省调统调火电厂13座，装机容量达8943 MW；风电场47座，装机容量为3658.3 MW[7]。

2)大庆地区电网现状。大庆市、安达市、林甸县、肇源县、肇州县、明水县、青冈县及杜尔伯特蒙古族自治县的电力来源均由大庆供电网供应。大庆供电网是黑龙江省供电网的重要组成部分，也是该省重要的受端电网之一。目前，大庆地区沿油田边缘220 kV电网已形成不完全双环网形状，大庆市电网现有500 kV变电站1座，电网线路总长约为146.2 km[8]；220 kV变电站15座，电网线路总长约为1151.7 km；66 kV高压配电网线路总长约为146.2 km；10 kV中压配电网线路总长约为135.1 km。

3)大庆地区油田电力集团电网现状。油田电力集团承担的供热面积为2239万m2，电网供电路线涵盖大庆油田及大庆市部分重要地区，拥有110 kV变电所30座以上，35 kV变电所12座，6 kV开闭所30座；各种电压等级的电网输电线路共计908条，线路总长约为3928.67 km。该集团主要对油田公司各二级单位管理的240座35 kV变电所进行检修、维护、校核及事故处理，是目前为止全国石油石化系统比较大的电力企业。

4)省内电网发展规划。“十二五”末期至“十三五”期间是黑龙江省电网发展的重要阶段，该省电网的主网架结构已基本形成，500 kV主干电网基本覆盖全境(大兴安岭地区除外)，电网输电、受电和变电能力得到极大提高，从根本上解决了困扰黑龙江省电网外送困难的问题，边远地区供电能力也将得到根本改善；热电联产机组和坑口电厂接网问题也将得到落实，有力保证了黑龙江省经济建设的发展。

1.2 黑龙江省电网存在的问题

1)500 kV主干电网架仍处于初步阶段，需要对电网框架进行深入完善。目前，黑龙江省500 kV电网与220 kV电网连接运行状态属于电磁环网，还有一部分220 kV变电站短路电流也将要达到标准限制或即将超标，这种运行方式会对电网安全稳定工作带来挑战。

2)一些区域的电网结构薄弱，制约了此类地区的经济社会发展。

3)电源外送受限，一定程度影响了黑龙江省经济社会的发展，造成风电机组利用小时数下降及能源浪费等问题。该省电网装机容量增长迅速，且分布不均匀，造成省网电力送出受限问题突出。

4)新能源发电与负荷特性不相符，影响电网稳定性。黑龙江省电源配置以火电为主，供电电源侧形式结构单一，而风力发电的高峰期与常规能源负荷高峰期恰恰相反，由此直接导致该省电网稳定性呈现下降趋势。目前该省电网已明显达到饱和状态，严重影响了新能源发电项目的审核。

5)电网运营效益与社会经济发展之间存在矛盾。该省经济社会发展虽然在“十一五”至“十二五”前期保持了快速增长，但与国内主要发达省份、城市相比，其经济总量依然相对偏低。

1.3 电力消纳分析

1.3.1 黑龙江省电力电量平衡分析

从电力电量平衡结果来看，随着黑龙江省“十三五”期间的电源建设，该省电网盈余电量呈大幅上升趋势，自平衡时火电机组利用小时数在“十三五”期间呈先下滑后上升趋势，“十三五”末期火电利用小时数将达3652 h。预计到2030年，新增常规电源项目将减少，但风电、生物质、光伏等新能源装机规模将有大幅上升，电力还将呈现盈余增大趋势，火电利用小时数将降至3230 h。

1.3.2 大庆市电力消纳分析

根据大庆市的历史数据，按火电装机年平均利用小时数5000 h、风电装机年平均利用小时数2000 h考虑，“十三五”末期，大庆市电量平衡计算结果如表1所示[8]。

由表1的计算结果可知，大庆地区一直属于黑龙江西部缺电地区，且电力缺额在逐年增加。随着地区负荷的不断增长，地区缺电容量还会逐步增加，由此也可以看出，大庆地区具备一定的电力消纳能力。

表1 “十三五”末期大庆市电量平衡表[8]

2 大庆市风能资源分析

2.1 风能资源现状

大庆市地处举世闻名的敖古拉大风口，风能资源丰富，年有效风速持续时间长。据当地气象等部门勘测，大庆市年平均风速为3.8 m/s，个别地区风速在7 m/s以上，每年约有10个月的风速在6～12 m/s，全市全年风能可利用小时数在4000 h左右[7]，可开发面积广。

大庆市的风速春、秋两季偏大，冬、夏两季较小[9]。大庆市风能资源根据分布情况可分为丰富区、较丰富区和可利用区。丰富区的年平均风功率密度可达到320～440 W/m2，70 m高处的年平均风速大于6.8 m/s，有效风速时数在7400 h以上，主要分布在大庆市嫩江左岸一侧地区；较丰富地区的年平均风功率密度达到270～320 W/m2，70 m高处的年平均风速大于6.5 m/s，有效风速时数在7000 h以上，主要分布在大庆市西南部；可利用地区的年平均风功率密度达到240～270 W/m2，70 m高处的年平均风速大于6.2 m/s，有效风速时数在6000 h以上，主要分布在大庆市东部地区。同时，大庆市建设风电场具有地势平坦、不占用耕地的先决条件，以及上网方便和输送成本低的优势，开发前景广阔。

2.2 大庆市实测风速资料分析

根据大庆市已有测风塔的实测数据，70 m高处的年平均风速可达6.48～6.8 m/s，相应风功率密度可达275～335 W/m2。根据风速随高度变化的拟合曲线，按照GB/T 18710-2002《风电场风能资源评估方法》[10]，该市风电场所在地的风功率密度等级为Ⅱ级，风电场风速、风功率密度的变化大致相同。据有关数据显示，该市风电场内平均风速和平均风功率密度在6～8月较小，在3～5月相对较大，其余时段的风速波动变化不大，湍流强度等级为C类。因此，为了更加有效地利用风电场的风能资源，风电机组布置时的间距不宜过小。

3 风电装机容量规划

3.1 大庆市风电场现状

2004年，大庆市开始进行风电开发。截至2014年底，已获得“路条”的风电项目有808.35万kW。其中，杜蒙县332.15万kW，大同区193.2万kW，林甸县192.75万kW，让胡路区37.05万kW，源县29.7万kW，红岗区13.5万kW，萨尔图10万kW。大庆市已获核准的风电场工程项目共计29个，总装机容量为170万kW。其中，已并网发电项目15个，装机容量为75万kW；在建项目14个，装机容量为95万kW。2014年该市风电发电量达7.86亿kWh，风电的快速发展对大庆市能源结构的优化调整起到了积极的促进作用。

3.2 风能资源开发与风电产业发展目标

对于大庆市的风能资源开发，应根据该市的地形地貌特点，在全市开展全面的测风工作，勘探面积应不低于该市总面积的80%，并进行风能资源的长期跟踪观测，优先开发风能资源好、入网条件好的地区，以点带面建设大规模风电场。大庆市占地范围广，地势平坦，草地、荒地较多，可重点构建以杜蒙县风电场为龙头，红岗区、大同区、肇源县及让胡路区、林甸县为两翼的千万千瓦级风电基地。大庆市发展风电项目，在利用当地风能资源的基础上，还可减少环境和大气污染，满足当地人民的经济和社会发展需求。

但若在杜蒙县建设黑龙江省西部的百万千瓦级风电基地，过大的风电机组间距将不利于土地资源的利用效率和集电线路的投资节省，还会加大线路电能损失。本文以风电机组间的尾流影响系数不超过8%作为风电场装机容量开发利用的控制条件，对风电场单位场区面积的合理装机容量进行了典型推算。计算表明，大庆地区单位场区面积内合理的装机容量变化范围在2～4 MW之间，即：

根据大庆市各区县现有的土地资源条件，优选适合大规模开发的集中连片区域，在大庆市7个区县共规划21处大型风电场，总可开发容量为1095万kW，总占地面积为5709 km2。开发利用时间段为2016～2030年，规划形式为大型风电基地，规划最小容量在25万kW以上，土地性质为集中连片草地和未利用土地。随着风电机组制造水平的提高，风电机组单机容量不断增大，预计在2030年以后，15 km2以下的土地面积也将具备规模开发风电场的条件，后续的风电场建设可在目前规划面积以外的小型地块上继续开发。

4 结论与建议

4.1 结论

1)大庆市风能资源丰富，年平均风速为3.8 m/s，有效风速持续时间长，70 m轮毂高度全年有效风速可利用小时数达7600 h以上，可开发面积广大，电网消纳能力较强，可发展分散式接入风电，具备大规模开发的良好前景。

2)发展风电项目能够减少对煤和燃气等一次能源的依赖，对满足大庆市经济和社会发展需求，降低生态破坏、减少环境和大气污染、资源浪费等问题，均具有十分重要的意义。

4.2 建议

风能资源评估的精确性和可靠性可有效减少风电机组大规模并入电网所带来的种种风险。因此，要加强大庆市风电发展规划与电网发展规划的协调与衔接，超前谋划分散式接入风电电源布局、接入电网和电力消纳方案，为风电开发利用营造良好的外部环境。风电场开发利用土地为草地及开荒地，为确保风电项目在具体实施过程中土地可利用面积不缩减，相关部门需积极与大庆石油公司及相关部门密切沟通，确保规划用于风电场的土地可用。

综上所述，发挥大庆市的区位优势和资源优势，充分开发利用大庆市丰富的风能资源，加快大庆市风力发电的建设步伐，可满足大庆市及黑龙江省电力负荷增长的需要，并根据需求使风能系统的应用向多元化、高效、经济方向发展，促进大庆市经济转型和资源性城市的建设。