我国风电问题叠出 部分风机不具备“低电压穿越”能力

    从接连发生的风机脱网事故以来，数月内“低电压穿越”这一并不为大众熟知的风电技术名词频现报端。从3月依据电监会报告婉转指出“2·24”事故祸起风电机组不具备“低电压穿越”能力。

    风电企业在事故报告中“集体失声”有玄机，一场关于事故和标准的“罗生门”正在上演。那么，近期发生的事故究竟有何未披露的细节？风电企业该不该、又能不能承受“新国标”中低电压穿越标准之重呢？   

    52天内的升级

    4月17日同样发生在甘肃酒泉的事故前后持续达10分钟之久，损失出力1006.2兆瓦(100.62万千瓦)，较“2·24事故”脱网风机和损失出力均增加约两成。一波未平，一波又起。

    继2月24日甘肃酒泉发生风电机组大规模脱网事故之后，国家电监会5月5日再次通报4月发生在酒泉和河北张家口两起大规模风机脱网事故。

    据电监会通报，4月17日，甘肃某风电场电缆头短路事故带来的系列反应造成702台风电机组相继脱网，损失出力占事故前酒泉地区风电出力的54.17%，并将整个西北电网主网的频率拉低。同日，河北张家口某风电场箱式变压器发生短路事故，引起的系列反应造成644台风机相继脱网，损失风电出力占事故前张家口地区风电出力的48.5%，同样波及华北电网主网。

    相比当时被称为“迄今最大的一起风机脱网”的“2·24事故”，电监会此次并未提及后两次脱网事故的规模和持续时间，而一位知情人士透露，4月17日同样发生在甘肃酒泉地区的事故前后持续达10分钟之久，损失出力1006.2兆瓦(100.62万千瓦)，较“2·24事故”脱网风机和损失出力均增加约两成。短短52天之内，“最大风机脱网事故”的记录又被刷新。

    另据知情人士透露，其实2月24日之后，酒泉地区在4月3日、4月17日、4月24日和4月25日(两起事故)又相继发生了5次类似事故。而4月25日的一起事故可能更加严重。

    “风电对电网稳定性的负面影响已经开始集中显现。事故后果是严重的。因为哪怕很短暂的频率波动也会让一些向电网购电的制造企业生产出大量废品，更何况还有对电网和风机本身的冲击。”中国电科院一位签头起草风电并网“新国标”的人士对本报记者表示。中国电科院也是国内风机低电压穿越测试的主导单位。

    “4月17日事故中，一个值得注意的因素是风电装机规模较2月24时有所增长，那天风也比较大，出力也多。”另一位国家电网部人士解释。

    “低电压穿越”被上升为“首要问题”

    电监会报告指出，三起事故的起因都是电网设备故障，但是风机多数不具备低电压穿越能力是事故扩大的主因，也是当前风电发展过程中存在的“首要问题”。

    事故与规模“比翼齐飞”，而从电监会两度严词通告，到国家能源局5月9日下发《关于酒泉风电基地建设有关要求的通知》点刹酒泉风电建设，决策层“整风”决心跃然。但是同时发生在张家口的事故暴露出，尽管事故频发有地方治理不善的因素，风机脱网已然成为全国性问题。

    “比较巧的是两起比较大的脱网都在酒泉地区，而且诱因都是电缆头短路。”施耐德电气中国智能电网、新能源首席专家杨俊乾对本报记者表示，酒泉的电网负荷低，比较薄弱，事故容易被触发，此时风机的低电压穿越功能就面临考验。

    低电压穿越是指电网故障或扰动引起风电场并网点电压跌落时，在一定电压跌落的范围内，风电机组能够不间断地并网运行，直到电压恢复如常，从而维持电网稳定。低电压穿越之所以重要，是因为负荷稳定对电网至关重要，一个负荷的切除可能产生更大的扰动从而让事故进入恶性循环。

    电监会出具的报告也应证了这一点，报告指出，三起事故的起因都是电网设备故障，但是风机多数不具备低电压穿越能力是事故扩大的主因，也是当前风电发展过程中存在的“首要问题”。

    杨俊乾指出，虽然酒泉地去事故多发，但是一旦有同样的诱因(短路导致的低电压)，很难保证类似的事故不会在其他地区重演。随后致电了一些风电企业，这些企业均表示他们目前生产的机组具备低电压穿越能力，之所以出事是因为“机组老旧”和“风电场改造未完成”等因素。据测算，4月17日脱网风机的平均功率为1.43兆瓦，而根据中国可再生能源协会风能专业委员会的资料，我国风电机组的平均功率突破1.4兆瓦也就是2010年左右的事，因此不难看出这批风机恐怕并不能称为“老旧”。

    中国可再生能源协会风能专业委员会秘书长秦海岩表示，其实单纯实现“低电压穿越”并不是什么技术难题，几次事故脱网的大部分机组也都具备该功能，只是当时因处于调试期，这项功能并未启动。

    杨俊乾则认为，虽然某些机型的确通过了电科院的低电压穿越测试，但并不代表每台机组都能满足同样的要求。

    来自中国风能协会可再生能源专业委员会的数据显示，目前国内市场上近八成的风机都不是直驱永磁型，按戴骏的说法，这意味着近八成风机的改造难度较大。如果按照每台风机增加45万元改造成本来计算，一台1.5兆瓦的风机成本将上升10%。而一位国内排名前三的风电运营商对本报记者表示，由于近年严重的弃风现象，已经使得风电产业的利润率由最高时的12%以上下降到10%以内，关键设备成本10%的增加对他们无疑是不小的包袱。

    然而，原因仅此而已吗？随着记者采访的深入，事情的另一方面也呈现出来。“2·24事故”之后，一位风电业人士表示，“电监会的事故报告也几乎全部把板子打在设备商身上。撇开电网自身的短路故障不说，第一次电网低电压时，是有一批机组没有实现低电压穿越，但是之后继电保护为什么没有及时启动？为什么又高电压了？高电压也是我们的责任吗？再有，我们国家的低电压穿越标准借鉴了欧美的标准，可是这些国家的风电消纳都接近网端，而我们是大风电基地，远距离传输。改造都要花钱，那是要求每台机组‘穿越’更具经济性，还是风电场和电网统筹规划无功补偿更具经济性？比起电网，我们的话语权太小了，所以责任都往我们头上推。”

    对此，电力系统专家、中科院院士周孝信表示，电网比较强的时候系统对无功补偿的要求并不高，而电网弱时则相反。“国外的风机电压跳了不一定会升到那么高，但是电网比较弱引起电压波动是必然的。”他表示，在风机脱网之后，由于负载被切除，电网电压会波动，如果想抗扰动，的确可以在电网侧加一些无功补偿的设备，也可以在风电场做一些无功补偿。

    “‘由谁来补’很重要，因为其实要单纯地实现‘低电压穿越’不脱网很简单，难的是实现‘低电压穿越’标准中对‘风机不脱网的同时还要发送无功功率’的要求，这一块要求高了对成本影响很大。”秦海岩对本报记者表示。他还提出，其实几起事故之后出现了高电压的情况，可能和无功补偿过量造成“容性无功倒送”有关，也就是说，没有针对性地一味提高机组“低电压穿越”要求可能反而会对电网造成更大的扰动。

    是电网的问题还是机组的问题？从国外的经验可以窥见一斑，同时拥有电网和风电业务的法国电气企业阿尔斯通集团的智能电网解决方案部副总裁Laurent Schmitt表示，其实，目前欧洲对风机的低电压穿越能力也并没有强制性的要求，主要是因为“低电压部分不好控制，不好测量。而在很多风电比例没有达到20%的地区，风电并没有对电网造成很强的扰动。”

    而前述国外风电场运营商对本报记者表示：“我认为这个标准没什么好讨价还价的，并网的门槛是重要的。打个比方，就像酒后驾车很危险，我可以在马路上设置隔离带来减轻这种危险。但不是说所有喝了酒的司机都能开车上路。”

    冰山一角的背后

    每一项并网标准的制定都是设备商、风电场业主和电网三方的博弈，而且各地都有各地的特殊性。其实，各方推诿的背后恰恰是我国风电并网所遇的一些困境。

    一方面是风电的投资冲动和电网的动力不足。“虽然国家电网在很多问题上是很强势，但是我认为在风电并网这个问题上他们有苦衷。”一位南方电网的人士表示。她表示，虽然可再生能源电价附加将风电与火电收购电价的差额补贴给了国家电网，但是并没有考虑两者质量的差异。“风电的发电小时数肯定小于火电，那么铺设线路的利用率就低，其投资回报率也低，更不要说还要再加上强化电网的二次设备。电网也是企业，也要接受经济指标的考核，有什么动力去做这件事呢？”

    “中国风资源丰富的地方都是电网设施薄弱的地方，如果不进行电网的强化，接入了也是流于形式，而实现不了经济性。必须要让电网公司有自主权来决定接入还是不接入，而不是国家指令性地说要全额收购，因为硬性地强调电网公司是否执行，电网公司不得不执行，不得不接入，就难免流于形式。”他说。

    多位受访专家表示，我国电网目前主干道式的结构也决定了其对继电保护的要求更高，因为“分布式的系统其风险是分散的，反之风险则是叠加的。”

    另一方面是全国统一规划的缺乏。一些风电人士对三起事故之后，电监会发布的《关于切实加强风电场安全管理有效遏制大规模风电机组脱网事故频发的通知》中要求做好的六方面工作表示不满，称风电入网过程中的抗扰动是一个系统工程，但是《通知》中仅强调机组的低电压穿越和电场的无功补偿功能，却没有涉及电网改造的部分。

    而来自英国的风电专家余健博士表示，这种说法确有其合理性。要求每台机组具备何种程度的低电压穿越功能，以及在接入端或电网装无功补偿的模块的确是一个值得通盘考量的问题。“也许在接入点做补偿模块并不一定比在其他地方由电网统筹规划要好，但是现在全国缺乏一个统一的规划。要电网集中消纳这个提法并不现实。”所以尽管国情不同，中国只能参考国际通用标准，也就是“谁污染谁治理”。据悉，余健所在的公司自2007年就和国网开始了入网标准方面的合作。

    而Laurent Schmitt表示，在哪个环节补偿最合适是一个值得全球风电产业思考的问题。“每一项并网标准的制定都是设备商、风电场业主和电网三方的博弈，而且各地都有各地的特殊性。连同时开展风电和电网业务的阿尔斯通也常常为此‘部门打架’。但要真正解决这个问题，全局的视角十分重要。”

    据悉，目前国家电网正在对没有出事故的电缆头全面检查，发现问题全部更换。而电科院正在组织对风电机组的低电压穿越能力进行抽查，也得到了相关各方的大力配合。■