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沙漠、戈壁、荒漠地區大型風光基地

建設重點問題研究

梁雙 王涉 謝千

一、引言

為推動實現碳達峰碳中和目標，大力發展可再生能源，我國加快推進沙漠、戈壁、荒漠地區大型風光基地建設。習近平總書記指出，要加大力度規劃建設以大型風光電基地為基礎、以其周邊清潔高效先進節能的煤電為支撐、以穩定安全可靠的特高壓輸變電線路為載體的新能源供給消納體系。

《“十四五”可再生能源發展規劃》進一步明確，加快推進以沙漠、戈壁、荒漠地區為重點的大型風電太陽能發電基地。以風光資源為依托、以區域電網為支撐、以輸電通道為牽引、以高效消納為目標，統籌優化風電光伏布局和支撐調節電源，在內蒙古、青海、甘肅等西部北部沙漠、戈壁、荒漠地區，加快建設一批生態友好、經濟優越、體現國家戰略和國家意志的大型風電光伏基地項目。目前，第一批1億千瓦項目已陸續開工建設，第二批約4.55億千瓦項目正在研究論證。

沙漠、戈壁、荒漠由“生態負資產”轉化為“綠電熱土地”，是我國推動能源清潔低碳轉型的有效途徑，更是保障能源安全供給的重大舉措，同時也面臨著環保、消納、安全和經濟等多重挑戰，應統籌謀劃，以全方位深層次變革推動構建新型能源體系。

二、探索實踐已取得“三重效益”

我國沙漠、戈壁、荒漠地區面積廣闊，占國土面積的27%左右，風能太陽能資源豐富，技術可開發量占全國60%以上，開發潛力巨大。自2008年探索在沙漠、戈壁、荒漠地區開發建設風光項目以來，已陸續建成甘肅酒泉、青海塔拉灘、內蒙庫布齊等多個基地，取得了良好的經濟效益、生態效益和社會效益。

(一）經濟效益

沙漠、戈壁、荒漠地區風光資源豐富，單位千瓦風電年發電量約2000~2500千瓦時，單位千瓦光伏年發電量約1000~1500千瓦時，并網消納后可獲得穩定的經濟收益，將西部地區的風光和土地資源優勢轉化為經濟優勢。

以全國首個千萬千瓦級風電基地甘肅酒泉為例，可用于開發風光發電的戈壁荒灘面積約14550萬畝，技術可開發量超過4000萬千瓦。截至2021年底，總裝機超過1200萬千瓦，年發電量超過260億千瓦時，每年可獲得發電收益超過80億元。又如我國最大的光伏發電基地青海塔拉灘生態光伏園，總裝機量超過900萬千瓦，年發電量超過90億千瓦時，每年可獲得發電收益超過20億元。

(二）生態效益

光伏組件面積大，可有效降低地面日照輻射、水分蒸發和地表風速，起到保土固沙作用。光伏板的定期清洗可灌溉板下的土地，促進植被的生長和恢復，實現“板上發電、板下種植、板間養殖、生態修復”的立體發展模式。

農光互補、牧光互補和光伏治沙是因地制宜實現生態效益的3種典型方式。以寧夏銀川寶豐農光一體光伏電站為例，采用“板上發電，板下種枸杞”的新型綠色產業發展模式，使銀川黃河東岸16萬畝荒漠化土地煥發生機。青海塔拉灘光伏電站作為牧光互補電站，實現“板上發電、板間牧羊”，養殖牛羊22000余只，修復原有半荒漠化草地91萬畝。內蒙古庫布齊200萬千瓦光伏治沙項目，采用“板上發電、板下種植、板間養殖、治沙改土、產業扶貧”模式，修復整治荒沙2.2萬畝。

(三）社會效益

通過風光發電和生態修復可以發展種植業、畜牧業和特色旅游，促進西部產業發展，為周邊鄉鎮提供就業崗位，助力鄉村振興。同時，綠色清潔電力為中東部經濟社會發展提供支撐，推動能源低碳轉型。

以甘肅酒泉風電基地為例，通過酒泉-湖南特高壓直流輸電工程向華中地區送電，通道設計輸送能力800萬千瓦，配套風電700萬千瓦、光伏280萬千瓦，年輸送清潔電量69.39億千瓦時，年可節約標準煤208萬噸，減少華中地區二氧化碳排放578萬噸、二氧化硫排放3萬噸、氮氧化物排放1.34萬噸。

三、研究論證需關注的“七個問題”

根據沙漠、戈壁、荒漠地區大型風光基地開發布局規劃，擬以庫布齊、烏蘭布和、騰格里、巴丹吉林沙漠為重點，以其他沙漠和戈壁地區為補充，綜合考慮采煤沉陷區，規劃建設總規模約4.55億千瓦的風光基地。為提高發展質量和綜合效益，避免重蹈大面積棄風棄光覆轍，建議重點關注以下七個問題：

(一）生態環保需高度重視

沙漠、戈壁、荒漠生態環境敏感脆弱，大規模開發建設易導致原始土層擾動、植被破壞、廢渣堆浸等環境影響；同時集中連片開發易引發風帶改變、鳥獸棲息生存和遷徙受阻等區域性影響；此外，廢舊組件的回收監管仍存空白，運輸距離遠、降解難度大、回收成本高等原因導致組件殘骸遺棄、雷擊起火、油脂滲漏事件時有發生。因此，大型風電光伏基地建設需高度重視生態環境保護。

(二）本地自用宜規模適度

沙漠、戈壁、荒漠周邊地區用電負荷小，本地大規模消納難度大。庫布齊、烏蘭布和、騰格里、巴丹吉林沙漠近區的蒙西、甘肅、寧夏電網用電需求和增速較低，2021年用電負荷僅3904萬千瓦、1766萬千瓦、1460萬千瓦；新能源裝機占比高，分別為38.4%、47.08%、45.68%；支撐電源能力有限，電網結構薄弱，風光大規模開發以來棄電率居高不下，2016年甘肅棄風率、棄光率一度攀升至43.11%、30.45%，至2019年才逐步降至10%以下。因此，大型風電光伏基地建設本地自用宜規模適度。

(三）外送消納需統籌有序

風電、光伏和儲能規劃建設周期基本可控，長則1~2年、短則數月；而配套的支撐電源、輸電通道和送受端網架完善工程，受用地、環保、煤源（氣源）、水源、經濟性等多重因素影響，不確定性大，規劃建設周期短則3~5年，長則5~10年，因此，風光發電、支撐電源、輸電通道建設進度的不協調問題長期存在。

以甘肅酒泉風電基地為例，2008年獲批，2009年開工建設，配套外送輸電通道2017年才建成投產，支撐煤電和受端華中電網網架完善工程至今仍未全部投產，導致新能源外送消納長期受限。因此，大型風電光伏基地建設需統籌不同類型電源和配套送出工程的建設時序，做到統一規劃、有序建設、同步投產。

(四）支撐電源需完善機制

為保障風光送出和電網安全運行，需對周邊存量煤電實施靈活性改造或適度新增煤電、氣電作為支撐，發揮調峰、調頻、電壓控制、事故應急等輔助服務作用。目前，電力輔助服務市場尚不健全，導致電力企業實施靈活性改造和新增裝機積極性不高。

根據《電力發展“十三五”規劃（2016-2020年）》，“十三五”末全國煤電機組靈活性改造規模擬達到2.2億千瓦。截至2020年年底，實際改造規模不足39%，僅完成8580萬千瓦。

以甘肅酒泉風電基地為例，外送輸電通道配套的常樂4×100萬千瓦調節煤電，2013年開展前期工作、2016年5月核準，至2020年底僅投產2×100萬千瓦，較風光發電和輸電通道滯后3年以上。因此，大型風電光伏基地建設需完善關于支撐電源的電力輔助服務市場機制。

(五）輸電通道需提前謀劃

自庫布齊、烏蘭布和、騰格里、巴丹吉林沙漠等地向中東部負荷中心送電所經的山西、陜西、河南等省，外送和省內輸電通道密集，已建、在建和規劃交直流輸電通道超過20回，且煤礦分布廣，山西、陜西含煤面積超過省域面積的40.4%、27.7%；湖北、安徽、江蘇等省過江通道緊張，生態保護紅線分布廣，交叉跨越多，避讓難度大。因此，大型風電光伏基地建設需提前謀劃輸電通道。

(六）安全風險需加強防范

在沙漠、戈壁、荒漠地區集中布局風光發電，其發電功率易受局部天氣影響，呈現出“極熱無風、極寒無光”等特征。風光發電慣量低、支撐性弱，且位于電網末端，易受系統擾動影響，安全穩定運行難度大^[1]。

以東北電網為例，2021年7月28日用電負荷高達7058萬千瓦，同比增長8.2%，而極熱無風導致風電出力僅3.4萬千瓦，不足風電裝機容量4026萬千瓦的0.1%，電力缺口超過800萬千瓦^[2]。

此外，隨著遠距離跨區域輸電通道的增加，未來全國將形成50余回交直流混聯的超大規模電網，電氣耦合更加緊密，調度控制更加復雜，事故范圍更易擴大，風險不容忽視。因此，大型風電光伏基地建設需加強防范安全風險。

(七）落地電價優勢不明顯

沙漠、戈壁、荒漠地區土地成本低，但設備材料運距遠、基礎防沉降難度大、組件防風防腐要求高，投資較非沙漠地區高10%左右；運行過程中受高溫炙烤、沙土沉積等因素影響導致發電量降低，其中自然降塵影響約15%~20%，沙暴天氣影響高達30%~40%^[3]；光伏板頻繁清洗導致運維成本上升，計入配套煤電、儲能、長距離輸電和送受端網架完善投資后，存在落地電價缺乏競爭力的風險。因此，大型風電光伏基地建設需考慮落地電價的競爭力。

四、規劃建設應推動“六個變革”

為促進大型風光基地的新能源消納，提升基地建設的綜合效益，本文從大基地發展、運維升級、新能源變革和效益提升四個方面提出了“六個變革”，如圖1所示。

圖1 大型風光基地規劃建設的“六個變革”

(一）基地建設從“風光引領”向“統籌有序”變革

盡早設立測風塔測光站，基于長期有效的氣象數據和智能化手段深化基地布局研究，同步開展生態環境影響、電力消納、電源配置、通道布局、網架完善和系統安全專題研究，統籌開發與保護、統籌自用與外送，統籌風光火儲輸，統籌發展與安全，“成熟一個、開工一個”，并建立動態預警機制，確保同步投產。

(二）新能源從“發電環節”環保低碳向“全壽命周期”環保低碳變革

明確規劃、建設、運營、退役全壽命周期環保要求和責任主體，建立風電、光伏、儲能廢棄組件回收監管機制和環保基金，用于保障退役組件回收處理，避免對生態脆弱的沙漠、戈壁、荒漠產生污染。

(三）新能源從“他助模式”向“自助模式”變革

加快修訂《光伏發電站接入電力系統技術規定》，嚴格執行《風電場接入電力系統技術規定》（GB/T 19963-2021）等標準，增強新能源發電的頻率、電壓等耐受能力和主動支撐能力，推動風光發電從高度依賴煤電、氣電等化石能源發電提供支撐和調節能力的“他助模式”轉向具備較強自我調節能力的“自助模式”。

(四）電力輔助服務從“免費”向“付費”變革

在可再生能源電源自身已經盡力調節的基礎上，還需煤電、氣電、抽水蓄能、新型儲能等電力系統其它成員提供的調峰、調頻、調壓、應急備用等輔助服務，建立合理的市場機制和盈利模式，按“誰提供、誰獲益，誰受益、誰承擔”的原則加快并規范輔助服務市場建設。

(五）電力系統從“新能源并網”向“新能源組網”變革

隨著沙漠、戈壁、荒漠大型風光基地的建設，電力系統“雙高”（高比例可再生能源、高比例電力電子設備）、“雙低”（低轉動慣量、低可控性）、“雙峰”（冬夏高峰）和“雙隨機”（電源側隨機、負荷側隨機）特征更加明顯，安全穩定運行風險劇增，需超前研究超高比例可再生能源、交直流混聯電力系統的分析理論、仿真模型和協同技術，避免路徑依賴，建立全新的規劃、設計、運行、管理體系。

(六）基地開發從“綜合利用”向“綜合效益”變革

在沙漠、戈壁、荒漠土地“綜合利用”的基礎上，采用高效雙面組件、智能跟蹤系統、機器人無水清洗等方式提高新能源發電量并降低發電成本，探索構建“發電+治沙+農林+旅游+鄉村振興”多產業融合發展模式，紓解發電成本，提高落地電價競爭力，提升綜合效益。

五、結束語

本文總結了沙漠、戈壁、荒漠地區大型風光基地建設取得的經濟效益、社會效益和社會效益。為了避免重蹈大面積棄風棄光覆轍，分別從生態環保、自用規模、外送消納、支撐電源、輸電通道、安全風險和落地電價等方面分析大型風光基地開發需關注的“七個問題”。最后本文從基地建設模式、新能源環保低碳、新能源自我調節、電力輔助服務、新能源組網以及基地開發效益等方面提出了“六個變革”，助力提升大型風光基地的綜合效益。

注：原文載自《中國工程咨詢》2023年第1期。文中圖片來源于網絡，版權歸原作者所有。