沙漠、戈壁、荒漠地区大型风光基地

建设重点问题研究

梁双 王涉 谢千

一、引言

为推动实现碳达峰碳中和目标，大力发展可再生能源，我国加快推进沙漠、戈壁、荒漠地区大型风光基地建设。习近平总书记指出，要加大力度规划建设以大型风光电基地为基础、以其周边清洁高效先进节能的煤电为支撑、以稳定安全可靠的特高压输变电线路为载体的新能源供给消纳体系。

《“十四五”可再生能源发展规划》进一步明确，加快推进以沙漠、戈壁、荒漠地区为重点的大型风电太阳能发电基地。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，在内蒙古、青海、甘肃等西部北部沙漠、戈壁、荒漠地区，加快建设一批生态友好、经济优越、体现国家战略和国家意志的大型风电光伏基地项目。目前，第一批1亿千瓦项目已陆续开工建设，第二批约4.55亿千瓦项目正在研究论证。

沙漠、戈壁、荒漠由“生态负资产”转化为“绿电热土地”，是我国推动能源清洁低碳转型的有效途径，更是保障能源安全供给的重大举措，同时也面临着环保、消纳、安全和经济等多重挑战，应统筹谋划，以全方位深层次变革推动构建新型能源体系。

二、探索实践已取得“三重效益”

我国沙漠、戈壁、荒漠地区面积广阔，占国土面积的27%左右，风能太阳能资源丰富，技术可开发量占全国60%以上，开发潜力巨大。自2008年探索在沙漠、戈壁、荒漠地区开发建设风光项目以来，已陆续建成甘肃酒泉、青海塔拉滩、内蒙库布齐等多个基地，取得了良好的经济效益、生态效益和社会效益。

(一）经济效益

沙漠、戈壁、荒漠地区风光资源丰富，单位千瓦风电年发电量约2000~2500千瓦时，单位千瓦光伏年发电量约1000~1500千瓦时，并网消纳后可获得稳定的经济收益，将西部地区的风光和土地资源优势转化为经济优势。

以全国首个千万千瓦级风电基地甘肃酒泉为例，可用于开发风光发电的戈壁荒滩面积约14550万亩，技术可开发量超过4000万千瓦。截至2021年底，总装机超过1200万千瓦，年发电量超过260亿千瓦时，每年可获得发电收益超过80亿元。又如我国最大的光伏发电基地青海塔拉滩生态光伏园，总装机量超过900万千瓦，年发电量超过90亿千瓦时，每年可获得发电收益超过20亿元。

(二）生态效益

光伏组件面积大，可有效降低地面日照辐射、水分蒸发和地表风速，起到保土固沙作用。光伏板的定期清洗可灌溉板下的土地，促进植被的生长和恢复，实现“板上发电、板下种植、板间养殖、生态修复”的立体发展模式。

农光互补、牧光互补和光伏治沙是因地制宜实现生态效益的3种典型方式。以宁夏银川宝丰农光一体光伏电站为例，采用“板上发电，板下种枸杞”的新型绿色产业发展模式，使银川黄河东岸16万亩荒漠化土地焕发生机。青海塔拉滩光伏电站作为牧光互补电站，实现“板上发电、板间牧羊”，养殖牛羊22000余只，修复原有半荒漠化草地91万亩。内蒙古库布齐200万千瓦光伏治沙项目，采用“板上发电、板下种植、板间养殖、治沙改土、产业扶贫”模式，修复整治荒沙2.2万亩。

(三）社会效益

通过风光发电和生态修复可以发展种植业、畜牧业和特色旅游，促进西部产业发展，为周边乡镇提供就业岗位，助力乡村振兴。同时，绿色清洁电力为中东部经济社会发展提供支撑，推动能源低碳转型。

以甘肃酒泉风电基地为例，通过酒泉-湖南特高压直流输电工程向华中地区送电，通道设计输送能力800万千瓦，配套风电700万千瓦、光伏280万千瓦，年输送清洁电量69.39亿千瓦时，年可节约标准煤208万吨，减少华中地区二氧化碳排放578万吨、二氧化硫排放3万吨、氮氧化物排放1.34万吨。

三、研究论证需关注的“七个问题”

根据沙漠、戈壁、荒漠地区大型风光基地开发布局规划，拟以库布齐、乌兰布和、腾格里、巴丹吉林沙漠为重点，以其他沙漠和戈壁地区为补充，综合考虑采煤沉陷区，规划建设总规模约4.55亿千瓦的风光基地。为提高发展质量和综合效益，避免重蹈大面积弃风弃光覆辙，建议重点关注以下七个问题：

(一）生态环保需高度重视

沙漠、戈壁、荒漠生态环境敏感脆弱，大规模开发建设易导致原始土层扰动、植被破坏、废渣堆浸等环境影响；同时集中连片开发易引发风带改变、鸟兽栖息生存和迁徙受阻等区域性影响；此外，废旧组件的回收监管仍存空白，运输距离远、降解难度大、回收成本高等原因导致组件残骸遗弃、雷击起火、油脂渗漏事件时有发生。因此，大型风电光伏基地建设需高度重视生态环境保护。

(二）本地自用宜规模适度

沙漠、戈壁、荒漠周边地区用电负荷小，本地大规模消纳难度大。库布齐、乌兰布和、腾格里、巴丹吉林沙漠近区的蒙西、甘肃、宁夏电网用电需求和增速较低，2021年用电负荷仅3904万千瓦、1766万千瓦、1460万千瓦；新能源装机占比高，分别为38.4%、47.08%、45.68%；支撑电源能力有限，电网结构薄弱，风光大规模开发以来弃电率居高不下，2016年甘肃弃风率、弃光率一度攀升至43.11%、30.45%，至2019年才逐步降至10%以下。因此，大型风电光伏基地建设本地自用宜规模适度。

(三）外送消纳需统筹有序

风电、光伏和储能规划建设周期基本可控，长则1~2年、短则数月；而配套的支撑电源、输电通道和送受端网架完善工程，受用地、环保、煤源（气源）、水源、经济性等多重因素影响，不确定性大，规划建设周期短则3~5年，长则5~10年，因此，风光发电、支撑电源、输电通道建设进度的不协调问题长期存在。

以甘肃酒泉风电基地为例，2008年获批，2009年开工建设，配套外送输电通道2017年才建成投产，支撑煤电和受端华中电网网架完善工程至今仍未全部投产，导致新能源外送消纳长期受限。因此，大型风电光伏基地建设需统筹不同类型电源和配套送出工程的建设时序，做到统一规划、有序建设、同步投产。

(四）支撑电源需完善机制

为保障风光送出和电网安全运行，需对周边存量煤电实施灵活性改造或适度新增煤电、气电作为支撑，发挥调峰、调频、电压控制、事故应急等辅助服务作用。目前，电力辅助服务市场尚不健全，导致电力企业实施灵活性改造和新增装机积极性不高。

根据《电力发展“十三五”规划（2016-2020年）》，“十三五”末全国煤电机组灵活性改造规模拟达到2.2亿千瓦。截至2020年年底，实际改造规模不足39%，仅完成8580万千瓦。

以甘肃酒泉风电基地为例，外送输电通道配套的常乐4×100万千瓦调节煤电，2013年开展前期工作、2016年5月核准，至2020年底仅投产2×100万千瓦，较风光发电和输电通道滞后3年以上。因此，大型风电光伏基地建设需完善关于支撑电源的电力辅助服务市场机制。

(五）输电通道需提前谋划

自库布齐、乌兰布和、腾格里、巴丹吉林沙漠等地向中东部负荷中心送电所经的山西、陕西、河南等省，外送和省内输电通道密集，已建、在建和规划交直流输电通道超过20回，且煤矿分布广，山西、陕西含煤面积超过省域面积的40.4%、27.7%；湖北、安徽、江苏等省过江通道紧张，生态保护红线分布广，交叉跨越多，避让难度大。因此，大型风电光伏基地建设需提前谋划输电通道。

(六）安全风险需加强防范

在沙漠、戈壁、荒漠地区集中布局风光发电，其发电功率易受局部天气影响，呈现出“极热无风、极寒无光”等特征。风光发电惯量低、支撑性弱，且位于电网末端，易受系统扰动影响，安全稳定运行难度大^[1]。

以东北电网为例，2021年7月28日用电负荷高达7058万千瓦，同比增长8.2%，而极热无风导致风电出力仅3.4万千瓦，不足风电装机容量4026万千瓦的0.1%，电力缺口超过800万千瓦^[2]。

此外，随着远距离跨区域输电通道的增加，未来全国将形成50余回交直流混联的超大规模电网，电气耦合更加紧密，调度控制更加复杂，事故范围更易扩大，风险不容忽视。因此，大型风电光伏基地建设需加强防范安全风险。

(七）落地电价优势不明显

沙漠、戈壁、荒漠地区土地成本低，但设备材料运距远、基础防沉降难度大、组件防风防腐要求高，投资较非沙漠地区高10%左右；运行过程中受高温炙烤、沙土沉积等因素影响导致发电量降低，其中自然降尘影响约15%~20%，沙暴天气影响高达30%~40%^[3]；光伏板频繁清洗导致运维成本上升，计入配套煤电、储能、长距离输电和送受端网架完善投资后，存在落地电价缺乏竞争力的风险。因此，大型风电光伏基地建设需考虑落地电价的竞争力。

四、规划建设应推动“六个变革”

为促进大型风光基地的新能源消纳，提升基地建设的综合效益，本文从大基地发展、运维升级、新能源变革和效益提升四个方面提出了“六个变革”，如图1所示。

图1 大型风光基地规划建设的“六个变革”

(一）基地建设从“风光引领”向“统筹有序”变革

尽早设立测风塔测光站，基于长期有效的气象数据和智能化手段深化基地布局研究，同步开展生态环境影响、电力消纳、电源配置、通道布局、网架完善和系统安全专题研究，统筹开发与保护、统筹自用与外送，统筹风光火储输，统筹发展与安全，“成熟一个、开工一个”，并建立动态预警机制，确保同步投产。

(二）新能源从“发电环节”环保低碳向“全寿命周期”环保低碳变革

明确规划、建设、运营、退役全寿命周期环保要求和责任主体，建立风电、光伏、储能废弃组件回收监管机制和环保基金，用于保障退役组件回收处理，避免对生态脆弱的沙漠、戈壁、荒漠产生污染。

(三）新能源从“他助模式”向“自助模式”变革

加快修订《光伏发电站接入电力系统技术规定》，严格执行《风电场接入电力系统技术规定》（GB/T 19963-2021）等标准，增强新能源发电的频率、电压等耐受能力和主动支撑能力，推动风光发电从高度依赖煤电、气电等化石能源发电提供支撑和调节能力的“他助模式”转向具备较强自我调节能力的“自助模式”。

(四）电力辅助服务从“免费”向“付费”变革

在可再生能源电源自身已经尽力调节的基础上，还需煤电、气电、抽水蓄能、新型储能等电力系统其它成员提供的调峰、调频、调压、应急备用等辅助服务，建立合理的市场机制和盈利模式，按“谁提供、谁获益，谁受益、谁承担”的原则加快并规范辅助服务市场建设。

(五）电力系统从“新能源并网”向“新能源组网”变革

随着沙漠、戈壁、荒漠大型风光基地的建设，电力系统“双高”（高比例可再生能源、高比例电力电子设备）、“双低”（低转动惯量、低可控性）、“双峰”（冬夏高峰）和“双随机”（电源侧随机、负荷侧随机）特征更加明显，安全稳定运行风险剧增，需超前研究超高比例可再生能源、交直流混联电力系统的分析理论、仿真模型和协同技术，避免路径依赖，建立全新的规划、设计、运行、管理体系。

(六）基地开发从“综合利用”向“综合效益”变革

在沙漠、戈壁、荒漠土地“综合利用”的基础上，采用高效双面组件、智能跟踪系统、机器人无水清洗等方式提高新能源发电量并降低发电成本，探索构建“发电+治沙+农林+旅游+乡村振兴”多产业融合发展模式，纾解发电成本，提高落地电价竞争力，提升综合效益。

五、结束语

本文总结了沙漠、戈壁、荒漠地区大型风光基地建设取得的经济效益、社会效益和社会效益。为了避免重蹈大面积弃风弃光覆辙，分别从生态环保、自用规模、外送消纳、支撑电源、输电通道、安全风险和落地电价等方面分析大型风光基地开发需关注的“七个问题”。最后本文从基地建设模式、新能源环保低碳、新能源自我调节、电力辅助服务、新能源组网以及基地开发效益等方面提出了“六个变革”，助力提升大型风光基地的综合效益。

注：原文载自《中国工程咨询》2023年第1期。文中图片来源于网络，版权归原作者所有。