多能互補發(fā)電技術在青海西部地區(qū)的應用

青海省電力公司 龍勇 張祥成 靳寶寶 王元琛

多能互補發(fā)電技術在青海西部地區(qū)的應用

青海省電力公司 龍勇 張祥成 靳寶寶 王元琛

本文以青海海西州格爾木地區(qū)“海西州多能互補集成優(yōu)化示范工程”為研究對象，對工程區(qū)域內(nèi)風能和光能發(fā)電出力特性進行詳細分析，在此基礎上論證多能互補發(fā)電技術在實踐環(huán)節(jié)的可行性，同時也為類似工程提供一定的參考。

多能互補；青海格爾木；出力特性

0 引言

太陽能、風能發(fā)電因存在間歇性出力特性不穩(wěn)定等原因，造成在現(xiàn)實運用中存在大規(guī)模棄光和棄風現(xiàn)象。如果能夠在電源送出端對其出力特性進行優(yōu)化后，再通過大電網(wǎng)之間的區(qū)域協(xié)同控制，那么大規(guī)模新能源接入將變得更高效和安全。多種新能源互補發(fā)電的理念在較早年就被提出和運用[1-5]，但在大規(guī)模新能源基地運用的可行性需慎重考慮。一般來說，要成功的運用多能互補發(fā)電技術，對其地區(qū)的能源特性需要較常規(guī)能源更高的要求。首先，地區(qū)能源之間的出力特性必須滿足具有互補性，地域的分割在很多時候并不滿足能源的互補，也有時候并未分割的地域也具有能源的互補特性，這種現(xiàn)象往往在工程選站址的時候經(jīng)常出現(xiàn)；其次，選定具有互補特性新能源后，多種新能源之間的裝機規(guī)模配比如何決定也是一項具有挑戰(zhàn)的工作[9]。本文將對提出的第一點進行詳細分析與研究。

1 工程概況

青海海西州多能互補集成優(yōu)化示范工程位于青海省海西蒙古族藏族自治州格爾木市境內(nèi)。工程規(guī)劃總裝機容量700MW，200MW光伏發(fā)電、400MW風力發(fā)電、50MW光熱發(fā)電及50MW儲能。工程目標是工程建成后，將光伏、光熱、風電和儲能結合起來，形成風、光（伏、熱）、儲多種能源的優(yōu)化組合，為青海主網(wǎng)提供優(yōu)質的新能源電力輸出，有效的解決用電高峰期和低谷期電力輸出的不平衡問題和提高電網(wǎng)的穩(wěn)定性。

圖1 工程上網(wǎng)方案及相關電網(wǎng)

圖2 風電出力——累積電量特性

圖3 風力發(fā)電月平均出力

圖4 風力發(fā)電每月日平均出力

工程中的光伏項目、光熱項目、儲能項目以及配套建設的330kV匯集站和生活區(qū)位置相對集中，均位于格爾木東出口光伏發(fā)電園區(qū)內(nèi)，在格爾木市東約17公里。風電項目位于青海海西州大格勒地區(qū)，場址距離格爾木東50km，分布在G109國道北側和南側，南北側各布置200MW風電。

為了配合多能互補集成優(yōu)化示范項目的新能源送出，統(tǒng)籌考慮地區(qū)電網(wǎng)規(guī)劃，建設相關電力送出配套工程。工程擬建設建設1座330kV匯集站，3座110kV升壓站。光熱建設1座110kV升壓站，以1回110kV線路接至330kV多能匯集站送出；風電建設2座110kV升壓站，以4回110kV線路接至330kV多能匯集站送出；光伏發(fā)電以35kV電壓等級接入系統(tǒng)。光伏、風電、光熱、儲能統(tǒng)一匯集于330kV多能匯集站后，以單回330kV線路接至330kV格爾木南匯集站，然后通過750kV柴達木變電站上網(wǎng)。

2 新能源出力特性

采用工程專業(yè)軟件對工程風電，光伏和光熱出力特性進行全年8760小時模擬分析。

2.1 風力發(fā)電特性

由圖2風電出力——累積電量特性可知，風電的出力不超過0.7的累積電量占比約95.65%，其合理上網(wǎng)容量率為0.7pu，保證率為10.16%。

工程風電的年利用小時數(shù)為2042小時。從圖3風電出力的月特性看，風電各月的平均出力在0.13～0.33之間，春季月平均出力較大，冬季月平均出力較小。

由圖4可知，風電全年24小時平均出力峰值的最大值為0.45，出現(xiàn)在5月的20時，日平均出力峰值的最小值為0.05，出現(xiàn)在1月的15時。全年日出力平均出力峰值范圍為18時（當天）～3時（第二天），峰谷范圍為9時～17時。

2.2 光伏發(fā)電特性

由圖5光伏出力——累積電量特性可知，光伏出力不超過0.8的累積電量占比約96.75%，其合理的上網(wǎng)容量率為0.8pu，保證率為8.15%。

工程光伏年利用小時數(shù)為1934小時。從圖6光伏出力的月特性看，光伏各月的平均出力在0.2～0.24之間，春季和秋季平均出力較大，夏季和冬季出力較小。

由圖7可知，光伏全年24小時平均出力峰值的最大值為0.79，出現(xiàn)在11月的13時，日平均出力峰值的最小值為0.57，出現(xiàn)在7月的14時。全年日出力平均出力峰值范圍為11時～14時。

圖5 光伏出力——累積電量特性

圖6 光伏發(fā)電月平均出力

圖7 光伏發(fā)電月平均出力

圖8 風電出力——累積電量特性

2.3 光熱發(fā)電特性

由圖8光熱出力——累積電量特性可知，光熱發(fā)電出力不超過0.92的累積電量占比約95.74%。其合理的上網(wǎng)容量率為0.92pu，保證率為38.31%。

工程光熱發(fā)電的年利用小時數(shù)為3673小時。從圖9發(fā)電出力的月特性看，光熱各月的平均出力在0.29～0.65之間，秋冬季月平均出力較大，其余月份月平均出力較較小且波動小。

由圖10可知，光熱發(fā)電全年24小時平均出力峰值的最大值為0.93，出現(xiàn)在11月的18時，日平均出力峰值的最小值為0.68，出現(xiàn)在7月的19時。全年日出力平均出力峰值范圍為15時～19時。

3 多能互補特性

通過對2.1～2.3小節(jié)新能源出力的8760小時進行疊加，從而研究新能源的互補特性，如圖11、圖12所示，如果采用單一新能源直接并網(wǎng)，除風電以外的新能源的最低出力為0萬千瓦，但若采用多種新能源打捆并網(wǎng)，其月出力的最低點得到提升，同時24小時曲線整體位置也得到了提升。

此外，由多能互補發(fā)電出力-保證率-電量累計曲線可知，當采用多能互補方式送出時，當出力為裝機容量0.5時，電量累計已達到95%；當出力為裝機容量的0.65時，電量累計達到100%。因此，多能互補發(fā)電較傳統(tǒng)的單一類型發(fā)電在電力保障和電量保證更具有優(yōu)勢，說明工程采用多能互補送出方案具有可行性。

4 結論

隨著新能源的不斷發(fā)展，其接入系統(tǒng)的規(guī)模所占比重也逐漸上升。為了解決新能源上網(wǎng)間歇性及波動性等問題，使新能源更高效的為國民經(jīng)濟服務，一些新理論及技術在此過程中不斷被應用和檢驗。

圖9 光伏發(fā)電月平均出力

圖10 光伏發(fā)電月平均出力

圖11 多能互補特性分析（標幺值）

圖12 多能互補特性分析（有名值，單位：萬千瓦）

本文以青海西部地區(qū)的“海西州多能互補集成優(yōu)化示范工程”實際工程為研究對象，在詳細研究各類單一能源特性基礎上對工程互補特性可行性進行分析與驗證。本文采用的研究手段與方法對類似工程具有一定的指導意義。

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