西南地區(qū)水風(fēng)光互補(bǔ)方案研究

摘要：我國西南地區(qū)風(fēng)能資源、光伏資源豐富，是近些年我國開發(fā)新能源的主要基地。近些年，新能源項(xiàng)目開發(fā)的方式多種多樣，能源互補(bǔ)開發(fā)是其中一種不錯(cuò)的開發(fā)方案。西南地區(qū)水能資源豐富，且建設(shè)了多個(gè)不同級(jí)別的水電站，輸送電線路完善，為水風(fēng)光互補(bǔ)開發(fā)提供了基礎(chǔ)。本文通過分析西南地區(qū)風(fēng)能、太陽能和水能的日出力特性，結(jié)合水電站的調(diào)節(jié)能力、可接入容量，對(duì)水風(fēng)光互補(bǔ)方案進(jìn)行研究。

關(guān)鍵詞：互補(bǔ)、出力、接入容量

一、風(fēng)光水互補(bǔ)可行性研究

（一）風(fēng)水資源季節(jié)具有互補(bǔ)性

從我國西南地區(qū)的氣候特征來看，水電站每年的7月～10月為汛期，11月～次年6月為枯期，發(fā)電量呈現(xiàn)出夏季發(fā)電多，冬季發(fā)電少的特點(diǎn)。風(fēng)電一般11月～次年4月風(fēng)速、風(fēng)功率密度較大，5月～10月的風(fēng)速、風(fēng)功率密度較小，基本呈冬春季大，夏秋季小的特點(diǎn)[1]。風(fēng)電、水電的年內(nèi)各月出力均呈現(xiàn)出明顯的“一峰一谷”形式，風(fēng)電的大風(fēng)月對(duì)應(yīng)水電的枯水月，風(fēng)、水之間形成較為統(tǒng)一的互補(bǔ)關(guān)系。

（二）風(fēng)光資源日/夜出力具有互補(bǔ)性

風(fēng)電場(chǎng)一般夜間出力較大，白天出力較小。光伏電站出力與風(fēng)電場(chǎng)出力相反，光伏發(fā)電受太陽輻照的影響，在6時(shí)～12時(shí)逐漸增大，此后逐漸減小，直到20時(shí)左右。由此可見，風(fēng)電和光伏在出力上，尤其是日互補(bǔ)出力上具有互補(bǔ)優(yōu)勢(shì)，通過風(fēng)光出力的互補(bǔ)特性，減少出力的波動(dòng)性。

（三）水庫調(diào)節(jié)與風(fēng)光出力具有一定互補(bǔ)性

對(duì)有水庫調(diào)節(jié)能力的水電站按照水庫的調(diào)節(jié)性能可以分為：日調(diào)節(jié)、周調(diào)節(jié)、月調(diào)節(jié)、季調(diào)節(jié)、年調(diào)節(jié)和多年調(diào)節(jié)等幾種類型。根據(jù)水電站水庫的調(diào)節(jié)能力，對(duì)風(fēng)光電的調(diào)節(jié)能力也不同。具備多年調(diào)節(jié)能力、年調(diào)節(jié)能力和不完全年調(diào)節(jié)能力的水電站可以對(duì)年內(nèi)出力進(jìn)行優(yōu)化，提高風(fēng)光出力比例[2]。

二、水風(fēng)光互補(bǔ)配比原則

（一）風(fēng)光互補(bǔ)功率特性

風(fēng)能和太陽能在時(shí)間上均有天然的互補(bǔ)性，但在風(fēng)電場(chǎng)內(nèi)增建光伏電站不是越多越好。風(fēng)電出力具有較大的波動(dòng)性，配置光伏容量較少對(duì)于風(fēng)光互補(bǔ)出力改善較弱;光伏容量配置較多仍會(huì)使風(fēng)光互補(bǔ)出力波動(dòng)較大。合理地配置光伏容量可以使風(fēng)光互補(bǔ)出力波動(dòng)相對(duì)平穩(wěn)，不僅減少對(duì)電網(wǎng)的沖擊，還可以提高電網(wǎng)對(duì)風(fēng)光互補(bǔ)系統(tǒng)的接納能力。在考慮風(fēng)光水互補(bǔ)時(shí)，應(yīng)先確定風(fēng)光的比例?？紤]到風(fēng)光本身具有互補(bǔ)性，通過計(jì)算得出最佳的風(fēng)光比例后，再計(jì)算風(fēng)光水互補(bǔ)關(guān)系。

（二）外送容量限制

送出線路容量與水電裝機(jī)容量相匹配，根據(jù)水電站發(fā)電量數(shù)據(jù)，月最大出力系數(shù)約為0.7左右，這樣為風(fēng)電和光伏發(fā)電上網(wǎng)提供了空間。增建風(fēng)場(chǎng)和光伏電站應(yīng)保證在任意時(shí)刻，水電站輸出功率與風(fēng)光輸出功率之和不大于送出線路功率（不增加送出線路的情況下）[3]。風(fēng)電場(chǎng)任意時(shí)刻的出力為Pft，光伏電站任意時(shí)刻的出力為Pgt，水電站任意時(shí)刻出力為Pst，送出通道容量為P，應(yīng)滿足：

Pft+Pgt+Pst≤P

（三）水電送出通道冗余

由于水電輸電線路在輸送電力時(shí)存在余量，可以考慮水電出力較多月份通道還能容納多少電量接入，根據(jù)當(dāng)?shù)刭Y源條件和可開發(fā)面積算出可以安裝總?cè)萘?，根?jù)風(fēng)和光出力的典型日變化，確定風(fēng)和光的比例。考慮到風(fēng)光水三種電源的實(shí)時(shí)出力特性都小于1，實(shí)際風(fēng)光可裝機(jī)容量應(yīng)大于剩余通道。利用水電機(jī)組的日調(diào)節(jié)能力，可大大提高風(fēng)光能源的裝機(jī)容量。根據(jù)水電站多年平均水平的出力情況，可按一年內(nèi)最大月的出力計(jì)算通道剩余容量。結(jié)合當(dāng)?shù)仫L(fēng)電和光伏情況，確定最佳的風(fēng)光比例，最終計(jì)算出風(fēng)光水各自占該通道發(fā)電量的比例[4]。

剩余通道的計(jì)算方法為：

Qy=Q-P/t

其中：Q是水電站總裝機(jī)容量和送出線路容量較大值;

Qy是水電站剩余通道容量;

P是水電站出力最大月（或年平均）發(fā)電量;

t是小時(shí)數(shù)。

三、水風(fēng)光互補(bǔ)案例分析

水風(fēng)光互補(bǔ)系統(tǒng)的主體是水電站。水電站的容量、位置等因素都會(huì)影響風(fēng)光項(xiàng)目的規(guī)劃情況?？紤]到輸電成本的問題，風(fēng)場(chǎng)和光伏場(chǎng)區(qū)的位置要在水電站附近且可就近接入水電站?？紤]到未來電網(wǎng)的建設(shè)，暫按照在水電站周圍100公里內(nèi)進(jìn)行風(fēng)光場(chǎng)區(qū)的規(guī)劃和容量的計(jì)算。

（一）資源分析

云南金沙江流域的麗江市、楚雄市和昆明市三市北部風(fēng)能資源豐富，個(gè)別地區(qū)70m年平均風(fēng)速達(dá)到8.0m/s以上，其他地區(qū)風(fēng)速在4.0～6.5m/s之間。金沙江中游流域光資源分布較為充足，在流域兩側(cè)100公里范圍內(nèi)，太陽輻照量在1230kWh/m2以上，尤其在麗江市東南部，攀枝花西部及南部地區(qū)太陽輻照量較為充足，均在1630-1814 kWh/m2之間，年滿發(fā)小時(shí)數(shù)為1304-1451h，具有較好的可開發(fā)條件。

（二）場(chǎng)址選擇

西南風(fēng)光水資源充足，地形復(fù)雜，不少地區(qū)山勢(shì)陡峭，海拔高溫度低，風(fēng)電場(chǎng)和光伏電站安裝難度較大。尤其是光伏電站，對(duì)地勢(shì)坡度要求較高，難以找到大面積可安裝光伏陣列場(chǎng)區(qū)，但小面積光伏資源較好場(chǎng)址多。在水電站建設(shè)附近，如水庫下游開闊地，可以根據(jù)情況適當(dāng)開發(fā)小面積光伏電站。在風(fēng)電場(chǎng)區(qū)內(nèi)，也可開發(fā)風(fēng)光一體式場(chǎng)區(qū)，可減少建設(shè)成本和輸電成本[4]。

（三）代表年選擇

水電站發(fā)電具有年際變化，不具備年調(diào)節(jié)能力的水電站發(fā)電量會(huì)受流域當(dāng)年降雨的影響，豐水年、枯水年、平水年的發(fā)電量具有較大差距。為保護(hù)水電的利益，按水電站出力最大月份計(jì)算互補(bǔ)容量，未獲得月出力的情況下按年平均發(fā)電量計(jì)算互補(bǔ)容量。

四、結(jié)論

水電站外送線路存在冗余，且水電站不是一直處于滿發(fā)狀態(tài)，從而為其他能源發(fā)電的接入提供了可能。另外，西南地區(qū)資源豐富，隨著我國特高壓輸電線路的建設(shè)，西南地區(qū)的能源建設(shè)將繼續(xù)快速發(fā)展，多種能源互補(bǔ)發(fā)電或進(jìn)一步發(fā)展。通過以上的分析，有以下幾點(diǎn)需要注意：一是不同地區(qū)風(fēng)光出力不同，風(fēng)光的最佳配比也會(huì)不同。二是不同水電站的調(diào)節(jié)能力不同，剩余通道不同，可接入容量也不同。三是不同地區(qū)的風(fēng)光資源可能相差很大，風(fēng)光配比需要結(jié)合實(shí)際資源量考慮。四是風(fēng)能和光伏開發(fā)難度、成本不同，實(shí)際建設(shè)中需考慮。五是水電站周圍建筑以及風(fēng)場(chǎng)內(nèi)建筑為小容量光伏建設(shè)提供便捷，在西南山地水光互補(bǔ)更有優(yōu)勢(shì)。

參考文獻(xiàn)

[1]中國氣象局編. 全國風(fēng)能資源詳查和評(píng)價(jià)報(bào)告. 氣象出版社， 2014.

[2]陳來軍， 陳天一， 梅生偉，等. 一種用水電和儲(chǔ)能平抑風(fēng)光功率波動(dòng)的控制方法：， CN104037792B[P]. 2016.

[3]姚天亮，吳興全，李志偉，李鑫，王堃. 計(jì)及多約束條件的風(fēng)光互補(bǔ)容量配比研究. 電力系統(tǒng)保護(hù)與控制， 2017，45（9）：126-132.

[4]蘇康博. 多類型水電協(xié)調(diào)下基于概率潮流的風(fēng)光互補(bǔ)容量?jī)?yōu)化配置. 長沙理工大學(xué)， 2019.

【作者簡(jiǎn)介】

姓名：曹語涵 ?出生年月：1991年7月 ?性別：男 ?民族：漢族 ?籍貫：陜西省 ?職務(wù)/職稱：中級(jí)經(jīng)濟(jì)師 ?學(xué)歷：研究生 ?研究方向：企業(yè)管理 ?單位信息（單位全名）：華電煤業(yè)集團(tuán)有限公司 ?所在省市：北京市 ?郵編：100035