王 凱

新疆風電工程設(shè)計咨詢有限責任公司 烏魯木齊 830063

新疆風光儲互補發(fā)電前景展望

王 凱

新疆風電工程設(shè)計咨詢有限責任公司 烏魯木齊 830063

相比火電電量供給穩(wěn)定的特點，風、光獨立運行系統(tǒng)難以提供連續(xù)穩(wěn)定的電力輸出，影響電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行。風光儲互補并網(wǎng)發(fā)電在緩解電網(wǎng)壓力、電力調(diào)峰，以及節(jié)約傳統(tǒng)能源等方面起到重要作用，具有經(jīng)濟和社會價值。分析了新疆發(fā)展風光儲互補發(fā)電的可行性，并對其前景進行了展望。

風光儲互補發(fā)電； 綜述； 展望

1 課題背景

近年來，隨著國內(nèi)百兆瓦級風電場和光伏電站的建設(shè)，風力發(fā)電和光伏發(fā)電規(guī)模不斷增大。新能源的優(yōu)點是清潔環(huán)保，但存在發(fā)電波動性、隨機性、間歇性等缺點，風、光獨立運行系統(tǒng)難以提供連續(xù)穩(wěn)定的電力輸出，會影響到電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行，不如火電電量供給穩(wěn)定。出于電網(wǎng)安全的考慮，部分風電場、光伏電站出現(xiàn)“棄風”“棄光”現(xiàn)象[1]。

如果將現(xiàn)在比較成熟的風力發(fā)電和太陽能發(fā)電結(jié)合起來，加以一定容量的儲能裝置，成為風光儲聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)，那么就可以充分利用風、光在時間和地域上的天然互補性。儲能系統(tǒng)通過對電能的存儲和釋放，可以改善風光互補發(fā)電系統(tǒng)的功率輸出特性，對風、光單獨運行帶來的不利影響進行緩解，提高電網(wǎng)安全性，進而提高電網(wǎng)接納風、光新能源發(fā)電的能力[2]。

新疆具有豐富的太陽能、風能資源，其中風能資源總儲量達890GW，居全國第二位。九大風區(qū)(烏魯木齊達坂城風區(qū)、阿拉山口風區(qū)、十三間房風區(qū)、吐魯番小草湖風區(qū)、額爾齊斯河河谷風區(qū)、塔城老風口風區(qū)、三塘湖—淖毛湖風區(qū)、哈密東南部風區(qū)和羅布泊風區(qū))風能品質(zhì)好，風頻分布比較合理，破壞性強風很少，具備建設(shè)大型風電場的資源條件。太陽能資源全疆日照6h以上的有 250～ 325天，年總?cè)照者_2550～3500h，年輻射平均值居全國第二位，開發(fā)潛力巨大。同時，新疆戈壁荒漠分布較廣，地勢平緩開闊，非常適宜建場。

針對新疆優(yōu)越的資源條件，以及風光儲互補發(fā)電的適用性，筆者分析新疆發(fā)展風光互補發(fā)電的廣闊前景。

2 新疆風能和太陽能資源

2.1 新疆風能資源分布及開發(fā)

新疆風能資源總儲量為890GW，風能資源蘊藏量極為豐富，是全國風能資源最豐富的省區(qū)之一。年平均風功率密度大于150W/m2的九大風區(qū)面積總和約為7.78萬km2，技術(shù)開發(fā)量120GW。九大風區(qū)多處于戈壁上，地形平坦，可開發(fā)面積大，建場條件優(yōu)越。

在國家新能源政策的激勵下，新疆憑借自然條件優(yōu)勢快速發(fā)展風力發(fā)電。2011年全疆建成投運風電裝機容量1.361GW，占總裝機容量的 6.96%。2014年全疆已投運風電裝機容量8.033GW，占總裝機容量的14.62%。

2.2 新疆太陽能資源分布及開發(fā)

新疆太陽能資源豐富，年日照時間較長，日照百分率為60%～80%，全疆日照 6h 以上的有 250～325天，新疆水平表面年太陽輻射總量為5000～6500MJ/m2，年平均值為 5800MJ/m2，年總輻射量比同緯度地區(qū)高10%～15%。太陽輻射峰值出現(xiàn)在東疆和南疆東部一帶，最低值出現(xiàn)在博爾塔拉、阿爾泰和天山北麓部分地區(qū)，年總輻照度的區(qū)域分布大致是由東南向西北不均勻遞減。東南部年太陽總輻射量在 5800MJ/m2以上，西北部約 5200MJ/m2。

新疆全年平均日照達 2550～3500h。全疆的年日照時數(shù)均為自東向西減少。年平均日照東部地區(qū)在 3100h 以上，西部地區(qū)為 2500～2900h。新疆太陽能資源主要分布于五大區(qū)域(天山南麓、天山北麓、東疆東部、北疆中部、北疆北部)，依據(jù)太陽輻射量分為四個資源帶。

新疆憑借自然條件優(yōu)勢及政策刺激，光伏發(fā)電快速發(fā)展。2011年全疆建成投運的光伏裝機容量達40MW，占總裝機容量的0.1%。2014年全疆已投運的光伏裝機容量為 3.261GW，占總裝機容量的5.94%。

3 風光互補發(fā)電系統(tǒng)的適用性

3.1 資源互補性評價

太陽能、風能在時間上和地域上都有很強的互補性。白天太陽光最強時，風力較??；晚上太陽落山后，光照很弱，但由于地表溫差變化大而風力加大。在夏季，太陽光強度大而風??；在冬季，太陽光強度弱而風大。太陽能和風能在時間上的互補性使風光互補發(fā)電系統(tǒng)在資源上具有最佳的匹配性，可見風光互補發(fā)電系統(tǒng)是一個較好的獨立電源系統(tǒng)[3-5]。

3.2 技術(shù)可行性評價

并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)利用光電板將太陽能轉(zhuǎn)換為電能，通過逆變器、控制器將電能輸送至電網(wǎng)。并網(wǎng)風力發(fā)電系統(tǒng)利用風力發(fā)電機將風能轉(zhuǎn)換為電能，通過控制器將電能輸送至電網(wǎng)。

風電和光電系統(tǒng)都存在由于資源的不確定性而帶來的發(fā)電波動、不連續(xù)等缺點，大規(guī)模的風力、光伏發(fā)電不利于電網(wǎng)的安全運行[6-7]。

風光互補發(fā)電系統(tǒng)在資源上彌補了風電和光電獨立系統(tǒng)各自的缺陷，在技術(shù)應(yīng)用中可以通過儲能環(huán)節(jié)使獨立的風電、光電系統(tǒng)得到合理整合。風光互補發(fā)電系統(tǒng)可以根據(jù)電網(wǎng)的用電負荷情況和資源條件進行系統(tǒng)容量的合理配置，既可保證發(fā)電系統(tǒng)的供電可靠性，又可降低發(fā)電系統(tǒng)的制造成本。

由于太陽能與風能的互補性強，風光互補發(fā)電系統(tǒng)彌補了風電和光電獨立系統(tǒng)在資源上的缺陷。同時，風電和光電系統(tǒng)在蓄電池組和逆變環(huán)節(jié)是可以通用的，所以風光互補發(fā)電系統(tǒng)的造價可以降低，系統(tǒng)成本趨于合理。

因此，從技術(shù)評價來看，風光儲互補發(fā)電系統(tǒng)是一種合理的供電方式[8-11]。

4 新疆發(fā)展風光儲發(fā)電的前景分析

4.1 風光互補發(fā)電在新疆的應(yīng)用現(xiàn)狀

風光互補發(fā)電在新疆有近十年的發(fā)展歷史，主要應(yīng)用領(lǐng)域有日用產(chǎn)品風光互補(路燈及充電電源等)、建筑行業(yè)風光互補、移動通信風光互補供電基站等。

科技的不斷進步、政府的大力提倡，以及一系列激勵政策的出臺，都為風光互補發(fā)電的發(fā)展和應(yīng)用提供了強大的動力保證。特變電工新能源公司在國家“十二五”規(guī)劃期間大力推進光伏荒漠電站和分布式電站的應(yīng)用，建設(shè)了我國首座國家級風光互補發(fā)電示范站——吐魯番100MW級風光互補發(fā)電示范站，并于2013年12月19日成功并網(wǎng)發(fā)電。

4.2 新疆電網(wǎng)外送電規(guī)劃

2010年11月，新疆750kV電網(wǎng)與西北電網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)第一通道建成投運，新疆豐富的電力資源首次送入內(nèi)地。2013年6月，新疆與西北電網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)第二通道建成投運，疆電外送能力提升到了2GW。2014年1月27日，新疆首條特高壓疆電外送 ±800kV 哈密南—鄭州直流輸電工程正式投運。隨著特高壓疆電外送工程的全面建設(shè)，新疆正在逐步由中國能源領(lǐng)域的替補變?yōu)橹髁?，成為一個新的國家能源資源陸上大通道。2014年疆電外送輸出電量累計達到 306.9861 億kWh，其中火電達到 271.2975 億kWh，相當于外送標煤938.6萬t，有效緩解了疆內(nèi)鐵路的輸送瓶頸。同時，外送風電35.6886 億kWh，使新能源企業(yè)增加收益約22.48億元，給電力行業(yè)帶來經(jīng)濟效益，并拉動國內(nèi)生產(chǎn)總值增加103.87億元。

2015～2020年期間，新疆規(guī)劃建成±1100kV 準東—皖南、±660kV庫車—巴基斯坦、±1100kV準東—三華、±800kV哈密北—武漢直流輸電工程，新建新疆與西北750kV第三交流聯(lián)網(wǎng)通道，交直流外送能力達到50GW。

4.3 新疆風光儲互補發(fā)電發(fā)展前景

從資源優(yōu)勢上來看，新疆風能資源蘊藏量極為豐富，是全國風能資源最豐富的省區(qū)之一。九大風區(qū)多處于戈壁上，地形平坦，適合建設(shè)大規(guī)模風電場。太陽能資源年日照時間較長，水平表面太陽輻射年平均值為5800MJ/m2，年總輻射量比同緯度地區(qū)高10%～15%。

新疆土地面積遼闊，風能、太陽能資源優(yōu)越，為大規(guī)模建設(shè)新能源發(fā)電站提供了自然條件。

從電網(wǎng)接納能力來看，預(yù)計“十三五”期間，新疆電網(wǎng)負荷增長率約為14.5%，至2020年最大負荷將達到71.8GW，需電量達到4270億kWh。從新疆電網(wǎng)負荷增長來看，還具備消納新能源的能力。

從疆電外送條件來看，“十三五”末期，新疆交直流外送能力達到50GW，屆時風電、光電將具備一定的整裝開發(fā)能力，主要分布于準東、吐魯番、哈密。

從政府光明工程實施來看，解決新疆無電地區(qū)居民生活用電問題是政府的一項重大民生工程，自治區(qū)發(fā)改委針對無電地區(qū)做了初步規(guī)劃，無電地區(qū)的電力建設(shè)包括電網(wǎng)延伸供電工程和光伏獨立供電工程兩種方式。這也將為新能源發(fā)電帶來一定的發(fā)展機遇，主要分布在南疆的阿克蘇、喀什、克孜勒蘇、和田等地[5]。

5 結(jié)論

(1) 新疆風能和太陽能資源豐富，風光儲互補發(fā)電技術(shù)將推動可再生能源的多元化、規(guī)模化和產(chǎn)業(yè)化發(fā)展。合理利用太陽能及風能等，構(gòu)成多種能源互補的供電系統(tǒng)，可實現(xiàn)電、熱、冷聯(lián)供，提升新能源的開發(fā)利用。

(2) 充分利用土地資源，可以彌補獨立風電和光電系統(tǒng)的不足，向電網(wǎng)提供更加穩(wěn)定的電源。

(3) 從資源角度、電網(wǎng)消納能力、電力外送規(guī)劃等多方面分析了新疆風電、光電可再生能源的大好發(fā)展前景。

(4) 相關(guān)政府部門，以及發(fā)電、電網(wǎng)企業(yè)要超前謀劃，制定合理的新能源發(fā)展思路，合理規(guī)劃匹配的電力輸送方案，提升新能源的消納能力和輸送能力。

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Compared to thermal power generation that provides stable power supply, stand-alone systems of wind power or PV power are difficult to provide continuous and stable power output and will impact the safe and stable operation of the power system. Power generation with complementation and storage of wind power and PV power can play a vital role in the fields such as mitigation of power grid pressure, electric power peaking and saving of traditional energy and has its economic and social value. Conducted a feasibility study on the development of energy complementation and storage of wind power and solar power in Xinjiang while its prospects were discussed.

Energy Complementation & Storage of Wind and Solar Power; Overview； Prospect

2016年3月

王凱(1985— )，女，工程師，主要從事風電、光伏工程設(shè)計工作， E-mail: wangkai0991@163.com

TM61；TK519

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1674-540X(2016)04-026-03