王偉++王敏++彭懷德++黃一凡

摘 要：隨著風(fēng)電裝機(jī)容量的迅速發(fā)展，江西的風(fēng)電接入也大幅上升，分析風(fēng)電出力波動(dòng)性、不確定性，并統(tǒng)計(jì)出風(fēng)電月出力、年出力的規(guī)律，研究風(fēng)力出力對(duì)江西電網(wǎng)的影響有重要的意義。

關(guān)鍵詞：風(fēng)力發(fā)電；出力特性；江西電網(wǎng)

中圖分類(lèi)號(hào)： TM614 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 1673-1069（2016）35-101-2

0 引言

隨著近些年風(fēng)電裝機(jī)容量在我國(guó)的迅速發(fā)展，作為可再生能源的主要組成部分，發(fā)展風(fēng)電成為改善我國(guó)電源結(jié)構(gòu)的重要環(huán)節(jié)。目前中國(guó)可再生能源發(fā)電的增長(zhǎng)速度已經(jīng)超過(guò)其他國(guó)家，一年風(fēng)電裝機(jī)容量足足占了全球總量的三分之一江。西電網(wǎng)2015年上半年新增風(fēng)電裝機(jī)容量109MW，而2014年年末風(fēng)電機(jī)組的總裝機(jī)容量為343.2MW，則新增裝機(jī)所占比例達(dá)到31.8%，可見(jiàn)江西的風(fēng)電發(fā)展十分迅速。風(fēng)電的大規(guī)模接入勢(shì)必對(duì)江西電網(wǎng)調(diào)度帶來(lái)巨大影響，因此，深入研究風(fēng)電的出力特性，對(duì)分析其對(duì)江西電網(wǎng)調(diào)峰可能造成的影響變得更加迫切而重要。

1 風(fēng)力發(fā)電特性概述

通常研究風(fēng)力發(fā)電特性主要是研究單臺(tái)風(fēng)機(jī)或風(fēng)電場(chǎng)的功率特性和發(fā)電量特性。但功率特性和發(fā)電量特性又與氣象條件尤其是風(fēng)速、風(fēng)向等密切相關(guān)，因此，要實(shí)現(xiàn)對(duì)風(fēng)電發(fā)電特性的合理有效分析，對(duì)氣象情況特別是江西省風(fēng)資源特性的研究也十分重要。

另外，通過(guò)對(duì)江西電網(wǎng)典型風(fēng)電場(chǎng)日內(nèi)、月度、年度風(fēng)電出力及發(fā)電量情況的匯總統(tǒng)計(jì)，并結(jié)合江西省網(wǎng)季節(jié)變化及傳統(tǒng)能源出力等綜合因素進(jìn)行分析，也可從多方面研究江西省風(fēng)電出力特性，并分析其季節(jié)特性及大規(guī)模接入對(duì)電網(wǎng)的影響。

2 江西省風(fēng)能資源分布及其特點(diǎn)

2.1 江西省風(fēng)資源概況

早在2011年，江西省就完成了第二次全省風(fēng)能資源評(píng)價(jià)，并于同年11月通過(guò)了對(duì)《江西省風(fēng)能資源詳查和評(píng)價(jià)》的驗(yàn)收。根據(jù)評(píng)價(jià)結(jié)果顯示，受地形和氣候的共同影響，江西省風(fēng)能資源主要集中在贛北鄱陽(yáng)湖地區(qū)和高海拔山地。其中，鄱陽(yáng)湖區(qū)為省風(fēng)能資源最密集的區(qū)域，風(fēng)能資源較為豐富的山地則遍布于全省各地。

據(jù)統(tǒng)計(jì)，江西省年平均風(fēng)速為1～3.8m/s（除廬山外），最小為德興市，最大為星子縣。年均大風(fēng)日0.5天到28.5天，最少為宜黃縣，最多為星子縣。鄱陽(yáng)湖濱、贛江、撫河下游和高山頂及峽谷區(qū)風(fēng)能資源較為豐富，年均風(fēng)速在3～5m/s。

2.2 江西省風(fēng)能資源密集區(qū)域

僅從風(fēng)能資源優(yōu)劣考慮，鄱陽(yáng)湖區(qū)風(fēng)能資源豐富的區(qū)域主要是鄱陽(yáng)湖北部從湖口到永修的松門(mén)山、吉山約60千米長(zhǎng)的兩側(cè)湖道和淺灘以及湖中一些島嶼。含鄱陽(yáng)湖北部狹長(zhǎng)湖道南部部分淺灘及屏峰、老爺廟、沙嶺、松門(mén)山—吉山、長(zhǎng)嶺、磯山湖等地的鄱陽(yáng)湖北部湖道部分區(qū)域，風(fēng)能資源等級(jí)達(dá)到2～3級(jí)以上。含白沙洲、小鳴咀、青嵐湖、軍山湖等地的鄱陽(yáng)湖南部湖體部分區(qū)域，風(fēng)能資源等級(jí)為2級(jí)；鄱陽(yáng)湖狹管入口處的獅子山地區(qū)，風(fēng)能資源等級(jí)為1～2級(jí)。評(píng)價(jià)指出，鄱陽(yáng)湖區(qū)風(fēng)能資源品質(zhì)較優(yōu)，應(yīng)用于并網(wǎng)發(fā)電，具有較好的發(fā)展前景。

①江西省年平均風(fēng)功率密度大于50W/m2的等值線(xiàn)與年平均風(fēng)速大于3m/s的等值線(xiàn)均位于鄱陽(yáng)湖區(qū)域；

②風(fēng)功率密度大于150W/m2的等值線(xiàn)，主要出現(xiàn)于鄱陽(yáng)湖北部；

此外，山地風(fēng)能資源受地形抬升作用也很豐富，風(fēng)向及風(fēng)能一致性良好，對(duì)風(fēng)機(jī)機(jī)組布局較為有利。

3 風(fēng)電出力特性分析

3.1 風(fēng)電出力波動(dòng)性分析

根據(jù)2013-2014年統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，以鄱陽(yáng)湖、九江地區(qū)的風(fēng)電場(chǎng)為例。在全年的大部分時(shí)間內(nèi)，會(huì)有風(fēng)速在接近零與額定風(fēng)速之間變化的情況。與此對(duì)應(yīng)，風(fēng)電出力也會(huì)出現(xiàn)在接近零與額定出力之間變化的現(xiàn)象。

2013年8月及2014年4月吉山風(fēng)電場(chǎng)日平均出力波動(dòng)范圍較大，最小值趨近于0，最大值趨近于風(fēng)場(chǎng)額定出力。且風(fēng)電高出力多處于晚上，因?yàn)橥砩巷L(fēng)況較好，但是負(fù)荷一般處于低谷期，所以風(fēng)電經(jīng)常具有反調(diào)峰特性。就吉山風(fēng)電場(chǎng)的日出力特性來(lái)看，建設(shè)風(fēng)光互補(bǔ)項(xiàng)目是比較合適的，光伏出力在白天處于高峰，風(fēng)電出力在晚上處于高峰，達(dá)到互補(bǔ)狀態(tài)，有利于電網(wǎng)的調(diào)峰。

風(fēng)電場(chǎng)出力具備平滑效應(yīng)和相關(guān)性。平滑效應(yīng)指單個(gè)風(fēng)機(jī)的出力波動(dòng)性一般大于多個(gè)風(fēng)機(jī)的出力波動(dòng)性。因此以場(chǎng)的形式集群建設(shè)風(fēng)機(jī)能夠削弱風(fēng)機(jī)出力的波動(dòng)性。而相關(guān)性指相鄰風(fēng)機(jī)的波動(dòng)性趨于相同，這與風(fēng)況相關(guān)。吉山風(fēng)電場(chǎng)共有48臺(tái)2MW風(fēng)力發(fā)電機(jī)，由平滑效應(yīng)可知，整個(gè)風(fēng)電場(chǎng)的出力波動(dòng)性要遠(yuǎn)小于單個(gè)風(fēng)機(jī)的出力波動(dòng)性。

3.2 風(fēng)電出力不確定性分析

同樣以2013年至2014年風(fēng)電場(chǎng)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)為例，數(shù)據(jù)顯示2014年3月至6月期間均有連續(xù)數(shù)日風(fēng)電出力達(dá)到或接近額定出力的情況，同時(shí)，也存在日出力小于額定出力20%的現(xiàn)象，甚至有些幾乎趨近于0。從吉山風(fēng)電場(chǎng)年發(fā)電特性可以看出，風(fēng)電場(chǎng)出力不確定性較大，常出現(xiàn)0出力的情況，且一年中風(fēng)電場(chǎng)的出力有多個(gè)峰值。

連續(xù)日最大出力對(duì)應(yīng)的時(shí)間為2014年5月10日至5月17日，連續(xù)日最小出力時(shí)間為2014年6月7日至6月14日?？梢钥闯鲲L(fēng)電場(chǎng)出力的不確定性很強(qiáng)，既有連續(xù)高峰期也有連續(xù)低谷期，這對(duì)于系統(tǒng)調(diào)峰能力具有很高的要求。隨著裝機(jī)容量的不斷提升，系統(tǒng)的備用容量和調(diào)度決策都需要做出適當(dāng)?shù)母淖儚亩m應(yīng)風(fēng)電場(chǎng)出力的不確定性。

3.3 風(fēng)電月出力特性分析

江西省風(fēng)電發(fā)電量年內(nèi)分布有一定規(guī)律性，根據(jù)江西電網(wǎng)2014-2015年度運(yùn)行方式報(bào)告，2013年、2014年兩年，江西風(fēng)電發(fā)電總量分別是4.1725億kW·h和4.9226億kW·h；風(fēng)電發(fā)電量主要分布于9月至次年2月。其中2013年9月至12月為風(fēng)電高發(fā)期；2014年則是1月、2月、9月至12月處于高發(fā)狀態(tài)，尤其是2014年2月風(fēng)電發(fā)電量為近兩年最高，達(dá)到了0.72億kW·h。

吉山風(fēng)電場(chǎng)位于江西省永修縣北部，同屬于江西省風(fēng)能資源較為豐富區(qū)域。通過(guò)2013年8月-2014年8月統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)可知，吉山風(fēng)電場(chǎng)發(fā)電量較多的月份集中在13年9月中至11月中旬，12月下旬至14年2月底。該風(fēng)電場(chǎng)全年發(fā)電情況基本與江西省年度風(fēng)力發(fā)電趨勢(shì)吻合。其中，2013年度風(fēng)電高發(fā)集中在9～11月，2014年風(fēng)電高發(fā)時(shí)段為2月。

風(fēng)電的分布特點(diǎn)完全是由于江西本地的氣候特性和地理位置因素影響的。通過(guò)江西省季節(jié)特性及風(fēng)資源分布可知，江西省風(fēng)能資源總體呈現(xiàn)出秋冬季大、春夏季小的特點(diǎn)。因此，風(fēng)電出力呈現(xiàn)出枯大、豐小的特征，這與江西省水電出力特性剛好呈現(xiàn)季節(jié)性互補(bǔ)的情況，即風(fēng)電的日出力特性與光伏發(fā)電特性互補(bǔ)，風(fēng)電年出力特性與水電特性互補(bǔ)，因此江西省很適合大范圍發(fā)展風(fēng)力發(fā)電。

3.4 月最大出力分析

風(fēng)電月最大出力特性是相關(guān)輸變電系統(tǒng)設(shè)計(jì)的重要依據(jù)。江西風(fēng)電月最大出力曲線(xiàn)與月發(fā)電量趨勢(shì)基本一致，均為枯水期較高，豐水期較低。同樣以位于鄱陽(yáng)湖、九江地區(qū)的吉山風(fēng)電場(chǎng)為例，雖然2013年9月至2014年5月期間的幾個(gè)月最大出力都曾達(dá)到了幾乎同一水平，但通過(guò)月平均出力再進(jìn)行分析，便可看出，4-9月期間，風(fēng)電的平均發(fā)電出力，處于相對(duì)較低水平，而2013年10月～2014年2月期間，除2014年1月平均出力略小之外，其他基本與發(fā)電量趨勢(shì)相符。

通過(guò)分析單個(gè)風(fēng)電場(chǎng)裝機(jī)容量可知，吉山風(fēng)電場(chǎng)裝機(jī)為96MW，在10月至次年2月的枯水期內(nèi)，10月和2月平均出力都達(dá)到了裝機(jī)容量50%的水平，而豐水期時(shí)則大幅降低?？紤]集群效應(yīng)時(shí)，枯水期的風(fēng)電最大出力也可維持在35%～45%之間。

3.5 風(fēng)電出力季節(jié)特性分析

根據(jù)2014年、2015年江西省年度運(yùn)方報(bào)告可知，江西省受地理位置、氣候等條件等影響，全年降水量相對(duì)較多，全省年平均降水量分別是1458毫米和1697.6毫米。其中，2013年全年降水與歷史同期相比偏少，尤其是7月至9月期間，降水量與常年相比降低三至五成；而2014年全年降水量相對(duì)基本持平，但7月、8月、11月降水量明顯偏多。

一季度和四季度發(fā)電量較少，其中，一季度為枯水期，水庫(kù)運(yùn)行根據(jù)電網(wǎng)和下游城市生活、工業(yè)用水綜合利用等實(shí)際情況，合理控制運(yùn)用，以充分發(fā)揮水庫(kù)綜合利用效益；而三季度過(guò)后，隨著全省降水量大幅減少，到四季度水庫(kù)再次迎來(lái)枯期，以抗旱用水為主控制發(fā)電，多年調(diào)節(jié)水庫(kù)參與電網(wǎng)調(diào)峰和事故備用。

而風(fēng)電各月出力情況與水電趨勢(shì)形成鮮明對(duì)比，2013年和2014年，風(fēng)電發(fā)電情況都呈現(xiàn)出秋冬季多，春夏季少的特點(diǎn)。其中，風(fēng)電高發(fā)出現(xiàn)在9月至次年2月期間，而夏季尤其是5～7月，風(fēng)電發(fā)電量幾乎僅為全年風(fēng)電高發(fā)時(shí)段的三成左右。

江西省水電大發(fā)基本都是在豐水期，即第一季度剛過(guò)，降雨量增加、水庫(kù)開(kāi)始蓄水，因此，從3月開(kāi)始水電出力呈現(xiàn)出明顯上升趨勢(shì)，而隨著第四季度降雨量減少、水庫(kù)水位降低，為保證下游日常用水用電安全，水電開(kāi)始減少出力。而風(fēng)電則剛好呈現(xiàn)出相反趨勢(shì)，隨著秋季開(kāi)始全省風(fēng)力增加，風(fēng)電出力逐漸上升，直到次年2月風(fēng)電都會(huì)呈現(xiàn)出高發(fā)趨勢(shì)。

據(jù)統(tǒng)計(jì)，2014年發(fā)電利用小時(shí)數(shù)為4501小時(shí)，其中，水電2319小時(shí)，風(fēng)電1869小時(shí)。一年中，風(fēng)電發(fā)電量最大的月份為2月、發(fā)電量最小的月份為7月，最小發(fā)電月的發(fā)電量為最大發(fā)電月的30%左右。

4 風(fēng)電日出力特性分析及對(duì)電網(wǎng)的影響

風(fēng)電出力日特性是指由于日內(nèi)不同時(shí)段光照、氣溫等影響，風(fēng)速在日內(nèi)各時(shí)段統(tǒng)計(jì)意義上的大小不同而導(dǎo)致風(fēng)電出力在日內(nèi)的相對(duì)變化規(guī)律。根據(jù)《2014年江西電網(wǎng)年度運(yùn)方報(bào)告》及《江西省2013-2014年度電場(chǎng)整點(diǎn)負(fù)荷統(tǒng)計(jì)》數(shù)據(jù)，從中選取了位于風(fēng)資源密集區(qū)域的鄱陽(yáng)湖/九江地區(qū)的吉山風(fēng)電場(chǎng)為例，對(duì)其年度日出力情況進(jìn)行分析，具體情況如下：

吉山風(fēng)電場(chǎng)目前總裝機(jī)容量為96MW，其中，2013年7月底投產(chǎn)8臺(tái)2MW風(fēng)機(jī)，總功率16MW，同年8月中旬再投運(yùn)40臺(tái)2MW風(fēng)機(jī)，風(fēng)電場(chǎng)總裝機(jī)達(dá)到96M。據(jù)統(tǒng)計(jì)，由2013年8月至2014年8月期間，吉山風(fēng)電場(chǎng)發(fā)電情況，風(fēng)電最大平均出力出現(xiàn)在19：00—23：00，最小平均出力出現(xiàn)在10：00—14：00，該區(qū)域風(fēng)電夜間平均出力大于白天，風(fēng)電日內(nèi)平均出力曲線(xiàn)與負(fù)荷曲線(xiàn)的趨勢(shì)相反，因此，可以推斷，風(fēng)電在白天具有較大概率的反調(diào)峰特性；從傍晚19：00至次日凌晨1：00期間，風(fēng)電的出力與負(fù)荷變化趨勢(shì)相同，由此可推斷，風(fēng)電在傍晚至夜間期間具有較大概率的正調(diào)峰特性。

通過(guò)對(duì)同一區(qū)域不同季節(jié)風(fēng)電的發(fā)電情況進(jìn)行分析，同以吉山風(fēng)電場(chǎng)為例。第一季度（2014年3-5月）、第二季度（2014年6-8月），日均發(fā)電趨勢(shì)較平穩(wěn)，全天各時(shí)段出力波動(dòng)性不大；從第三季度（2013年9-11月）、第四季度（2013年12月-2014年2月）開(kāi)始，風(fēng)電在白天呈現(xiàn)明顯的反調(diào)峰特性，而進(jìn)入傍晚時(shí)段，呈現(xiàn)出正調(diào)峰特性。

5 結(jié)論

不論是風(fēng)電還是水電，其年度發(fā)電趨勢(shì)都與氣候及地理位置等因素密切相關(guān)，由于其氣候及風(fēng)資源條件的影響導(dǎo)致江西省風(fēng)能資源總體呈現(xiàn)出秋冬季大、春夏季小的特點(diǎn)，而降水呈現(xiàn)出春夏季大、秋冬季少的特點(diǎn)，因此，江西省風(fēng)電出力也呈現(xiàn)出枯大、豐小的典型特征，風(fēng)電與水電從年度發(fā)電趨勢(shì)上基本可實(shí)現(xiàn)互補(bǔ)。

參 考 文 獻(xiàn)

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