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青海電網(wǎng)風電與光伏互補特性研究

2019-02-18 11:12姬生才張娉馬雪
風能 2019年9期
關鍵詞:調峰出力海西州

姬生才 張娉 馬雪

青海省太陽能資源豐富,按全國風能資源分區(qū)劃分標準屬于Ⅳ類資源區(qū)。近年來,青海省光伏、風電發(fā)展迅速。截至2016年年底,青海光伏并網(wǎng)發(fā)電裝機容量為6814MW,占全網(wǎng)電源總裝機容量的29.7%。已開發(fā)的光伏裝機規(guī)模中,94%分布在海西州和海南州;風電裝機容量為685MW,其中,海西州已建成并網(wǎng)風電項目666.5MW,占全省風電總裝機容量的97%。根據(jù)青海省“十三五”能源發(fā)展規(guī)劃,至2020年年底,青海光伏裝機容量將達到24000MW,風電裝機容量將達到7110MW。風電、光伏發(fā)電出力存在間歇性、波動性和隨機性等特點,隨著青海省風電、光伏并網(wǎng)規(guī)模的增大,其給電力系統(tǒng)電網(wǎng)建設、電源結構配置和運行調度模式等帶來新的挑戰(zhàn),應對風、光互補特性進行研究,以使青海電網(wǎng)更好地消納新能源以及電力系統(tǒng)可調節(jié)電源更好地配合風、光穩(wěn)定運行。

目前,國內(nèi)學者主要對風、光典型日出力過程的互補特性進行了研究,但對風、光一個完整年出力過程的互補特性研究相對較少。本文將從電量效益和電力效益兩個方面提出風、光互補特性指標,對青海電網(wǎng)2020年風、光一個完整年逐時出力過程進行互補特性分析,以期提高風電、光伏利用效率,促進電網(wǎng)對風電、光伏電量消納,促進我國風電、光伏可持續(xù)健康發(fā)展,保障電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行。

基礎數(shù)據(jù)

規(guī)劃水平年(2020年)光伏出力是根據(jù)多年平均8760h太陽輻射數(shù)據(jù),綜合光伏組件和逆變器類型、運行方式及系統(tǒng)效率等因素,以裝機規(guī)模10MW光伏電站為基礎,模擬分析青海省各縣市光伏電站出力。然后根據(jù)10MW光伏電站出力,按照各縣市2020年規(guī)劃裝機規(guī)模,計算得到各縣市總出力,進而得出規(guī)劃水平年區(qū)域逐時出力。

規(guī)劃水平年(2020年)風電出力是根據(jù)規(guī)劃地區(qū)完整年逐10分鐘實測風速數(shù)據(jù)及規(guī)劃基地數(shù)字化地形圖,結合推薦機型在當?shù)乜諝饷芏认碌墓β是€,以裝機規(guī)模50MW風電場為基礎,采用WindSim7.0軟件推算得到各縣市50MW風電場出力。然后按照2020年各縣市規(guī)劃裝機規(guī)模,計算得到各縣市總出力,進而得出區(qū)域逐時出力。

風光互補特性指標

風電和光伏發(fā)電出力過程均具有不可調控性,兩者之間為自然互補。為研究風電、光伏之間互補性,結合風電、光伏的發(fā)電出力特性,本文從電量效益和電力效益兩個方面進行風、光互補特性分析。

一、電量效益指標

風電、光伏之間互補后的電量效益可通過年利用小時數(shù)、累積電量占比95%時出力系數(shù)、年不均衡系數(shù)、月發(fā)電量標幺值以及日發(fā)電量平滑效應等指標進行研究分析。

二、電力效益指標

風、光互補后的電力效益可通過最大出力、光伏大發(fā)時刻11時-16時保證率95%的逐時出力、最大日調峰需求、出力變率等指標反映。青海風光互補特性計算與分析

青海省太陽能、風能等清潔能源開發(fā)布局主要集中在海西州、海南州——兩者均為千萬千瓦級可再生能源基地。為系統(tǒng)分析青海風、光互補特性,將風、光原始出力數(shù)據(jù)疊加,按照擬定的風、光互補特性指標,對海西州、海南州及青海全省的風、光互補特性進行分析。

一、海西州風光互補特性

根據(jù)青海省“十三五”能源發(fā)展規(guī)劃,海西州2020年光伏裝機規(guī)模達到6960MW,風電裝機規(guī)模達到2940MW,光伏裝機規(guī)模與風電裝機規(guī)模比例為2.5:1。

(一)電量互補效益

海西州2020年風、光互補后的電量效益見表3。由表可得,互補后的年利用小時數(shù)為1855h左右:累積電量占比95%時出力系數(shù)為50%左右(見圖1),相比互補前光伏下降13%;年不均衡系數(shù)為0.15,相比互補前風電下降0.09,月發(fā)電量波動減小,平滑了季節(jié)性月均出力不均(見圖2):月不均衡系數(shù)為0.25,相比互補前風電下降0.3,日發(fā)電量波動減小。另外,風、光互補后光伏小發(fā)時,風電一般為大發(fā)或平發(fā);風電小發(fā)時,光伏一般為大發(fā)或平發(fā),風、光同時小發(fā)的天數(shù)幾乎為0(見表4)。海西州2020年風、光在氣象上具有一定的互補性。

(二)電力互補效益

海西州2020年風、光互補后的電力效益指標見表5。由表可得,海西州2020年風、光互補后最大出力相對互補前風、光最大出力之和下降4.1%左右:11時-16時逐時保證率95%時出力為2013~2823MW,相比互補前光伏增加469~501MW,增加了保證出力大?。鹤畲笕照{峰需求為0.85,相比互補前光伏最大日調峰需求下降0.07,降低了調峰需求;裝機容量±20%內(nèi)逐時出力變率為99.27%,相比互補前光伏增加7.5%左右,出力更加集中,波動性減?。ㄒ妶D3)。海西州風、光2020年具有一定的互補性。

二、海南州風光互補特性

根據(jù)青海省“十三五”能源發(fā)展規(guī)劃,海南州2020年光伏裝機規(guī)模達到15515MW,風電裝機規(guī)模達到4060MW,光伏裝機規(guī)模與風電裝機規(guī)模比例為3.8:1。

(一)電量互補效益

海南州2020年風、光互補后的電量效益見表6。由表可得,互補后的年利用小時數(shù)為1713h左右:累積電量占比95%時出力系數(shù)為57%左右(見圖4),相比互補前光伏下降12%左右;年不均衡系數(shù)為0.09,相比互補前風電下降0.19,月發(fā)電量波動減小,平滑了季節(jié)性月均出力不均(見圖5):月不均衡系數(shù)為0.33,相比互補前風電下降0.41,日發(fā)電量波動減小。另外,風、光互補后,光伏小發(fā)時,風電主要為大發(fā)或平發(fā);風電小發(fā)時,光伏一般為大發(fā)或平發(fā),風、光同時小發(fā)的天數(shù)較少,為14天(見表7)。海南州2020年風、光在氣象上具有一定的互補性。

(二)電力互補效益

海南州2020年風、光互補后的電力效益統(tǒng)計結果見表8。由表可得,互補后的最大出力相對互補前風、光最大出力之和下降4.5%左右:11時-16時逐時保證率95%時出力為2437~3233MW,相比互補前光伏增加1196~1273MW,增加了保證出力大?。汉D现蒿L電和光伏開發(fā)布局集中,互補后的最大日調峰需求為0.95,相比互補前光伏最大日調峰需求下降0.05,降低了調峰需求:裝機容量±20%內(nèi)逐小時出力變率為95.83%,相比互補前光伏增加9.5%左右,出力更加集中,波動性減小(見圖6)。海南州風、光2020年具有一定的互補性。

三、青海省風光互補特性

根據(jù)青海省“十三五”能源發(fā)展規(guī)劃,2020年光伏裝機規(guī)模達到24000MW,風電裝機規(guī)模達到7110MW,光伏裝機規(guī)模與風電裝機規(guī)模比例為3.4:1。

(一)電量互補效益

青海省2020年風、光互補后的電量效益指標見表9。由表可得,互補后的年利用小時數(shù)為1757h左右:累積電量占比95%時出力系數(shù)為52%左右(見圖7),相比互補前光伏下降12%左右;年不均衡系數(shù)為0.1,相比互補前風電下降0.08,月發(fā)電量波動減小,平滑了季節(jié)性月均出力不均(見圖8):月不均衡系數(shù)為0.23,相比互補前風電下降0.25,日發(fā)電量波動減小。另外,風、光互補后,光伏小發(fā)時,風電主要為大發(fā)或平發(fā);風電小發(fā)時,光伏一般為大發(fā)或平發(fā),風、光同時小發(fā)的天數(shù)較少,僅為1天(見表10)。青海省2020年風、光在氣象上具有一定的互補性。

(二)電力互補效益

青海省2020年風、光互補后的電力效益指標見表11。由表可得。互補后的最大出力相比互補前風、光電最大出力之和下降8%左右:11時-16時逐時保證率95%時出力為6736~8578MW,相比互補前光伏增加1747~1783MW,增加了保證出力大?。菏芎D吓c海西地區(qū)風、光互補作用,互補后的最大日調峰需求為0.82,相比互補前光伏最大日調峰需求下降0.14,降低了調峰需求;裝機容量±20%內(nèi)逐小時出力變率為98.42%,相比互補前光伏增加8.4%左右,出力更加集中,波動性減?。ㄒ妶D9)。青海省風、光2020年具有一定的互補性。

結論

光伏和風電出力過程均具有不可調控性,相較而言,光伏有明顯的晝夜更替并且出力平穩(wěn),風電則每日的出力過程變化隨機。本文結合光伏、風電發(fā)電出力特性,從電量效益和電力效益兩個方面提出風、光互補特性指標,并對青海海西州、海南州及全省2020年風、光互補特性進行計算分析。結果表明,風、光互補后的累積電量占比95%時,出力系數(shù)相比互補前光伏降低約12%,風、光同時小發(fā)的天數(shù)顯著低于僅光伏小發(fā)或風電小發(fā)的天數(shù):互補后的最大出力小于互補前風、光電最大出力之和,提高了保證出力,裝機容量±20%范圍內(nèi)出力頻率增加,出力更加集中。由此可以看出,青海省風、光在電量和電力效益方面均具有一定的互補特性。

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