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西南地區(qū)水風光互補方案研究

2021-11-10 04:55曹語涵
科學與生活 2021年21期
關鍵詞:互補出力

摘要:我國西南地區(qū)風能資源、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,新能源項目開發(fā)的方式多種多樣,能源互補開發(fā)是其中一種不錯的開發(fā)方案。西南地區(qū)水能資源豐富,且建設了多個不同級別的水電站,輸送電線路完善,為水風光互補開發(fā)提供了基礎。本文通過分析西南地區(qū)風能、太陽能和水能的日出力特性,結合水電站的調節(jié)能力、可接入容量,對水風光互補方案進行研究。

關鍵詞:互補、出力、接入容量

一、風光水互補可行性研究

(一)風水資源季節(jié)具有互補性

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。風電一般11月~次年4月風速、風功率密度較大,5月~10月的風速、風功率密度較小,基本呈冬春季大,夏秋季小的特點[1]。風電、水電的年內各月出力均呈現(xiàn)出明顯的“一峰一谷”形式,風電的大風月對應水電的枯水月,風、水之間形成較為統(tǒng)一的互補關系。

(二)風光資源日/夜出力具有互補性

風電場一般夜間出力較大,白天出力較小。光伏電站出力與風電場出力相反,光伏發(fā)電受太陽輻照的影響,在6時~12時逐漸增大,此后逐漸減小,直到20時左右。由此可見,風電和光伏在出力上,尤其是日互補出力上具有互補優(yōu)勢,通過風光出力的互補特性,減少出力的波動性。

(三)水庫調節(jié)與風光出力具有一定互補性

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

二、水風光互補配比原則

(一)風光互補功率特性

風能和太陽能在時間上均有天然的互補性,但在風電場內增建光伏電站不是越多越好。風電出力具有較大的波動性,配置光伏容量較少對于風光互補出力改善較弱;光伏容量配置較多仍會使風光互補出力波動較大。合理地配置光伏容量可以使風光互補出力波動相對平穩(wěn),不僅減少對電網(wǎng)的沖擊,還可以提高電網(wǎng)對風光互補系統(tǒng)的接納能力。在考慮風光水互補時,應先確定風光的比例??紤]到風光本身具有互補性,通過計算得出最佳的風光比例后,再計算風光水互補關系。

(二)外送容量限制

送出線路容量與水電裝機容量相匹配,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,這樣為風電和光伏發(fā)電上網(wǎng)提供了空間。增建風場和光伏電站應保證在任意時刻,水電站輸出功率與風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]。風電場任意時刻的出力為Pft,光伏電站任意時刻的出力為Pgt,水電站任意時刻出力為Pst,送出通道容量為P,應滿足:

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?shù)刭Y源條件和可開發(fā)面積算出可以安裝總容量,根據(jù)風和光出力的典型日變化,確定風和光的比例??紤]到風光水三種電源的實時出力特性都小于1,實際風光可裝機容量應大于剩余通道。利用水電機組的日調節(jié)能力,可大大提高風光能源的裝機容量。根據(jù)水電站多年平均水平的出力情況,可按一年內最大月的出力計算通道剩余容量。結合當?shù)仫L電和光伏情況,確定最佳的風光比例,最終計算出風光水各自占該通道發(fā)電量的比例[4]。

剩余通道的計算方法為:

Qy=Q-P/t

其中:Q是水電站總裝機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是小時數(shù)。

三、水風光互補案例分析

水風光互補系統(tǒng)的主體是水電站。水電站的容量、位置等因素都會影響風光項目的規(guī)劃情況??紤]到輸電成本的問題,風場和光伏場區(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,暫按照在水電站周圍100公里內進行風光場區(qū)的規(guī)劃和容量的計算。

(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能資源豐富,個別地區(qū)70m年平均風速達到8.0m/s以上,其他地區(qū)風速在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100公里范圍內,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)小時數(shù)為1304-1451h,具有較好的可開發(fā)條件。

(二)場址選擇

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

(三)代表年選擇

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

四、結論

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,西南地區(qū)的能源建設將繼續(xù)快速發(fā)展,多種能源互補發(fā)電或進一步發(fā)展。通過以上的分析,有以下幾點需要注意:一是不同地區(qū)風光出力不同,風光的最佳配比也會不同。二是不同水電站的調節(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)的風光資源可能相差很大,風光配比需要結合實際資源量考慮。四是風能和光伏開發(fā)難度、成本不同,實際建設中需考慮。五是水電站周圍建筑以及風場內建筑為小容量光伏建設提供便捷,在西南山地水光互補更有優(yōu)勢。

參考文獻

[1]中國氣象局編. 全國風能資源詳查和評價報告. 氣象出版社, 2014.

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

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

[4]蘇康博. 多類型水電協(xié)調下基于概率潮流的風光互補容量優(yōu)化配置. 長沙理工大學, 2019.

【作者簡介】

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/職稱:中級經(jīng)濟師 ?學歷: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)集團有限公司 ?所在省市:北京市 ?郵編:100035

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