李春來，朱慧敏

(1.青海電力科學試驗研究院，青海 西寧 810008;2.青海電力信息通信公司，青海 海晏 812200)

青海省光伏電站接入電網(wǎng)調度模式探討

李春來1，朱慧敏2

(1.青海電力科學試驗研究院，青海 西寧 810008;2.青海電力信息通信公司，青海 海晏 812200)

1 青海省太陽能資源現(xiàn)狀分析

青海省位于青藏高原東北部，地處東經(jīng)89°35'～103°04'，北緯 31°39'～ 39°19'之間。東西長約1200 km，南北寬800km，面積為72萬km2，與甘肅、四川、西藏、新疆毗鄰，是聯(lián)結西藏、新疆與內地的紐帶。青海全省地貌復雜多樣，五分之四以上的地區(qū)為高原。東部多山，海拔較低，西部為高原和盆地，全省平均海拔高度3000m以上。

青海省地處中緯度地帶，太陽輻射強度大，光照時間長，年總輻射量達5800MJ/m2～7400MJ/m2，其中直接輻射量占總輻射量的60%以上，僅次于西藏，位居全國第二。從氣象部門提供的青海省度總輻射空間變化統(tǒng)計結果可以看出，其空間分布特征是西北部多，東南部少，太陽資源特別豐富的地區(qū)位于柴達木盆地、唐古拉山南部，年太陽總輻射量大于6800MJ/m2;太陽資源豐富地區(qū)位于海南(除同德)、海北、果洛州的瑪多、瑪沁、玉樹及唐古拉山北部，年太陽總輻射量達6200MJ/m2～6800MJ/m2;太陽能資源較豐富地區(qū)主要分布于海北的門源、東部農(nóng)業(yè)區(qū)、黃南州、果洛州南部、西寧市以及海東地區(qū)，年太陽總輻射量小于6200MJ/m2。

青海柴達木盆地是我國太陽輻射資源最豐富的地區(qū)之一，年太陽總輻射量范圍在6618.3MJ/m2～7356.9MJ/m2之間，高于我國東部同緯度地區(qū)，太陽輻射資源的空間分布由西向東呈逐漸遞減趨，各地太陽總輻射量普遍超過6800MJ/m2，最高達7357MJ/m2，平均年太陽總輻射量為7000MJ/m2;柴達木盆地晴天多、利用佳期長(一年中日平均氣溫穩(wěn)定通過0℃的日數(shù))，年日照小時數(shù)在3000h以上，是青海省日照小時數(shù)最長的地區(qū)，也是青海省日照百分率最大的地區(qū)。

格爾木市平均每天日照時間接近8.5h，年均日照時數(shù)為3096.3h，年太陽總輻射量為6600MJ/m2～7100MJ/m2，是柴達木盆地太陽能資源豐富地區(qū)之一。根據(jù)青海省柴達盆地“千萬千瓦級”光伏發(fā)電基地發(fā)展規(guī)劃，預計2020年青海光伏發(fā)電總裝機容量超過750萬kW。本文對青海光伏電站接入電網(wǎng)調度模式進行了研究，要析了電網(wǎng)調峰模式對光伏電站裝機容量的影響，探討了光伏電站調度模式及電網(wǎng)負荷特性，為青海并網(wǎng)光伏電站提供參考。

2 青海電網(wǎng)調峰能力分析與光伏電站調度模式研究

2.1 電網(wǎng)調峰能力對光伏電站裝機容量的影響

光伏發(fā)電具有隨機性、間歇性和周期性的特點，目前，光伏發(fā)電電力尚不能參與電力平衡并進入發(fā)電計劃安排。光伏發(fā)電電力的消納，只能按《可再生能源法》的要求，并網(wǎng)后由電網(wǎng)公司全額收購。光伏發(fā)電只在白天發(fā)電，夜間輻照度為零，出力也為零;日出后太陽輻射逐漸增強，到中午時分達到高峰，光伏電站也隨著輻射增強而出力增加，中午時分出力達到最大，在光伏電站有出力時，電網(wǎng)中其他電源需要調整出力，讓出負荷由光伏發(fā)電供電;當云層飄過時，光伏電站出力迅速下降，其他電源的出力必須相應增加，補充光伏發(fā)電減少造成的電力缺額。

光伏發(fā)電上述特點決定了光伏發(fā)電并網(wǎng)運行時，必須由其他常規(guī)電源為其有功出力提供補償調節(jié)，以保證對用電負荷持續(xù)、可靠、安全地供電。這種對光伏發(fā)電有功出力的補償調節(jié)，可以看成對負的負荷波動的跟蹤，也就是我們所說的對光伏發(fā)電的“調峰”。這種為光伏發(fā)電準備的可調容量，是電網(wǎng)接納光伏發(fā)電能力的考核條件之一。

光伏發(fā)電的存在，相當于在電網(wǎng)中增加了一組負的“不確定負荷”。光伏發(fā)電功率的波動，完全依據(jù)天氣狀況隨機變化，比電網(wǎng)正常的負荷變化快很多，據(jù)實測結果，云層的飄過可以使光伏電站出力迅速減少高達70%。因此，為光伏發(fā)電準備的可調容量，不能靠臨時性的啟停機完成，而是處于旋轉備用狀態(tài)。光伏發(fā)電裝機容量越大，為此準備的旋轉備用量也就越大。

2.2 青海電網(wǎng)典型方式下的調峰能力分析

青海省水資源非常豐富，2010年1000MW以上的水電站有公伯峽、積石峽、龍羊峽、李家峽和拉西瓦電站，調峰可以通過本省內電源實現(xiàn)。青海電網(wǎng)不參與調峰的機組有:自備電廠滿足企業(yè)負荷，出力相對穩(wěn)定，一般不參與調峰;小水電多無調節(jié)能力、小火電機組由于經(jīng)濟性原因亦不參加調峰。

水電優(yōu)先調峰的優(yōu)點在于能最大程度地發(fā)揮青海電網(wǎng)內大水電機組調峰的優(yōu)勢，提高電網(wǎng)運行的經(jīng)濟效益;但在枯水季節(jié)并不適用，在水電調峰容量不足的運行方式如冬小方式下，需依靠西北網(wǎng)內火電機組參與調峰才能平衡光伏發(fā)電。按現(xiàn)有的光伏發(fā)展規(guī)劃，2010年青海電網(wǎng)的調峰能力可以滿足光伏發(fā)電發(fā)展的要求。

2.3 青海電網(wǎng)負荷特性分析

從青海電網(wǎng)負荷分析可以發(fā)現(xiàn)，青海電網(wǎng)第二產(chǎn)業(yè)用電量比例一直保持在80% ～92.8%之間，工業(yè)的生產(chǎn)經(jīng)營狀況對青海省電網(wǎng)負荷的影響非常大，2008年底由于金融危機，工業(yè)用電大幅減少，導致2008年電網(wǎng)冬季負荷出現(xiàn)低谷。但多年運行結果顯示，青海電網(wǎng)年最高負荷大多出現(xiàn)在11月和12月，最小負荷主要在5月和6月。年平均日負荷率在0.9左右，負荷率較高是由于青海電網(wǎng)負荷以工業(yè)負荷為主，第三產(chǎn)業(yè)及城鄉(xiāng)居民生活用電比重相對較小的負荷構成特點所決定。

由于工業(yè)負荷比重過大，使得青海電網(wǎng)日負荷沒有固定的規(guī)律性，雙峰特征不明顯。一般情況下，青海電網(wǎng)有三個峰值負荷時段，分別為上午8∶00、中午12∶00和晚上21∶00，而且三個峰值負荷大小基本接近，差別不明顯。而青海電網(wǎng)低谷負荷在半夜到凌晨5:00前比較常見，但同時白天也有負荷很低甚至低于凌晨時段負荷的時候。

2.4 光伏電站調度模式的探討

光伏電站調度模式是建立在光伏電站接入電網(wǎng)后，滿足系統(tǒng)調峰、備用的基礎上，按照優(yōu)先調度光伏發(fā)電的原則進行電力電量分配與電力系統(tǒng)調度的模式。調度模式不同于購銷模式，它是為保證電網(wǎng)安全和經(jīng)濟而采取的一種方式，著眼點放在電力電量平衡方式。根據(jù)2010年電力需求預測，青海省用電量約為435億 kW·h，光伏電站按裝機容量利用1800h測算電量為3.6億kW·h。

青海省的光伏發(fā)電采用就地平衡為主的調度模式，或稱作省內平衡模式，該模式有三種方式:

第一種調度模式，現(xiàn)階段是將光伏發(fā)電電力電量在整個青海電網(wǎng)內進行平衡，實施統(tǒng)一調度分配、同一共享備用容量，一方面可減小光伏發(fā)電對地區(qū)電網(wǎng)的影響，另一方面可以利用青海電網(wǎng)調峰容量，實現(xiàn)資源合理配置，這也符合節(jié)能調度、經(jīng)濟調度的原則。這種方式下可以優(yōu)化系統(tǒng)的開機方式，避免了省內平衡光伏發(fā)電時預留調峰容量過大的浪費。在這種調度模式下，可以充分挖掘青海水電的調峰能力，便于在光伏電站出力發(fā)生突變時實施實時電力電量交易。

第二種模式，今后隨著青海光伏發(fā)電規(guī)模的進一步發(fā)展擴大，在光伏發(fā)電電力和電量達到比上階段更大的規(guī)模時，除了在青海電網(wǎng)內進行平衡之外，還可以積極利用西北電網(wǎng)進行平衡。這種調度模式相當于在更大的電網(wǎng)內消納光伏發(fā)電的電力與電量，進一步降低了光伏發(fā)電的不確定性對電網(wǎng)運行的影響，可以實現(xiàn)資源的優(yōu)化配置。不利的因素是進行西北全網(wǎng)平衡需要進行頻繁的實時電力電量交易，在目前市場體制尚不健全的情況下實施難度比較大，如何引導西北其余省份消納光伏發(fā)電電力電量是一個需要解決的問題。

第三種模式，今后隨著青海省柴達木盆地“千萬千萬級”光伏發(fā)電基地［1］的建設及大規(guī)模光伏電站的并網(wǎng)發(fā)電，除了在西北電網(wǎng)內進行平衡之外，還可以考慮利用直流外送通道在整個國家電網(wǎng)層面進行平衡。這種調度模式相當于在更大的電網(wǎng)內實現(xiàn)能源資源的優(yōu)化配置，能夠有效地解決能源資源的大規(guī)模、遠距離低損耗傳輸問題，顯著提高發(fā)電設備的綜合利用效率、電網(wǎng)的傳輸效率和用戶的電能使用效率，充分發(fā)揮電網(wǎng)的節(jié)能增效作用。

但是由于青海地區(qū)光伏電站處于電網(wǎng)末端，利用全網(wǎng)調峰來平衡光伏發(fā)電的波動時，可能會造成電網(wǎng)某些環(huán)節(jié)出現(xiàn)輸電瓶頸，因此為了配合光伏電站的大規(guī)模開發(fā)與利用，青海電網(wǎng)需要切實加強電網(wǎng)建設，消除輸電瓶頸;調峰過程中若電網(wǎng)中樞點電壓異常或輸電線路過載，需限制包括光伏發(fā)電和常規(guī)電源在內的機組出力調整或開停機。從技術層面分析，青海750kV電網(wǎng)“十二五”目標網(wǎng)架可以提供電網(wǎng)保障，并利用青海電網(wǎng)的水電強大的調峰能力，確保青海電網(wǎng)內部分地區(qū)電網(wǎng)中的大規(guī)模光伏發(fā)電的開發(fā)利用與送出。

因此，無論采用何種調度模式，光伏發(fā)電功率的準確預測對于確保電網(wǎng)平衡光伏發(fā)電波動、減少備用容量和經(jīng)濟運行都將發(fā)揮極其重要的作用。隨著青海地區(qū)光伏電站大規(guī)模開發(fā)和并網(wǎng)，必須配套建設完備、高效、高精度的光伏發(fā)電功率預測系統(tǒng)。

3 結語

在青海地區(qū)光資源分析、光伏電站開發(fā)及電網(wǎng)發(fā)展規(guī)劃的基礎上，分析了青海電網(wǎng)調峰能力，探討了光伏發(fā)電調度模式，計算了光伏發(fā)電接入對電網(wǎng)的影響。主要研究結論及建議總結如下:

(1)青海地區(qū)大量的水電資源是青海地區(qū)光伏電站大規(guī)模開發(fā)的重要保障。水電調峰優(yōu)勢突出是青海地區(qū)光伏發(fā)電大規(guī)模開發(fā)的有利條件。2010年，青海電網(wǎng)水電裝機比重大概占全省總裝機容量的83.3%，水力發(fā)電調度靈活、調節(jié)能力強，承擔著青海電網(wǎng)的主要調峰任務。水電優(yōu)先調峰的優(yōu)點在于能最大程度地提高青海電網(wǎng)運行的經(jīng)濟效益并提高響應速度。但在枯水、防凌等季節(jié)，水電調峰容量不足時，需要依靠青海電網(wǎng)內的火電機組參與調峰，才能平衡光伏發(fā)電注入功率對電網(wǎng)的影響。

(2)青海地區(qū)并網(wǎng)光伏電站必須實施全青海電網(wǎng)統(tǒng)一調度運行模式。為保證大規(guī)模光伏發(fā)電的可靠送出和青海電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行，青海地區(qū)并網(wǎng)光伏電站必須實施全青海地區(qū)統(tǒng)一調度、全網(wǎng)統(tǒng)一調峰和全網(wǎng)備用共享的調度運行模式。

(3)青海地區(qū)并網(wǎng)光伏電站必須考慮在國家層面內進行分配。青海地區(qū)光資源蘊藏量極為豐富，目前省(區(qū))政府、有關發(fā)電企業(yè)投資建設光伏電站的積極性非常高，預計到2020年，青海地區(qū)光伏電站總裝機容量將達到750萬kW。為保證青海光伏發(fā)電全額收購與消納，青海地區(qū)光伏電站集中大規(guī)模開發(fā)和投產(chǎn)，光伏發(fā)電電量仍然全部由所在網(wǎng)省(區(qū))消納在技術和管理層面均存在較大困難，需要全國范圍內進行配置。隨著青海地區(qū)光伏電站大規(guī)模開發(fā)，應加強電網(wǎng)建設。

［1］青海省柴達木盆地千萬千瓦級光伏發(fā)電基地規(guī)劃報告［R］.西安:西北水利水電勘測設計研究院，2009.

［2］中國新能源網(wǎng)數(shù)據(jù)庫，我國亟須加快光伏發(fā)電基地建設［EB/OL］.http://www，newenergy.org.cn/html/01011/11261037335_1.html，2010 － 12 － 26.

［3］青海科協(xié)網(wǎng)數(shù)據(jù)庫。柴達木盆地將成全國太陽能發(fā)電基地［EB/OL］.http://www.qhkxw.com/News/Info.asp?infoid=1593，2010－06－30.

［4］吳晶晶.青海將建百萬千瓦級太陽能基地［N］.國家電網(wǎng)報，2009－04－12.

Discussion on photovoltaic power station access network scheduling model in Qinghai province

青海省太陽能資源豐富，開發(fā)利用潛力巨大。根據(jù)青海省柴達木盆地“千萬千瓦級”光伏發(fā)電基地發(fā)展規(guī)劃，預計2010年青海省光伏發(fā)電總裝機容量將達到20萬kW，2020年遠景規(guī)劃裝機容量超過750萬kW，2030年遠景規(guī)劃總裝機容量達到2000萬kW。但是，青海省光伏發(fā)電也面臨著諸如光伏電站調度困難等技術、經(jīng)濟問題，必須妥善解決。針對青海省光伏電站接入電網(wǎng)調度模式開展相應工作，意圖對青海省并網(wǎng)光伏電站及電網(wǎng)的安全、穩(wěn)定、運行提供有益指導。

光伏;并網(wǎng);負荷特性;調峰

In Qinghai province，development and utilization of solar energy resources potential is enormous.According to the Qaidam basin"Million Kilowatts of Qinghai province level photo voltaic power base development planning，Qinghai province to 2010，with a total installed capacity of photovoltaic energy will reach 20 million kilowatts，2020 vision installed capacity than 750 million kilowatts，with a total installed capacity of vision in 2030 to 20 million kilowatts.However，Qinghai photovoltaic energy is also facing difficulties，such as photovoltaic station scheduling techniques，economic problems must be solved properly.Based on Qinghai photovoltaic station access network scheduling model，with the intention of working out corresponding Qinghai province power grid photovoltaic power station and the safe and stable operation and provide helpful guidance.

photo voltaic;grid;load characteristics;load

TK51

B

1674－8069(2011)02－058－03

2010-09-21;

2011-02-21

李春來(1980-)，男，遼寧省朝陽人，工程師，從事風電、太陽能等新能源接入電網(wǎng)等方面的研究工作。E－mail:lichunlai0216@163.com