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        寧夏太陽山地區(qū)風光互補發(fā)電系統(tǒng)建設可行性研究

        2014-03-06 07:11:12陳征宇
        機電信息 2014年6期
        關鍵詞:互補性電功率風光

        陳征宇

        (寧夏鹽池哈納斯風光發(fā)電有限公司,寧夏 銀川750001)

        0 引言

        風光互補發(fā)電系統(tǒng)是利用風能與太陽能天然互補性,集風力發(fā)電和光伏發(fā)電為一體的發(fā)電系統(tǒng),其相對于獨立的風電項目和光伏發(fā)電項目,在提高資源利用率、平滑出力曲線、解決電網接入問題等方面均具備較大優(yōu)勢,有著很好的應用前景。

        1 寧夏太陽山地區(qū)風力發(fā)電及光伏發(fā)電概況

        太陽山地區(qū)是寧夏回族自治區(qū)一個主要的新能源發(fā)電項目示范基地,自2007年至今,已有近十家電力企業(yè)在此開發(fā)風力發(fā)電項目和光伏發(fā)電項目。截至2013年末,太陽山地區(qū)已累計建成投產風電容量約600MW,光伏發(fā)電容量約110MWp。

        2 太陽山地區(qū)已運行風、光發(fā)電項目情況

        中鋁寧夏能源集團太陽山風電場一期45MW工程于2008年并網發(fā)電,安裝60臺國產金風S50/750型風機,通過1臺50MVA變壓器升壓至110kV后接入電網。2010年,根據生產需要50MVA變壓器內另行接入了10MWp光伏發(fā)電設備,與原有45MW風電設備共同運行。以下對其2011年度運行數(shù)據(表1)進行分析。

        表12011年度運行數(shù)據(日間為8:00—18:00,夜間為18:00—次日8:00)

        根據表1數(shù)據可以看出:(1)各月風力發(fā)電項目白天發(fā)電量低于夜間發(fā)電量,而光伏發(fā)電項目則相反,在發(fā)電時間上兩者具有較好的互補性;(2)風力發(fā)電項目7、8、9月發(fā)電量較低,1、2、3、4、11、12月發(fā)電量較大;光伏發(fā)電項目1、2、11、12月發(fā)電量較小,6、7、8、9月發(fā)電量較大,在資源利用上兩者具有較好的互補性。

        由圖1可知,2011年度風電功率大于42MW且光伏發(fā)電功率大于8MW,使得主變(50MVA)可能發(fā)生過負荷的時長僅為1h,占全年光伏發(fā)電時間3650h的0.03%,可忽略不計。其余時間,風力發(fā)電項目與光伏發(fā)電項目均可保持同時安全穩(wěn)定運行。

        圖12011年度風、光發(fā)電項目功率重合頻次圖(光功率≥8 MW)

        3 太陽山地區(qū)風光互補發(fā)電系統(tǒng)建設可行性分析

        鑒于風、光發(fā)電項目在資源和時間上的天然互補性以及太陽山地區(qū)風、光功率重合頻次分布情況,筆者認為:可在太陽山地區(qū)現(xiàn)有風電項目的基礎上,在同一區(qū)域內按照一定比例再建設一定容量的光伏發(fā)電項目,風力發(fā)電項目與光伏發(fā)電項目混合布置、共用輸變電設備,統(tǒng)一運行維護,形成風光互補發(fā)電系統(tǒng),以便更加充分地利用風、光資源,并提高輸變電設備利用率。下面,仍以表1運行數(shù)據為依據,計算適合太陽山風電場一期工程的光伏發(fā)電冗余量。

        3.1 冗余量計算方法

        以不超過主變輸送容量上限為原則,計算各種風光資源狀況下可配置的光伏發(fā)電冗余量。風力發(fā)電容量以現(xiàn)有機組額定容量為準,主變有功輸送能力按照正常運行時系統(tǒng)功率因數(shù)0.98計算。則:

        式中,Q為光伏發(fā)電冗余量;cosφ為主變功率因數(shù),cosφ=0.98;S為主變額定容量;P1為風電功率;K為光伏發(fā)電系統(tǒng)綜合效率,K=0.75。

        3.2 太陽山風電場一期工程光伏發(fā)電冗余量計算

        通過圖2可知:

        (1)全年風電功率大于42MW的極端天氣僅為1h,占統(tǒng)計時長8760h的比例為0.01%,可忽略不計。

        (2)全年風電功率大于35MW且小于42MW的時長為948h,占統(tǒng)計時長8760h的10.82%,與光伏設備發(fā)電時間重合412h,占光伏發(fā)電設備發(fā)電時長3650h的11.29%。此種情況下,光伏發(fā)電的最大冗余量為18.5MWp。

        (3)全年風電功率大于25MW 且小于35MW的時長為1842h,占統(tǒng)計時長8760h的21.03%,與光伏設備發(fā)電時間重合903h,占光伏發(fā)電設備發(fā)電時長3650h的24.74%。此種情況下,按平均負荷30MW計算,光伏發(fā)電的冗余量為25MWp。

        (4)全年風電功率小于25MW 的時長為5969h,占統(tǒng)計時長8760h的68.14%,與光伏設備發(fā)電時間重合2334h,占光伏發(fā)電設備發(fā)電時長3650h的63.95%。此種情況下,光伏發(fā)電的最大冗余量為32MWp。

        綜上所述,全年太陽山風電場一期工程風電功率小于35MW的時長占全年統(tǒng)計時長的87.17%,與光伏設備發(fā)電時間重合時長占光伏發(fā)電設備發(fā)電時長3650h的88.68%。太陽山風電場一期工程光伏發(fā)電冗余量可配置范圍為25~32MWp。

        圖22011年一期風電負荷時間分布狀況

        4 風光互補發(fā)電系統(tǒng)優(yōu)勢分析

        風光互補發(fā)電系統(tǒng)較單一風力發(fā)電項目或光伏發(fā)電項目而言,具有以下幾方面優(yōu)勢:

        4.1 降低工程建設投資和后期運行維護成本

        基于新能源發(fā)電項目自身較低的負荷同時率,風光互補發(fā)電系統(tǒng)可在基本維持原有風電項目建設規(guī)格的前提下正常運行,使得大量輸變電設備能夠共用,有效節(jié)約了工程建設投資和后期運行維護成本。

        4.2 有效解決電網接入難題

        利用太陽能、風能的互補特性,可以獲得比較穩(wěn)定的輸出,有效解決無風或無陽光天氣下,風/光發(fā)電電力供應中斷問題,提高供電可靠性和穩(wěn)定性,彌補獨立風力發(fā)電和光伏發(fā)電系統(tǒng)的不足。

        4.3 便于統(tǒng)一調度

        風光互補后通過統(tǒng)一的通訊自動化系統(tǒng),各種運行信息能夠快速、可靠地在調度機構、電廠、升壓站間傳遞,便于調度統(tǒng)一管理。在涉網技改方面,大部分系統(tǒng)如信息上傳、電能質量檢測、無功補償、風光功率預測、功率控制等也可以公用。

        4.4 易獲得銀行貸款

        風光互補發(fā)電系統(tǒng)使工程造價、運行維護成本均有所降低,增強了新能源發(fā)電盈利能力,易獲得銀行貸款。

        5 風光互補發(fā)電系統(tǒng)初步建設方案

        風光互補發(fā)電系統(tǒng)示意圖如圖3所示。

        圖3 風光互補發(fā)電系統(tǒng)示意圖

        6 結語

        根據上述論述,太陽能和風能在時間和資源上的天然互補性使風光互補發(fā)電系統(tǒng)具有了良好的應用基礎。它的建成不僅能夠彌補獨立的風力發(fā)電項目和光伏發(fā)電項目輸出波動大、負荷不均勻等缺陷,同時還可以進一步提升輸變電設備利用率,降低建設投資成本,提高項目盈利能力和電網適應能力,是一種更加適合未來新能源發(fā)電項目規(guī)?;l(fā)展的新模式。

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