孫川永，魏磊，賈宏剛，邢琳

（國網(wǎng)陜西省電力公司經(jīng)濟技術研究院，陜西西安 710075）

陜北地區(qū)風能、太陽能資源豐富，具有較高的開發(fā)價值。省政府相繼出臺了一系列政策促進新能源產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，如陜發(fā)改新能源[2012]1944號《關于進一步加快新能源發(fā)電產(chǎn)業(yè)發(fā)展的通知》指出，要推動陜北百萬千瓦風電基地加快建設。目前已在陜北地區(qū)規(guī)劃了百萬千瓦級風電基地，如圖1所示為陜北百萬千瓦風電基地開發(fā)規(guī)劃[1]。

此外，根據(jù)陜發(fā)改新能源[2013]1025號《陜西發(fā)改委關于大力推進太陽能發(fā)電產(chǎn)業(yè)加快發(fā)展的通知》指出，陜西將有序推動大型地面并網(wǎng)光伏電站全面啟動實施，2013—2015年，年均新增光伏發(fā)電裝機容量100萬kW左右，到2015年總裝機容量達到350萬kW。

隨著新能源發(fā)電的迅速發(fā)展，其弊端也逐漸凸顯。如風力發(fā)電是將空氣動能轉換為電能，其特性會直接受到風特性的影響。風的隨機波動性和間歇性決定了風力發(fā)電的功率也是波動和間歇性的。當風電場的容量較小時，風電對電網(wǎng)系統(tǒng)的影響并不明顯。

隨著風電場容量在系統(tǒng)中所占比例的增加，風電對電網(wǎng)系統(tǒng)的影響就會越來越明顯。大風速擾動會使系統(tǒng)的電壓和頻率產(chǎn)生很大的變化，嚴重時將可能使系統(tǒng)失去穩(wěn)定，相關研究也對此作出了較為詳細的分析[2-3]。光伏發(fā)電也存在功率波動的問題，隨著新能源的大規(guī)模并網(wǎng)，無疑會進一步增加陜西電網(wǎng)的調峰難度。

根據(jù)已有數(shù)據(jù)表明：陜北地區(qū)風電夜間出力明顯大于白天出力，而光伏發(fā)電功率隨著日照輻射強度的增加而逐步增加，且只在白天有出力；如何利用風電與光伏發(fā)電具有一定互補性的出力特性，合理規(guī)劃風電與光伏發(fā)電的裝機規(guī)模，降低由于新能源的出力波動而導致的電網(wǎng)調峰難度增加的現(xiàn)象，在新能源的開發(fā)利用中具有重要的現(xiàn)實意義。

圖1 陜北百萬千瓦風電基地開發(fā)規(guī)劃Fig.1 The development planning of 1000 MW wind power base in North Shaanxi

1 數(shù)據(jù)和方法

根據(jù)已收集的華能靖邊4.95萬kW風發(fā)電廠和魯能靖邊4.75萬kW風電場的2012年歷史出力數(shù)據(jù)，計算榆林地區(qū)風電出力特性。由于光伏電站出力數(shù)據(jù)完整性較差，采用數(shù)值模擬的方法計算光伏電站出力。根據(jù)已收集的九里灘2萬kW光伏電站與華電靖邊0.5萬kW光伏電站的2012年歷史出力數(shù)據(jù)及數(shù)值模擬結果，計算榆林地區(qū)光伏出力特性。

本文采用美國國家大氣研究中心的天氣預報模式 Weather Research and Forecasting Model（WRF，version 3.1.1）模擬榆林地區(qū)太陽輻射，并結合光伏電站歷史數(shù)據(jù)建立計算模型，分析光伏電站出力情況。WRF模式為完全可壓非靜力模式，采用區(qū)域嵌套方案，來實現(xiàn)所選擇區(qū)域的高分辨率模擬。本次模擬采用三重嵌套方案，水平格距分別為27 km，9 km，3km，最內層格點數(shù)為37×37。采用美國的NCEP再分析資料作為模式的初始場和側邊界條件。本文所用風電、光伏電站功率的實測資料來自于陜西電網(wǎng)調度記錄數(shù)據(jù)，每15 min記錄一次風電場和光伏電站出力。

2 光伏出力模擬結果

本文所采用的光伏出力計算模型為數(shù)值模型結合神經(jīng)元網(wǎng)絡的計算方法[4]，在這里不再詳細描述。圖2為2012年4月20日與21日九里灘光伏電站實際出力資料與WRF模擬出力的對比示意圖，可以發(fā)現(xiàn)WRF模式較為準確地反映了榆林地區(qū)光伏電站的出力變化趨勢，可以采用WRF模擬數(shù)據(jù)對榆林地區(qū)光伏出力數(shù)據(jù)進行分析。

圖2 2012年九里灘光伏電站4月20日—21日光伏電站出力對比圖Fig.2 Comparison of the average power outputs of the Jiulitan Photovoltaic Station from April 20 to April 21，2012

3 風電、光伏出力特性計算結果

圖3為2012年各月逐時風電平均出力圖?？梢钥闯鲇芰值貐^(qū)夜間風電出力明顯大于白天風電出力，具有明顯的反調峰特性。

圖4為各月逐時光伏發(fā)電站平均出力圖?？梢钥闯鲇芰值貐^(qū)光伏11點至15點出力最大。與風電有很好的互補性。

4 榆林光伏與風電疊加后峰谷差變化趨勢

圖5為風電、光伏不同比例下，風電、光伏疊加峰谷差較風電單獨存在時峰谷差的變化示意圖?？梢芽闯?，風電與光伏裝機在1∶0.1、1∶0.2的情況下峰谷差變化不明顯，只有23%增幅超過10%，其余情況下峰谷差不變或者減??；隨著光伏比例的增加，風電與光伏疊加后的峰谷差與只有風電時相比，峰谷差明顯增加。

當風電、光伏裝機比例為1∶0.1時，全年89天峰谷差增加，201天峰谷差不變，75天峰谷差變??；當風電、光伏裝機比例為1∶0.2時，全年112天峰谷差增加，176天峰谷差不變，77天峰谷差變?。还夥b機比例為1∶0.4計算，全年171天峰谷差增加，124天峰谷差不變，70天峰谷差變小；當風電、光伏裝機比例為1∶1時，全年307天峰谷差增加，38天峰谷差不變，20天峰谷差變小。從峰谷差變化的角度考慮，推薦風電、光伏裝機比例為 1∶0.1～1∶0.2。

5 結論

本文利用風電場實際出力資料、光伏電站實際出力資料與WRF模式模擬資料對榆林地區(qū)的風電和光伏開發(fā)的相對規(guī)模進行了討論。結果表明風電與光伏裝機在1∶0.1、1∶0.2的情況下峰谷差變化不明顯，只有23%增幅超過10%，其余情況下峰谷差不變或者減小，隨著光伏比例的增加，風電與光伏疊加后的峰谷差與只有風電相比，峰谷差明顯增加 。從峰谷差變化的角度考慮，在陜西大規(guī)模開發(fā)新能源的大背景下，推薦風電、光伏裝機比例為 1∶0.1～1∶0.2。

圖3 2012年榆林1～12月逐時平均風電出力Fig.3 The hourly average output of wind farms in Yulin from Jan to Dec in 2012

圖4 2012年榆林1—12月逐時平均光伏發(fā)電站出力Fig.4 The monthly average output of photovoltaic power stations in Yulin from Jan to Dec in 2012

圖5 風電、光伏裝機不同比例時二者疊加的峰谷差相對于風電的峰谷差變化Fig.5 The imposed peak-valley difference in relation to the peak-valley change of wind power with different ratio of the installed wind power and photovoltaic power

[1]傅旭，李海偉，李冰寒.大規(guī)模風電場并網(wǎng)對電網(wǎng)的影響及對策綜述[J].陜西電力，2010（1）：53-57.FU Xu，LI Haiwei，LI Binghan.Review on influences of large-scalewind farmspowersystemsand countermeasures[J].Shaanxi Electric Power，2010（1）：53-57（in Chinese）.

[2]呂俊昌，楊小東，沈又幸.德國風電發(fā)展策略研究及對我國的借鑒[J].陜西電力，2011（11）：46-49.LJunchang，YANG Xiaodong，SHEN Youxing.Wind power development strategies of german and its references to China[J].Shaanxi Electric Power，2011（11）：46-49（in Chinese）.

[3]申寬育，吉超盈，牛子曦.陜西省風能資源與風力發(fā)電[J].西北水電，2011（2）:7-9.SHEN Kuanyu，JI Chaoying， NIU Zixi.Wind energy resources and wind power in Shaanxi province[J].Northwest Hydropower，2011（2）：7-9（in Chinese）.

[4]孫川永，彭友兵，高媛媛，等.數(shù)值模式在太陽能出力分析中的應用研究[J].電網(wǎng)與清潔能源，2012，28（8）：73-76.SUN Chuanyong，PENG Youbing，GAO Yuanyuan，et al.Application of numerical model in solar energy[J].Power System and Clean Energy，2012，28（8）：73-76 （in Chinese）.