陳義宣,蔡葆銳,張虹,王志敏

(云南電網(wǎng)規(guī)劃研究中心,昆明 650011)

云南風(fēng)電發(fā)電特性分析及研究

陳義宣,蔡葆銳,張虹,王志敏

(云南電網(wǎng)規(guī)劃研究中心,昆明 650011)

云南風(fēng)電發(fā)展迅速,開發(fā)潛力大,隨著裝機(jī)規(guī)模增大,對(duì)電網(wǎng)的影響將越來越大。本文根據(jù)風(fēng)電實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)全面分析了云南風(fēng)電出力特性,研究云南風(fēng)電場(chǎng)的集群效應(yīng)、風(fēng)水互補(bǔ)特性、風(fēng)電消納及風(fēng)電發(fā)展存在的一些問題。研究成果可以為云南電網(wǎng)規(guī)劃、電網(wǎng)運(yùn)行及風(fēng)電與電網(wǎng)的協(xié)調(diào)發(fā)展提供參考和依據(jù)。

風(fēng)電；出力特性；消納；規(guī)劃

0 前言

云南風(fēng)電資源較為豐富,總儲(chǔ)量為1.23億千瓦,其中風(fēng)能資源可利用 (年平均風(fēng)功率密度大于50 W/m2)面積為4.52萬平方公里,約占全省總面積的11.5%,可開發(fā)風(fēng)能資源儲(chǔ)量約為3 020萬千瓦,約占全省風(fēng)能資源總儲(chǔ)量的25%。至2013年底,云南省風(fēng)電裝機(jī)容量為214萬千瓦,主要分布在滇中和滇西北片區(qū)。根據(jù)規(guī)劃及風(fēng)電場(chǎng)建設(shè)進(jìn)度,至2020年云南省風(fēng)電裝機(jī)容量將達(dá)到1 274萬千瓦,云南風(fēng)電的快速對(duì)云南電網(wǎng)將產(chǎn)生較大影響,主要體現(xiàn)在：

1)與常規(guī)能源相比,風(fēng)能具有間歇性、波動(dòng)性以及隨機(jī)性的特點(diǎn),隨著云南開發(fā)的風(fēng)電裝機(jī)規(guī)模逐漸龐大,風(fēng)電比重將進(jìn)一步提高,其出力特性對(duì)電網(wǎng)的影響將越來越大；

2)在目前云南水電富余情況下,風(fēng)電集中區(qū)域往往也是水電集中區(qū)域或電網(wǎng)薄弱區(qū)域,對(duì)風(fēng)電消納及送出均有很大影響；

3)由于風(fēng)電等效滿負(fù)荷利用小時(shí)數(shù)遠(yuǎn)小于火電、水電,云南風(fēng)電場(chǎng)的大規(guī)模接入將造成電網(wǎng)設(shè)備利用率降低。

本文根據(jù)風(fēng)電實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)對(duì)云南的風(fēng)電出力特性進(jìn)行認(rèn)真分析,研究了云南風(fēng)電場(chǎng)的集群效應(yīng)、風(fēng)水互補(bǔ)特性,分析云南風(fēng)電消納、風(fēng)電發(fā)展存在的一些問題。研究成果為指導(dǎo)電網(wǎng)規(guī)劃、電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行有著重要意義。

1 云南風(fēng)電出力特性分析

1.1 月電量曲線

風(fēng)電發(fā)電量年內(nèi)分布有一定的規(guī)律性,結(jié)果如表1和圖1所示。2011～2013年,云南風(fēng)電發(fā)電量分別為9.3億千瓦時(shí)、28.1億千瓦時(shí)、44.6億千瓦時(shí),風(fēng)電發(fā)電量主要分布在枯期,豐枯期電量比維持在30：70左右 (豐期為5～10月,枯期為11～4月),年最大利用小時(shí)數(shù)在2100小時(shí)以上。一年中,發(fā)電量最大的月份一般為2～3月,發(fā)電量最小的月份為8～10月,一般僅為最大月發(fā)電量的20%～30%。

風(fēng)電的這種分布特點(diǎn)是由云南特殊的氣候和地理位置決定的,云南風(fēng)能資源總體呈現(xiàn)冬春季大,夏秋季小的特點(diǎn),因此風(fēng)電場(chǎng)出力也具有枯期出力大、豐期出力小的特性。

表1 2011～2013年云南風(fēng)電發(fā)電量情況單位：億千瓦時(shí)、小時(shí)

圖1 2011～2013年云南風(fēng)電月發(fā)電量曲線

1.2 月最大出力曲線

風(fēng)電月最大出力特性是相關(guān)輸變電系統(tǒng)設(shè)計(jì)的重要依據(jù)。云南風(fēng)電月最大出力曲線與月電量曲線變化趨勢(shì)一致,1～4月、11～12月出力大, 5～10月出力小。就單個(gè)風(fēng)電場(chǎng)而言,枯期風(fēng)電月最大出力維持在裝機(jī)容量的60～90%,豐期風(fēng)電月最大出力則大幅降低,8,9月份出現(xiàn)最低值,約為裝機(jī)容量的30%左右?？紤]集群效應(yīng)后,云南省風(fēng)電最大出力率明顯低于單座風(fēng)電場(chǎng),枯期風(fēng)電月最大出力維持在裝機(jī)容量的50～70%, 8,9月份出現(xiàn)最低值,最大出力約為裝機(jī)容量的20%左右,具體如圖2所示。

圖2 2012年云南省風(fēng)電月最大出力曲線

在設(shè)計(jì)風(fēng)電送出等相關(guān)輸變電配套工程時(shí)應(yīng)充分考慮這一特性,避免輸變電設(shè)備容量選擇過大,以節(jié)省投資。

1.3 日出力曲線

無論豐枯期,云南風(fēng)電在下午至晚上出力相對(duì)較大,上午至中午期間出力相對(duì)較小,其只有一個(gè)高峰值,約出現(xiàn)在19～20點(diǎn)左右,出力低谷則出現(xiàn)在11點(diǎn)左右。而云南典型日負(fù)荷曲線有兩個(gè)高峰,分別出現(xiàn)在11點(diǎn)和18～20點(diǎn)左右,低谷出現(xiàn)在凌晨4點(diǎn)左右。負(fù)荷早高峰時(shí),風(fēng)電出力則在低谷,消峰能力降低；而在負(fù)荷晚高峰時(shí),風(fēng)電出力也出現(xiàn)最大值,有很好的消峰作用,這在一定程度上緩解了系統(tǒng)在負(fù)荷高峰時(shí)段的調(diào)峰壓力。負(fù)荷低谷時(shí),風(fēng)電出力仍較大,約為裝機(jī)容量的60%。風(fēng)電的接入加大了日負(fù)荷曲線的峰谷差,增加部分約為風(fēng)電裝機(jī)容量的30%。

圖3 云南日負(fù)荷特性與風(fēng)電日出力曲線對(duì)比

因此,云南風(fēng)電存在正調(diào)峰和反調(diào)峰兩種情況。隨著風(fēng)電規(guī)模的逐漸增大,必須高度關(guān)注風(fēng)電反調(diào)峰問題。

1.4 風(fēng)電的保證出力及替代效益

云南電源結(jié)構(gòu)主要由水電和火電組成,其中水電裝機(jī)容量占到70%。由于水電豐枯出力懸殊,枯期發(fā)電量?jī)H占全年發(fā)電量的35%,因此枯期時(shí)必須補(bǔ)充大量火電來滿足負(fù)荷用電。

云南風(fēng)電豐期小枯期大的出力特性可作為云南枯期發(fā)電量的有益補(bǔ)充,減少對(duì)火電發(fā)電量的需求。另外,枯期系統(tǒng)存在大量的空閑容量,且有小灣、糯扎渡等年調(diào)節(jié)以上的水電站,可以與風(fēng)電相互調(diào)節(jié),平抑風(fēng)電波動(dòng),達(dá)到替代火電裝機(jī)的作用。

考慮風(fēng)電集群效應(yīng)后,云南省風(fēng)電出力有一定的保證率。通過近幾年運(yùn)行數(shù)據(jù)分析可以看出,在枯期,取保證率為95%的情況下,全省風(fēng)電在負(fù)荷高峰時(shí)段出力能夠達(dá)到30%左右,即風(fēng)電的火電替代效益約為風(fēng)電裝機(jī)容量的30%；取保證率為60%的情況下,全省風(fēng)電在負(fù)荷高峰時(shí)段出力能夠達(dá)到裝機(jī)容量的50%左右。

2 風(fēng)電與水電互補(bǔ)特性

云南風(fēng)電場(chǎng)出力具有枯期出力大、豐期出力小的特性,這與水電的豐枯季出力特性正好相反。近兩年云南水電豐枯發(fā)電量比例約為65%：35%,而風(fēng)電豐枯發(fā)電量比例約為30%：70%,水電和風(fēng)電發(fā)電量形成了良好的互補(bǔ)特性。

以2012年為例,風(fēng)電和水電出力曲線疊加后,綜合出力曲線的平均出力峰谷差降低,豐枯電量比減小為64%：36%。風(fēng)、水出力的這種特性有利于改善云南電源結(jié)構(gòu),緩解云南 “豐余枯缺”的結(jié)構(gòu)性矛盾。

表2 2012～2013年云南水電風(fēng)電發(fā)電量情況單位：億千瓦時(shí)

圖4 2012年云南風(fēng)電與小水電出力特性對(duì)比

3 風(fēng)電市場(chǎng)消納問題

由于云南風(fēng)電場(chǎng)出力具有枯期出力大、豐期出力小的特性,加上近期發(fā)展規(guī)模占全省電源裝機(jī)的比重也較小,云南主網(wǎng)基本能滿足風(fēng)電送出要求。僅在滇西北地區(qū),由于既是中小水電集中區(qū)域,又是風(fēng)電集中區(qū)域,且當(dāng)?shù)赜秒娯?fù)荷不大,外送通道能力又受電網(wǎng)動(dòng)態(tài)穩(wěn)定限制,豐期時(shí)部分地區(qū)出現(xiàn)棄風(fēng)現(xiàn)象。2011年～2013年,云南棄風(fēng)電量分別為1 186萬千瓦時(shí)、9 661萬千瓦時(shí)、17 988萬千瓦時(shí),占風(fēng)電發(fā)電量的 1.28%、3.44%、4.03%,主要發(fā)生在大理、麗江等地區(qū),每年的5～11月份,每天的棄風(fēng)時(shí)段主要發(fā)生在凌晨0：00-7：30的負(fù)荷低谷時(shí)段。而枯期風(fēng)電消納及送出則基本能滿足要求。

由于云南水電富余,特別是 “十二五”后兩年大型水電集中投產(chǎn),云南電力出現(xiàn)了總量富裕、供大于求的形勢(shì)。根據(jù)分析,2015年云南規(guī)劃裝機(jī)的工作容量遠(yuǎn)高于負(fù)荷的需要容量,枯水年多950～2400萬千瓦,平水年多1130～2450萬千瓦。2015年云南全年均存在富余電量,枯水年富余200億千瓦時(shí),平水年富余580億千瓦時(shí)。

2015年云南全年均存在富余電量的情況下,如果考慮風(fēng)電全部消納,風(fēng)電的接入將會(huì)造成火電利用小時(shí)數(shù)進(jìn)一步降低,并增加汛期水電的棄水電量,由于水電、風(fēng)電同屬綠色清潔能源,以一種清潔能源代替另一種清潔能源不利于節(jié)能減排效益的最大發(fā)揮；且根據(jù)云南省工信委下發(fā)的2013年云南電網(wǎng)發(fā)電調(diào)度原則,考慮到間歇性可再生能源變化隨機(jī)性大,發(fā)電能力波動(dòng)大,當(dāng)主網(wǎng)全面出現(xiàn)棄水時(shí),首先安排風(fēng)電、光伏為水電騰出發(fā)電空間。因此在汛期水電本身有大量富余的情況下,今后仍存在棄風(fēng)可能。

4 結(jié)束語

1)由于云南特殊的氣候和地理位置,風(fēng)能資源總體呈現(xiàn)冬春季大,夏秋季小的特點(diǎn),風(fēng)電場(chǎng)出力也具有枯期出力大、豐期出力小的特性。

2)云南風(fēng)電與水電的豐枯季出力特性相反,水電和風(fēng)電發(fā)電量形成了良好的互補(bǔ)特性,有利于改善云南電源結(jié)構(gòu),緩解云南 “豐余枯缺”的結(jié)構(gòu)性矛盾。

3)目前云南部分地區(qū)豐期時(shí)存在棄風(fēng)現(xiàn)象,在汛期水電本身有大量富余的情況下,今后風(fēng)電仍存在棄風(fēng)可能,應(yīng)協(xié)調(diào)好風(fēng)電與水電等其他電源的發(fā)展關(guān)系。

4)應(yīng)合理有序開發(fā)建設(shè)風(fēng)電,實(shí)現(xiàn)風(fēng)電就地消納,宜優(yōu)先開發(fā)資源好且位于負(fù)荷中心的風(fēng)電資源,避免風(fēng)電長(zhǎng)距離輸送。

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張虹,云南電網(wǎng)規(guī)劃研究中心。

Power Characteristics Of Yunnan Wind Power

CHEN Yixuan,CAI Baorui,ZHANG Hong,WANG Zhimin
(Yunnan Grid Planning Research Center,Kunming 650217,China)

Installed capacity of Yunnan Wind power developed larger and larger,the impact on the grid will be bigger and bigger, which must be scientificly and rigorously researched.In this paper,By using the gauged wind resources data and the recent energy management system(EMS)operating data from the dispatching department,an analysis is made of the characteristics of Yunnan wind power,and investigations are performed on the power characteristics of Yunnan wind farm cluster,.wind power digestion and wind power development problems.The research results can provide reference and basis for the Yunnan power grid planning and operation.

wind power；power characteristics；digestion；planning

TM73

B

1006-7345(2015)01-0087-04

2014-11-24

陳義宣 (1982),男,碩士,云南電網(wǎng)規(guī)劃研究中心,從事電力系統(tǒng)規(guī)劃及穩(wěn)定分析方面的工作 (e-mail)cyxnhm＠126.com。

蔡葆銳 (1975),男,高級(jí)工程師,云南電網(wǎng)規(guī)劃研究中心,從事電網(wǎng)規(guī)劃工作 (e-mail)cbaorui＠sina.com。