青海省電力公司 龍勇 張祥成 靳寶寶 王元琛

多能互補(bǔ)發(fā)電技術(shù)在青海西部地區(qū)的應(yīng)用

青海省電力公司 龍勇 張祥成 靳寶寶 王元琛

本文以青海海西州格爾木地區(qū)“海西州多能互補(bǔ)集成優(yōu)化示范工程”為研究對(duì)象，對(duì)工程區(qū)域內(nèi)風(fēng)能和光能發(fā)電出力特性進(jìn)行詳細(xì)分析，在此基礎(chǔ)上論證多能互補(bǔ)發(fā)電技術(shù)在實(shí)踐環(huán)節(jié)的可行性，同時(shí)也為類似工程提供一定的參考。

多能互補(bǔ)；青海格爾木；出力特性

0 引言

太陽能、風(fēng)能發(fā)電因存在間歇性出力特性不穩(wěn)定等原因，造成在現(xiàn)實(shí)運(yùn)用中存在大規(guī)模棄光和棄風(fēng)現(xiàn)象。如果能夠在電源送出端對(duì)其出力特性進(jìn)行優(yōu)化后，再通過大電網(wǎng)之間的區(qū)域協(xié)同控制，那么大規(guī)模新能源接入將變得更高效和安全。多種新能源互補(bǔ)發(fā)電的理念在較早年就被提出和運(yùn)用[1-5]，但在大規(guī)模新能源基地運(yùn)用的可行性需慎重考慮。一般來說，要成功的運(yùn)用多能互補(bǔ)發(fā)電技術(shù)，對(duì)其地區(qū)的能源特性需要較常規(guī)能源更高的要求。首先，地區(qū)能源之間的出力特性必須滿足具有互補(bǔ)性，地域的分割在很多時(shí)候并不滿足能源的互補(bǔ)，也有時(shí)候并未分割的地域也具有能源的互補(bǔ)特性，這種現(xiàn)象往往在工程選站址的時(shí)候經(jīng)常出現(xiàn)；其次，選定具有互補(bǔ)特性新能源后，多種新能源之間的裝機(jī)規(guī)模配比如何決定也是一項(xiàng)具有挑戰(zhàn)的工作[9]。本文將對(duì)提出的第一點(diǎn)進(jìn)行詳細(xì)分析與研究。

1 工程概況

青海海西州多能互補(bǔ)集成優(yōu)化示范工程位于青海省海西蒙古族藏族自治州格爾木市境內(nèi)。工程規(guī)劃總裝機(jī)容量700MW，200MW光伏發(fā)電、400MW風(fēng)力發(fā)電、50MW光熱發(fā)電及50MW儲(chǔ)能。工程目標(biāo)是工程建成后，將光伏、光熱、風(fēng)電和儲(chǔ)能結(jié)合起來，形成風(fēng)、光（伏、熱）、儲(chǔ)多種能源的優(yōu)化組合，為青海主網(wǎng)提供優(yōu)質(zhì)的新能源電力輸出，有效的解決用電高峰期和低谷期電力輸出的不平衡問題和提高電網(wǎng)的穩(wěn)定性。

圖1 工程上網(wǎng)方案及相關(guān)電網(wǎng)

圖2 風(fēng)電出力——累積電量特性

圖3 風(fēng)力發(fā)電月平均出力

圖4 風(fēng)力發(fā)電每月日平均出力

工程中的光伏項(xiàng)目、光熱項(xiàng)目、儲(chǔ)能項(xiàng)目以及配套建設(shè)的330kV匯集站和生活區(qū)位置相對(duì)集中，均位于格爾木東出口光伏發(fā)電園區(qū)內(nèi)，在格爾木市東約17公里。風(fēng)電項(xiàng)目位于青海海西州大格勒地區(qū)，場(chǎng)址距離格爾木東50km，分布在G109國道北側(cè)和南側(cè)，南北側(cè)各布置200MW風(fēng)電。

為了配合多能互補(bǔ)集成優(yōu)化示范項(xiàng)目的新能源送出，統(tǒng)籌考慮地區(qū)電網(wǎng)規(guī)劃，建設(shè)相關(guān)電力送出配套工程。工程擬建設(shè)建設(shè)1座330kV匯集站，3座110kV升壓站。光熱建設(shè)1座110kV升壓站，以1回110kV線路接至330kV多能匯集站送出；風(fēng)電建設(shè)2座110kV升壓站，以4回110kV線路接至330kV多能匯集站送出；光伏發(fā)電以35kV電壓等級(jí)接入系統(tǒng)。光伏、風(fēng)電、光熱、儲(chǔ)能統(tǒng)一匯集于330kV多能匯集站后，以單回330kV線路接至330kV格爾木南匯集站，然后通過750kV柴達(dá)木變電站上網(wǎng)。

2 新能源出力特性

采用工程專業(yè)軟件對(duì)工程風(fēng)電，光伏和光熱出力特性進(jìn)行全年8760小時(shí)模擬分析。

2.1 風(fēng)力發(fā)電特性

由圖2風(fēng)電出力——累積電量特性可知，風(fēng)電的出力不超過0.7的累積電量占比約95.65%，其合理上網(wǎng)容量率為0.7pu，保證率為10.16%。

工程風(fēng)電的年利用小時(shí)數(shù)為2042小時(shí)。從圖3風(fēng)電出力的月特性看，風(fēng)電各月的平均出力在0.13～0.33之間，春季月平均出力較大，冬季月平均出力較小。

由圖4可知，風(fēng)電全年24小時(shí)平均出力峰值的最大值為0.45，出現(xiàn)在5月的20時(shí)，日平均出力峰值的最小值為0.05，出現(xiàn)在1月的15時(shí)。全年日出力平均出力峰值范圍為18時(shí)（當(dāng)天）～3時(shí)（第二天），峰谷范圍為9時(shí)～17時(shí)。

2.2 光伏發(fā)電特性

由圖5光伏出力——累積電量特性可知，光伏出力不超過0.8的累積電量占比約96.75%，其合理的上網(wǎng)容量率為0.8pu，保證率為8.15%。

工程光伏年利用小時(shí)數(shù)為1934小時(shí)。從圖6光伏出力的月特性看，光伏各月的平均出力在0.2～0.24之間，春季和秋季平均出力較大，夏季和冬季出力較小。

由圖7可知，光伏全年24小時(shí)平均出力峰值的最大值為0.79，出現(xiàn)在11月的13時(shí)，日平均出力峰值的最小值為0.57，出現(xiàn)在7月的14時(shí)。全年日出力平均出力峰值范圍為11時(shí)～14時(shí)。

圖5 光伏出力——累積電量特性

圖6 光伏發(fā)電月平均出力

圖7 光伏發(fā)電月平均出力

圖8 風(fēng)電出力——累積電量特性

2.3 光熱發(fā)電特性

由圖8光熱出力——累積電量特性可知，光熱發(fā)電出力不超過0.92的累積電量占比約95.74%。其合理的上網(wǎng)容量率為0.92pu，保證率為38.31%。

工程光熱發(fā)電的年利用小時(shí)數(shù)為3673小時(shí)。從圖9發(fā)電出力的月特性看，光熱各月的平均出力在0.29～0.65之間，秋冬季月平均出力較大，其余月份月平均出力較較小且波動(dòng)小。

由圖10可知，光熱發(fā)電全年24小時(shí)平均出力峰值的最大值為0.93，出現(xiàn)在11月的18時(shí)，日平均出力峰值的最小值為0.68，出現(xiàn)在7月的19時(shí)。全年日出力平均出力峰值范圍為15時(shí)～19時(shí)。

3 多能互補(bǔ)特性

通過對(duì)2.1～2.3小節(jié)新能源出力的8760小時(shí)進(jìn)行疊加，從而研究新能源的互補(bǔ)特性，如圖11、圖12所示，如果采用單一新能源直接并網(wǎng)，除風(fēng)電以外的新能源的最低出力為0萬千瓦，但若采用多種新能源打捆并網(wǎng)，其月出力的最低點(diǎn)得到提升，同時(shí)24小時(shí)曲線整體位置也得到了提升。

此外，由多能互補(bǔ)發(fā)電出力-保證率-電量累計(jì)曲線可知，當(dāng)采用多能互補(bǔ)方式送出時(shí)，當(dāng)出力為裝機(jī)容量0.5時(shí)，電量累計(jì)已達(dá)到95%；當(dāng)出力為裝機(jī)容量的0.65時(shí)，電量累計(jì)達(dá)到100%。因此，多能互補(bǔ)發(fā)電較傳統(tǒng)的單一類型發(fā)電在電力保障和電量保證更具有優(yōu)勢(shì)，說明工程采用多能互補(bǔ)送出方案具有可行性。

4 結(jié)論

隨著新能源的不斷發(fā)展，其接入系統(tǒng)的規(guī)模所占比重也逐漸上升。為了解決新能源上網(wǎng)間歇性及波動(dòng)性等問題，使新能源更高效的為國民經(jīng)濟(jì)服務(wù)，一些新理論及技術(shù)在此過程中不斷被應(yīng)用和檢驗(yàn)。

圖9 光伏發(fā)電月平均出力

圖10 光伏發(fā)電月平均出力

圖11 多能互補(bǔ)特性分析（標(biāo)幺值）

圖12 多能互補(bǔ)特性分析（有名值，單位：萬千瓦）

本文以青海西部地區(qū)的“海西州多能互補(bǔ)集成優(yōu)化示范工程”實(shí)際工程為研究對(duì)象，在詳細(xì)研究各類單一能源特性基礎(chǔ)上對(duì)工程互補(bǔ)特性可行性進(jìn)行分析與驗(yàn)證。本文采用的研究手段與方法對(duì)類似工程具有一定的指導(dǎo)意義。

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