姬生才 張娉 馬雪

青海省太陽能資源豐富，按全國風(fēng)能資源分區(qū)劃分標(biāo)準(zhǔn)屬于Ⅳ類資源區(qū)。近年來，青海省光伏、風(fēng)電發(fā)展迅速。截至2016年年底，青海光伏并網(wǎng)發(fā)電裝機(jī)容量為6814MW，占全網(wǎng)電源總裝機(jī)容量的29.7%。已開發(fā)的光伏裝機(jī)規(guī)模中，94%分布在海西州和海南州;風(fēng)電裝機(jī)容量為685MW，其中，海西州已建成并網(wǎng)風(fēng)電項目666.5MW，占全省風(fēng)電總裝機(jī)容量的97%。根據(jù)青海省“十三五”能源發(fā)展規(guī)劃，至2020年年底，青海光伏裝機(jī)容量將達(dá)到24000MW，風(fēng)電裝機(jī)容量將達(dá)到7110MW。風(fēng)電、光伏發(fā)電出力存在間歇性、波動性和隨機(jī)性等特點，隨著青海省風(fēng)電、光伏并網(wǎng)規(guī)模的增大，其給電力系統(tǒng)電網(wǎng)建設(shè)、電源結(jié)構(gòu)配置和運行調(diào)度模式等帶來新的挑戰(zhàn)，應(yīng)對風(fēng)、光互補(bǔ)特性進(jìn)行研究，以使青海電網(wǎng)更好地消納新能源以及電力系統(tǒng)可調(diào)節(jié)電源更好地配合風(fēng)、光穩(wěn)定運行。

目前，國內(nèi)學(xué)者主要對風(fēng)、光典型日出力過程的互補(bǔ)特性進(jìn)行了研究，但對風(fēng)、光一個完整年出力過程的互補(bǔ)特性研究相對較少。本文將從電量效益和電力效益兩個方面提出風(fēng)、光互補(bǔ)特性指標(biāo)，對青海電網(wǎng)2020年風(fēng)、光一個完整年逐時出力過程進(jìn)行互補(bǔ)特性分析，以期提高風(fēng)電、光伏利用效率，促進(jìn)電網(wǎng)對風(fēng)電、光伏電量消納，促進(jìn)我國風(fēng)電、光伏可持續(xù)健康發(fā)展，保障電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行。

基礎(chǔ)數(shù)據(jù)

規(guī)劃水平年（2020年）光伏出力是根據(jù)多年平均8760h太陽輻射數(shù)據(jù)，綜合光伏組件和逆變器類型、運行方式及系統(tǒng)效率等因素，以裝機(jī)規(guī)模10MW光伏電站為基礎(chǔ)，模擬分析青海省各縣市光伏電站出力。然后根據(jù)10MW光伏電站出力，按照各縣市2020年規(guī)劃裝機(jī)規(guī)模，計算得到各縣市總出力，進(jìn)而得出規(guī)劃水平年區(qū)域逐時出力。

規(guī)劃水平年（2020年）風(fēng)電出力是根據(jù)規(guī)劃地區(qū)完整年逐10分鐘實測風(fēng)速數(shù)據(jù)及規(guī)劃基地數(shù)字化地形圖，結(jié)合推薦機(jī)型在當(dāng)?shù)乜諝饷芏认碌墓β是€，以裝機(jī)規(guī)模50MW風(fēng)電場為基礎(chǔ)，采用WindSim7.0軟件推算得到各縣市50MW風(fēng)電場出力。然后按照2020年各縣市規(guī)劃裝機(jī)規(guī)模，計算得到各縣市總出力，進(jìn)而得出區(qū)域逐時出力。

風(fēng)光互補(bǔ)特性指標(biāo)

風(fēng)電和光伏發(fā)電出力過程均具有不可調(diào)控性，兩者之間為自然互補(bǔ)。為研究風(fēng)電、光伏之間互補(bǔ)性，結(jié)合風(fēng)電、光伏的發(fā)電出力特性，本文從電量效益和電力效益兩個方面進(jìn)行風(fēng)、光互補(bǔ)特性分析。

一、電量效益指標(biāo)

風(fēng)電、光伏之間互補(bǔ)后的電量效益可通過年利用小時數(shù)、累積電量占比95%時出力系數(shù)、年不均衡系數(shù)、月發(fā)電量標(biāo)幺值以及日發(fā)電量平滑效應(yīng)等指標(biāo)進(jìn)行研究分析。

二、電力效益指標(biāo)

風(fēng)、光互補(bǔ)后的電力效益可通過最大出力、光伏大發(fā)時刻11時-16時保證率95%的逐時出力、最大日調(diào)峰需求、出力變率等指標(biāo)反映。青海風(fēng)光互補(bǔ)特性計算與分析

青海省太陽能、風(fēng)能等清潔能源開發(fā)布局主要集中在海西州、海南州——兩者均為千萬千瓦級可再生能源基地。為系統(tǒng)分析青海風(fēng)、光互補(bǔ)特性，將風(fēng)、光原始出力數(shù)據(jù)疊加，按照擬定的風(fēng)、光互補(bǔ)特性指標(biāo)，對海西州、海南州及青海全省的風(fēng)、光互補(bǔ)特性進(jìn)行分析。

一、海西州風(fēng)光互補(bǔ)特性

根據(jù)青海省“十三五”能源發(fā)展規(guī)劃，海西州2020年光伏裝機(jī)規(guī)模達(dá)到6960MW，風(fēng)電裝機(jī)規(guī)模達(dá)到2940MW，光伏裝機(jī)規(guī)模與風(fēng)電裝機(jī)規(guī)模比例為2.5：1。

（一）電量互補(bǔ)效益

海西州2020年風(fēng)、光互補(bǔ)后的電量效益見表3。由表可得，互補(bǔ)后的年利用小時數(shù)為1855h左右：累積電量占比95%時出力系數(shù)為50%左右（見圖1），相比互補(bǔ)前光伏下降13%;年不均衡系數(shù)為0.15，相比互補(bǔ)前風(fēng)電下降0.09，月發(fā)電量波動減小，平滑了季節(jié)性月均出力不均（見圖2）：月不均衡系數(shù)為0.25，相比互補(bǔ)前風(fēng)電下降0.3，日發(fā)電量波動減小。另外，風(fēng)、光互補(bǔ)后光伏小發(fā)時，風(fēng)電一般為大發(fā)或平發(fā);風(fēng)電小發(fā)時，光伏一般為大發(fā)或平發(fā)，風(fēng)、光同時小發(fā)的天數(shù)幾乎為0（見表4）。海西州2020年風(fēng)、光在氣象上具有一定的互補(bǔ)性。

（二）電力互補(bǔ)效益

海西州2020年風(fēng)、光互補(bǔ)后的電力效益指標(biāo)見表5。由表可得，海西州2020年風(fēng)、光互補(bǔ)后最大出力相對互補(bǔ)前風(fēng)、光最大出力之和下降4.1%左右：11時-16時逐時保證率95%時出力為2013～2823MW，相比互補(bǔ)前光伏增加469～501MW，增加了保證出力大小：最大日調(diào)峰需求為0.85，相比互補(bǔ)前光伏最大日調(diào)峰需求下降0.07，降低了調(diào)峰需求;裝機(jī)容量±20%內(nèi)逐時出力變率為99.27%，相比互補(bǔ)前光伏增加7.5%左右，出力更加集中，波動性減?。ㄒ妶D3）。海西州風(fēng)、光2020年具有一定的互補(bǔ)性。

二、海南州風(fēng)光互補(bǔ)特性

根據(jù)青海省“十三五”能源發(fā)展規(guī)劃，海南州2020年光伏裝機(jī)規(guī)模達(dá)到15515MW，風(fēng)電裝機(jī)規(guī)模達(dá)到4060MW，光伏裝機(jī)規(guī)模與風(fēng)電裝機(jī)規(guī)模比例為3.8：1。

（一）電量互補(bǔ)效益

海南州2020年風(fēng)、光互補(bǔ)后的電量效益見表6。由表可得，互補(bǔ)后的年利用小時數(shù)為1713h左右：累積電量占比95%時出力系數(shù)為57%左右（見圖4），相比互補(bǔ)前光伏下降12%左右;年不均衡系數(shù)為0.09，相比互補(bǔ)前風(fēng)電下降0.19，月發(fā)電量波動減小，平滑了季節(jié)性月均出力不均（見圖5）：月不均衡系數(shù)為0.33，相比互補(bǔ)前風(fēng)電下降0.41，日發(fā)電量波動減小。另外，風(fēng)、光互補(bǔ)后，光伏小發(fā)時，風(fēng)電主要為大發(fā)或平發(fā);風(fēng)電小發(fā)時，光伏一般為大發(fā)或平發(fā)，風(fēng)、光同時小發(fā)的天數(shù)較少，為14天（見表7）。海南州2020年風(fēng)、光在氣象上具有一定的互補(bǔ)性。

（二）電力互補(bǔ)效益

海南州2020年風(fēng)、光互補(bǔ)后的電力效益統(tǒng)計結(jié)果見表8。由表可得，互補(bǔ)后的最大出力相對互補(bǔ)前風(fēng)、光最大出力之和下降4.5%左右：11時-16時逐時保證率95%時出力為2437～3233MW，相比互補(bǔ)前光伏增加1196～1273MW，增加了保證出力大小：海南州風(fēng)電和光伏開發(fā)布局集中，互補(bǔ)后的最大日調(diào)峰需求為0.95，相比互補(bǔ)前光伏最大日調(diào)峰需求下降0.05，降低了調(diào)峰需求：裝機(jī)容量±20%內(nèi)逐小時出力變率為95.83%，相比互補(bǔ)前光伏增加9.5%左右，出力更加集中，波動性減小（見圖6）。海南州風(fēng)、光2020年具有一定的互補(bǔ)性。

三、青海省風(fēng)光互補(bǔ)特性

根據(jù)青海省“十三五”能源發(fā)展規(guī)劃，2020年光伏裝機(jī)規(guī)模達(dá)到24000MW，風(fēng)電裝機(jī)規(guī)模達(dá)到7110MW，光伏裝機(jī)規(guī)模與風(fēng)電裝機(jī)規(guī)模比例為3.4：1。

（一）電量互補(bǔ)效益

青海省2020年風(fēng)、光互補(bǔ)后的電量效益指標(biāo)見表9。由表可得，互補(bǔ)后的年利用小時數(shù)為1757h左右：累積電量占比95%時出力系數(shù)為52%左右（見圖7），相比互補(bǔ)前光伏下降12%左右;年不均衡系數(shù)為0.1，相比互補(bǔ)前風(fēng)電下降0.08，月發(fā)電量波動減小，平滑了季節(jié)性月均出力不均（見圖8）：月不均衡系數(shù)為0.23，相比互補(bǔ)前風(fēng)電下降0.25，日發(fā)電量波動減小。另外，風(fēng)、光互補(bǔ)后，光伏小發(fā)時，風(fēng)電主要為大發(fā)或平發(fā);風(fēng)電小發(fā)時，光伏一般為大發(fā)或平發(fā)，風(fēng)、光同時小發(fā)的天數(shù)較少，僅為1天（見表10）。青海省2020年風(fēng)、光在氣象上具有一定的互補(bǔ)性。

（二）電力互補(bǔ)效益

青海省2020年風(fēng)、光互補(bǔ)后的電力效益指標(biāo)見表11。由表可得。互補(bǔ)后的最大出力相比互補(bǔ)前風(fēng)、光電最大出力之和下降8%左右：11時-16時逐時保證率95%時出力為6736～8578MW，相比互補(bǔ)前光伏增加1747～1783MW，增加了保證出力大?。菏芎Ｄ吓c海西地區(qū)風(fēng)、光互補(bǔ)作用，互補(bǔ)后的最大日調(diào)峰需求為0.82，相比互補(bǔ)前光伏最大日調(diào)峰需求下降0.14，降低了調(diào)峰需求;裝機(jī)容量±20%內(nèi)逐小時出力變率為98.42%，相比互補(bǔ)前光伏增加8.4%左右，出力更加集中，波動性減?。ㄒ妶D9）。青海省風(fēng)、光2020年具有一定的互補(bǔ)性。

結(jié)論

光伏和風(fēng)電出力過程均具有不可調(diào)控性，相較而言，光伏有明顯的晝夜更替并且出力平穩(wěn)，風(fēng)電則每日的出力過程變化隨機(jī)。本文結(jié)合光伏、風(fēng)電發(fā)電出力特性，從電量效益和電力效益兩個方面提出風(fēng)、光互補(bǔ)特性指標(biāo)，并對青海海西州、海南州及全省2020年風(fēng)、光互補(bǔ)特性進(jìn)行計算分析。結(jié)果表明，風(fēng)、光互補(bǔ)后的累積電量占比95%時，出力系數(shù)相比互補(bǔ)前光伏降低約12%，風(fēng)、光同時小發(fā)的天數(shù)顯著低于僅光伏小發(fā)或風(fēng)電小發(fā)的天數(shù)：互補(bǔ)后的最大出力小于互補(bǔ)前風(fēng)、光電最大出力之和，提高了保證出力，裝機(jī)容量±20%范圍內(nèi)出力頻率增加，出力更加集中。由此可以看出，青海省風(fēng)、光在電量和電力效益方面均具有一定的互補(bǔ)特性。