徐 琨 武, 楊 洋, 鄧 欽 宣

(四川足木足河流域水電開發(fā)有限公司,四川 成都 610041)

1 概 述

巴拉水電站開建以來,自2013開始就開展了腳木足河水情信息測報。從2014年開始,委托阿壩州水文局開展腳木足河汛期水情信息預報。2014年為最大(424.6 m3/s),2016年為最小(199 m3/s),從實測流量信息看,滿足巴拉水電站單機引用流量125.94 m3/s和23.6 m3/s生態(tài)流量的難度較大,長期處于低出力狀態(tài),運行經(jīng)濟性欠佳,經(jīng)營難度大。

為解決巴拉水電站運行時應對氣候條件變化的靈活性,依據(jù)《關(guān)于開展“十四五”水風光一體化可再生能源綜合開發(fā)基地專題研究的通知》等系列文件精神,立足巴拉水電站外部環(huán)境條件,按照“多規(guī)合一”的原則,充分發(fā)揮地區(qū)水能和太陽能的資源優(yōu)勢,開展多能一體化利用,因地制宜地開展水光一體化利用規(guī)劃,研究水光一體化開發(fā)模式[1],實現(xiàn)光伏平價和競價上網(wǎng),降低建設(shè)成本,提高水電面對自然條件的靈活性。

巴拉水電站水光一體化項目利用水電站的調(diào)節(jié)能力,在不新增送出通道建設(shè)投資的條件下,將水光電力打捆送出?；貎?nèi)新能源電站通過水光一體化運行后,基地內(nèi)的新能源上網(wǎng)電能及電網(wǎng)通道利用率均得到有效提升,同時,基地內(nèi)可再生能源綜合開發(fā)經(jīng)濟性亦得到改善,項目的建設(shè)符合國家能源發(fā)展戰(zhàn)略[2]。

2 巴拉水電站出力特性

下爾呷水電站受投資指標和生態(tài)紅線等多重因素影響,近期開發(fā)的可能性極小,巴拉水電站水光一體化開發(fā)研究以巴拉水電站單獨運行特性進行分析。

巴拉水電站單獨運行時,平水年利用小時數(shù)為3 291 h,平均發(fā)電量23.698億kW·h,枯水年利用小時數(shù)為2 484 h,平均發(fā)電量17.874億kW·h。從預想出力看,電站不存在受阻容量。以豐水年為例,從平均出力看,巴拉水電站1～3月份和12月份平均出力42.1～72.7 MW;4月、11月份平均出力172.7～209.6 MW;5～10月份平均出力約353.7～641.1 MW。

巴拉水電站豐水年豐期平均出力與預想出力之比在0.76左右,其中6～7月平均出力與預想出力之比0.86,具備一定的調(diào)節(jié)能力。

3 光伏電站出力特性

3.1 年內(nèi)月平均出力曲線

巴拉水電站周邊規(guī)劃光伏電站年內(nèi)各月平均出力數(shù)據(jù)和各月平均出力曲線分別見表1和圖1。從光伏年內(nèi)出力特性看,區(qū)域光伏電站月平均出力系數(shù)為0.176;秋冬季(1～3月及10～12月)光伏組件效率隨溫度降低而升高,光伏出力較大,在0.189～0.201之間,其中11月最高;春夏季(4～9月)高溫多雨,光伏出力相對較小,在0.149～0.172之間,其中7月份最低。

圖1 光伏電站各月平均出力曲線圖(單位:MW)

表1 光伏電站年內(nèi)各月平均出力數(shù)據(jù) /MW

3.2 典型日平均出力曲線

腳木足河流域規(guī)劃光伏電站各月典型日平均出力見圖2。由圖可知,光伏電站出力主要在9～18時,日最大出力出現(xiàn)時段較為集中,在11～14時。

圖2 光伏電站各月典型日出力曲線圖(單位:MW)

4 水電與光伏發(fā)電出力年互補特性

從巴拉水電站平均出力看,呈現(xiàn)豐大枯小特性。豐水期差值較小和枯水期差值較大的特性,水電站具備日調(diào)節(jié)能力,按照水電站送出線路功率最大不超過裝機容量考慮,均具備接入光伏電站的空間。

從光伏特性來看,光伏全年月平均出力相對平穩(wěn),當年11月～次年2月光伏月平均出力最高,5～7月平均出力最低。光伏電站月平均出力顯現(xiàn)豐小枯大的出力特性,與巴拉水電站豐大枯小的出力特性有較好的互補性。具體到日內(nèi),光伏出力主要在一天中的9～18時,日最大出力出現(xiàn)時段較為集中,在11～14時。

當水電站的水庫具有一定的調(diào)節(jié)庫容時,水庫的蓄水可以平抑來水的短期波動,如果將水電站和光伏電站聯(lián)合運行,就可以用水電站的水庫調(diào)節(jié)能力平抑彌補光伏發(fā)電的短期波動,而光伏發(fā)電可以為水光一體化系統(tǒng)提供電量保證。因此,水電、光伏發(fā)電聯(lián)合運行時,水電站可以根據(jù)光伏出力的變化,動用自身的調(diào)蓄能力進行日內(nèi)調(diào)節(jié),平抑光伏發(fā)電的短期波動,且在白天光伏電站出力較大時,水電站可減小其出力并蓄水,在夜間水電站則工作于高出力狀態(tài)。

總之,水電、光伏發(fā)電的自身出力存在季節(jié)上的互補性,且水電站的日調(diào)節(jié)能力可與光伏發(fā)電有效結(jié)合,聯(lián)合運行時光伏發(fā)電對水電是有力的補充。

5 巴拉水電站光伏配比容量

根據(jù)巴拉水電站出力特性,在區(qū)域規(guī)劃光伏電站理論出力的基礎(chǔ)上,綜合考慮輻射數(shù)據(jù)、塵土覆蓋、組件性能、逆變器損耗等因素,對逐月理論出力進行修正,得出整個區(qū)域光伏電站出力特性參數(shù)。經(jīng)水光互補特性計算,相同光伏容量配置條件下,豐水年棄電率相對最大,枯水年棄電率最小。隨著綜合棄電率的增大,巴拉水電站可配置的光伏電站容量也同步增大。當綜合棄電率約為5%時,豐水年棄電率基本達到8.8%左右。當考慮綜合棄電率約為0%時,各電站配置的光伏容量未超過水電站裝機容量。

根據(jù)《四川省能源局關(guān)于報送2021年光伏發(fā)電、風電開發(fā)重點項目的通知》文件要求,水電站風光水互補開發(fā)項目中風電、光伏的規(guī)劃規(guī)模不得超過水電站裝機容量。因此,為滿足上述條件,同時充分考慮水光互補特性,采用綜合棄電量≈0%的光伏容量配置方案,即:巴拉水電站(746 MW):配置光伏容量最大約690 MW。

6 巴拉水電站水光互補運行的出力

巴拉水電站及其對應容量光伏電站,考慮枯水年、平水年及豐水年光伏電站綜合棄電率≈0%,經(jīng)互補特性計算,巴拉水電站對應可配置光伏電站容量約690 MW,各水文年方式下豐、枯期水光互補后的出力均不超出巴拉電站的裝機容量(746 MW)。因此,光伏電站可以與水電站經(jīng)互補后送出,疊加光伏電站將進一步增加豐枯期可送出的電量,光伏電站產(chǎn)生的電量可視為對巴拉水電站電量的有益補充,提升了通道利用率,實現(xiàn)水電、光伏、通道“1+1+1大于3”的綜合效益最大化[3]。

7 結(jié) 語

隨著水電能源的大力開發(fā),水電工程逐步進入各流域上游,但上游龍頭水庫不具備建設(shè)條件,受降雨匯流特點的影響,豐水年與枯水年、豐水季節(jié)與枯水季節(jié)之間的入庫流量相差很大,下游電站影響較大,年利用小時偏低,發(fā)電經(jīng)濟效益不佳。利用已規(guī)劃腳木足河流域現(xiàn)有水電送出通道送出光伏發(fā)電,在目前全國光伏發(fā)電“就近接入、就地消納”的基礎(chǔ)上,探索一種新型的可再生能源開發(fā)模式,對流域剩余梯級電站開發(fā)具有極大的參考價值[4]。這種開發(fā)模式和送出方式的推廣應用,將極大提高流域內(nèi)的可再生能源開發(fā)利用水平。受自然、外部環(huán)境等因素影響經(jīng)濟指標偏差的常規(guī)水電項目有了開發(fā)的可能性,諸如腳木足河下游達維水電站已著手開展水風光蓄一體化開發(fā)研究工作,建成后將形成腳木足河流域多元互補的清潔能源供應體系。