寧夏太陽(yáng)山地區(qū)風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)建設(shè)可行性研究

陳征宇

（寧夏鹽池哈納斯風(fēng)光發(fā)電有限公司，寧夏 銀川750001）

0 引言

風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)是利用風(fēng)能與太陽(yáng)能天然互補(bǔ)性，集風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電為一體的發(fā)電系統(tǒng)，其相對(duì)于獨(dú)立的風(fēng)電項(xiàng)目和光伏發(fā)電項(xiàng)目，在提高資源利用率、平滑出力曲線、解決電網(wǎng)接入問(wèn)題等方面均具備較大優(yōu)勢(shì)，有著很好的應(yīng)用前景。

1 寧夏太陽(yáng)山地區(qū)風(fēng)力發(fā)電及光伏發(fā)電概況

太陽(yáng)山地區(qū)是寧夏回族自治區(qū)一個(gè)主要的新能源發(fā)電項(xiàng)目示范基地，自2007年至今，已有近十家電力企業(yè)在此開發(fā)風(fēng)力發(fā)電項(xiàng)目和光伏發(fā)電項(xiàng)目。截至2013年末，太陽(yáng)山地區(qū)已累計(jì)建成投產(chǎn)風(fēng)電容量約600MW，光伏發(fā)電容量約110MWp。

2 太陽(yáng)山地區(qū)已運(yùn)行風(fēng)、光發(fā)電項(xiàng)目情況

中鋁寧夏能源集團(tuán)太陽(yáng)山風(fēng)電場(chǎng)一期45MW工程于2008年并網(wǎng)發(fā)電，安裝60臺(tái)國(guó)產(chǎn)金風(fēng)S50／750型風(fēng)機(jī)，通過(guò)1臺(tái)50MVA變壓器升壓至110kV后接入電網(wǎng)。2010年，根據(jù)生產(chǎn)需要50MVA變壓器內(nèi)另行接入了10MWp光伏發(fā)電設(shè)備，與原有45MW風(fēng)電設(shè)備共同運(yùn)行。以下對(duì)其2011年度運(yùn)行數(shù)據(jù)（表1）進(jìn)行分析。

表12011年度運(yùn)行數(shù)據(jù)（日間為8：00—18：00，夜間為18：00—次日8：00）

根據(jù)表1數(shù)據(jù)可以看出：（1）各月風(fēng)力發(fā)電項(xiàng)目白天發(fā)電量低于夜間發(fā)電量，而光伏發(fā)電項(xiàng)目則相反，在發(fā)電時(shí)間上兩者具有較好的互補(bǔ)性；（2）風(fēng)力發(fā)電項(xiàng)目7、8、9月發(fā)電量較低，1、2、3、4、11、12月發(fā)電量較大；光伏發(fā)電項(xiàng)目1、2、11、12月發(fā)電量較小，6、7、8、9月發(fā)電量較大，在資源利用上兩者具有較好的互補(bǔ)性。

由圖1可知，2011年度風(fēng)電功率大于42MW且光伏發(fā)電功率大于8MW，使得主變（50MVA）可能發(fā)生過(guò)負(fù)荷的時(shí)長(zhǎng)僅為1h，占全年光伏發(fā)電時(shí)間3650h的0.03%，可忽略不計(jì)。其余時(shí)間，風(fēng)力發(fā)電項(xiàng)目與光伏發(fā)電項(xiàng)目均可保持同時(shí)安全穩(wěn)定運(yùn)行。

圖12011年度風(fēng)、光發(fā)電項(xiàng)目功率重合頻次圖（光功率≥8 MW）

3 太陽(yáng)山地區(qū)風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)建設(shè)可行性分析

鑒于風(fēng)、光發(fā)電項(xiàng)目在資源和時(shí)間上的天然互補(bǔ)性以及太陽(yáng)山地區(qū)風(fēng)、光功率重合頻次分布情況，筆者認(rèn)為：可在太陽(yáng)山地區(qū)現(xiàn)有風(fēng)電項(xiàng)目的基礎(chǔ)上，在同一區(qū)域內(nèi)按照一定比例再建設(shè)一定容量的光伏發(fā)電項(xiàng)目，風(fēng)力發(fā)電項(xiàng)目與光伏發(fā)電項(xiàng)目混合布置、共用輸變電設(shè)備，統(tǒng)一運(yùn)行維護(hù)，形成風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)，以便更加充分地利用風(fēng)、光資源，并提高輸變電設(shè)備利用率。下面，仍以表1運(yùn)行數(shù)據(jù)為依據(jù)，計(jì)算適合太陽(yáng)山風(fēng)電場(chǎng)一期工程的光伏發(fā)電冗余量。

3.1 冗余量計(jì)算方法

以不超過(guò)主變輸送容量上限為原則，計(jì)算各種風(fēng)光資源狀況下可配置的光伏發(fā)電冗余量。風(fēng)力發(fā)電容量以現(xiàn)有機(jī)組額定容量為準(zhǔn)，主變有功輸送能力按照正常運(yùn)行時(shí)系統(tǒng)功率因數(shù)0.98計(jì)算。則：

式中，Q為光伏發(fā)電冗余量；cosφ為主變功率因數(shù)，cosφ＝0.98；S為主變額定容量；P1為風(fēng)電功率；K為光伏發(fā)電系統(tǒng)綜合效率，K＝0.75。

3.2 太陽(yáng)山風(fēng)電場(chǎng)一期工程光伏發(fā)電冗余量計(jì)算

通過(guò)圖2可知：

（1）全年風(fēng)電功率大于42MW的極端天氣僅為1h，占統(tǒng)計(jì)時(shí)長(zhǎng)8760h的比例為0.01%，可忽略不計(jì)。

（2）全年風(fēng)電功率大于35MW且小于42MW的時(shí)長(zhǎng)為948h，占統(tǒng)計(jì)時(shí)長(zhǎng)8760h的10.82%，與光伏設(shè)備發(fā)電時(shí)間重合412h，占光伏發(fā)電設(shè)備發(fā)電時(shí)長(zhǎng)3650h的11.29%。此種情況下，光伏發(fā)電的最大冗余量為18.5MWp。

（3）全年風(fēng)電功率大于25MW 且小于35MW的時(shí)長(zhǎng)為1842h，占統(tǒng)計(jì)時(shí)長(zhǎng)8760h的21.03%，與光伏設(shè)備發(fā)電時(shí)間重合903h，占光伏發(fā)電設(shè)備發(fā)電時(shí)長(zhǎng)3650h的24.74%。此種情況下，按平均負(fù)荷30MW計(jì)算，光伏發(fā)電的冗余量為25MWp。

（4）全年風(fēng)電功率小于25MW 的時(shí)長(zhǎng)為5969h，占統(tǒng)計(jì)時(shí)長(zhǎng)8760h的68.14%，與光伏設(shè)備發(fā)電時(shí)間重合2334h，占光伏發(fā)電設(shè)備發(fā)電時(shí)長(zhǎng)3650h的63.95%。此種情況下，光伏發(fā)電的最大冗余量為32MWp。

綜上所述，全年太陽(yáng)山風(fēng)電場(chǎng)一期工程風(fēng)電功率小于35MW的時(shí)長(zhǎng)占全年統(tǒng)計(jì)時(shí)長(zhǎng)的87.17%，與光伏設(shè)備發(fā)電時(shí)間重合時(shí)長(zhǎng)占光伏發(fā)電設(shè)備發(fā)電時(shí)長(zhǎng)3650h的88.68%。太陽(yáng)山風(fēng)電場(chǎng)一期工程光伏發(fā)電冗余量可配置范圍為25～32MWp。

圖22011年一期風(fēng)電負(fù)荷時(shí)間分布狀況

4 風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)優(yōu)勢(shì)分析

風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)較單一風(fēng)力發(fā)電項(xiàng)目或光伏發(fā)電項(xiàng)目而言，具有以下幾方面優(yōu)勢(shì)：

4.1 降低工程建設(shè)投資和后期運(yùn)行維護(hù)成本

基于新能源發(fā)電項(xiàng)目自身較低的負(fù)荷同時(shí)率，風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)可在基本維持原有風(fēng)電項(xiàng)目建設(shè)規(guī)格的前提下正常運(yùn)行，使得大量輸變電設(shè)備能夠共用，有效節(jié)約了工程建設(shè)投資和后期運(yùn)行維護(hù)成本。

4.2 有效解決電網(wǎng)接入難題

利用太陽(yáng)能、風(fēng)能的互補(bǔ)特性，可以獲得比較穩(wěn)定的輸出，有效解決無(wú)風(fēng)或無(wú)陽(yáng)光天氣下，風(fēng)／光發(fā)電電力供應(yīng)中斷問(wèn)題，提高供電可靠性和穩(wěn)定性，彌補(bǔ)獨(dú)立風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電系統(tǒng)的不足。

4.3 便于統(tǒng)一調(diào)度

風(fēng)光互補(bǔ)后通過(guò)統(tǒng)一的通訊自動(dòng)化系統(tǒng)，各種運(yùn)行信息能夠快速、可靠地在調(diào)度機(jī)構(gòu)、電廠、升壓站間傳遞，便于調(diào)度統(tǒng)一管理。在涉網(wǎng)技改方面，大部分系統(tǒng)如信息上傳、電能質(zhì)量檢測(cè)、無(wú)功補(bǔ)償、風(fēng)光功率預(yù)測(cè)、功率控制等也可以公用。

4.4 易獲得銀行貸款

風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)使工程造價(jià)、運(yùn)行維護(hù)成本均有所降低，增強(qiáng)了新能源發(fā)電盈利能力，易獲得銀行貸款。

5 風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)初步建設(shè)方案

風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)示意圖如圖3所示。

圖3 風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)示意圖

6 結(jié)語(yǔ)

根據(jù)上述論述，太陽(yáng)能和風(fēng)能在時(shí)間和資源上的天然互補(bǔ)性使風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)具有了良好的應(yīng)用基礎(chǔ)。它的建成不僅能夠彌補(bǔ)獨(dú)立的風(fēng)力發(fā)電項(xiàng)目和光伏發(fā)電項(xiàng)目輸出波動(dòng)大、負(fù)荷不均勻等缺陷，同時(shí)還可以進(jìn)一步提升輸變電設(shè)備利用率，降低建設(shè)投資成本，提高項(xiàng)目盈利能力和電網(wǎng)適應(yīng)能力，是一種更加適合未來(lái)新能源發(fā)電項(xiàng)目規(guī)?；l(fā)展的新模式。