河南省寶豐縣風(fēng)光儲(chǔ)一體化研究

摘要：本文為風(fēng)光儲(chǔ)一體化開(kāi)發(fā)模式研究。開(kāi)發(fā)寶豐縣風(fēng)電、光伏資源，并配套建設(shè)抽水蓄能電站，最終使寶豐縣新能源完成電網(wǎng)友好型的高比例開(kāi)發(fā)，可為河南省非水可再生能源占比的提升做出貢獻(xiàn)。

關(guān)鍵詞：寶豐縣;風(fēng)光儲(chǔ)一體化;建設(shè)條件;經(jīng)濟(jì)效益

1 概述

寶豐縣，隸屬于河南省平頂山市，地處北緯33°47′～34°02′，東經(jīng)112°43′～113°18′。寶豐縣地處北緯33°47′～34°02′，東經(jīng)112°43′～113°18′。位于河南省中西部外方山東麓，北依汝河，南臨沙河。東和東南與平頂山市郊區(qū)接壤，南和西南與魯山縣、平頂山市區(qū)及石龍區(qū)相連，西北與汝州市交界，北和東北與郟縣毗鄰。東西長(zhǎng)54km，南北寬27km，全縣總面積722km2，其中城區(qū)面積12.7km2。

寶豐縣地屬暖溫帶，為半濕潤(rùn)大陸性季風(fēng)氣候，四季分明，以春旱多風(fēng)，夏熱多雨，秋溫氣爽，冬寒少雪為特征。年平均氣溫14.5℃，降水量769.6mm，日照2183.7h，無(wú)霜期215d?？h內(nèi)地勢(shì)西高東低，西部最高山峰為寶豐與魯山交界處的無(wú)名山峰，海拔740m，東部最高山峰為擂鼓臺(tái)，海拔505m，最低處是東部鬧店鎮(zhèn)的洪寺?tīng)I(yíng)村，海拔98m。東、西部多山，中部平原與丘陵相間。

建設(shè)寶豐縣風(fēng)光儲(chǔ)一體化多能互補(bǔ)基地是落實(shí)國(guó)家“碳達(dá)峰、碳中和”戰(zhàn)略的需要，是推動(dòng)火電大省河南省實(shí)現(xiàn)雙碳目標(biāo)保障未來(lái)能源電力發(fā)展的需要，響應(yīng)能源產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型發(fā)展要求，開(kāi)創(chuàng)平頂山市能源革命新局面的需要，是鄉(xiāng)村振興推動(dòng)建設(shè)“以人為本、環(huán)境舒適、配套完善、文明和諧”新寶豐的需要。

2 風(fēng)光儲(chǔ)項(xiàng)目選址

寶豐縣風(fēng)光儲(chǔ)資源主要集中在西部觀音堂鄉(xiāng)區(qū)域，本次在寶豐縣境內(nèi)規(guī)劃風(fēng)電場(chǎng)、光伏電站和抽水蓄能電站裝機(jī)容量分別為800MW、200MW和300MW。

2.1 風(fēng)電場(chǎng)選址

1）觀音堂鄉(xiāng)栗樹(shù)廟村150MW風(fēng)電場(chǎng)址位于寶豐縣觀音堂鄉(xiāng)，項(xiàng)目占地面積約2250畝，場(chǎng)區(qū)位于寶豐縣西北部，與寶豐縣城直線距離約30km，場(chǎng)區(qū)內(nèi)大部分為丘陵高地。

2） 觀音堂鄉(xiāng)北水峪村250MW風(fēng)電場(chǎng)址位于寶豐縣觀音堂鄉(xiāng)，項(xiàng)目占地面積約4920畝，場(chǎng)區(qū)位于寶豐縣西南部，與寶豐縣城直線距離約28km，場(chǎng)區(qū)內(nèi)大部分為丘陵高地。

3） 觀音堂鄉(xiāng)羅頂村220MW風(fēng)電場(chǎng)址位于寶豐縣觀音堂鄉(xiāng)，項(xiàng)目占地面積約4290畝，場(chǎng)區(qū)位于寶豐縣西北部，與寶豐縣城直線距離約29km，場(chǎng)區(qū)內(nèi)大部分為丘陵高地。

4） 觀音堂鄉(xiāng)余家村180MW風(fēng)電場(chǎng)址位于寶豐縣觀音堂鄉(xiāng)，項(xiàng)目占地面積約3690畝，場(chǎng)區(qū)位于寶豐縣西部，與寶豐縣城直線距離約26km，場(chǎng)區(qū)內(nèi)大部分為丘陵高地。

2.2 光伏電站選址

1） 觀音堂鄉(xiāng)馬堂村150MW光伏電站位于寶豐縣觀音堂鄉(xiāng)，項(xiàng)目占地面積約3790畝，場(chǎng)區(qū)位于寶豐縣西部，與寶豐縣城直線距離約23km，場(chǎng)區(qū)內(nèi)大部分為丘陵緩坡地帶。

2） 觀音堂鄉(xiāng)宋溝村50MW光伏電站位于寶豐縣觀音堂鄉(xiāng)，項(xiàng)目占地面積約1250畝，場(chǎng)區(qū)位于寶豐縣西部，與寶豐縣城直線距離約26km，場(chǎng)區(qū)內(nèi)大部分為丘陵緩坡地帶。

2.3 抽水蓄能電站選址

2020年7月，國(guó)家發(fā)展改革委下達(dá)了水電前期工作2020年中央預(yù)算內(nèi)投資計(jì)劃，批準(zhǔn)同意立項(xiàng)開(kāi)展河南省抽水蓄能電站選點(diǎn)規(guī)劃調(diào)整工作。2020年8月經(jīng)招標(biāo)確定中國(guó)電建集團(tuán)中南勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司（以下簡(jiǎn)稱“中南院”）和黃河勘測(cè)規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院有限公司共同承擔(dān)本項(xiàng)目勘察設(shè)計(jì)工作，其中中南院為牽頭單位。我公司隨即牽頭對(duì)河南全省抽水蓄能資源點(diǎn)進(jìn)行了復(fù)查，共普查出基本具備抽水蓄能電站建設(shè)條件的資源點(diǎn)191個(gè)。在站點(diǎn)普查的基礎(chǔ)上，根據(jù)站點(diǎn)的地理位置、地形地質(zhì)條件、水源條件、工程布置條件、環(huán)境影響因素、接入系統(tǒng)等方面綜合比較分析，梳理出了一批建設(shè)條件相對(duì)較好的站點(diǎn)。

3 建設(shè)條件分析

3.1 資源情況分析

河南省屬風(fēng)能資源可利用Ⅳ類地區(qū)，風(fēng)電可開(kāi)發(fā)資源總體條件一般，而且區(qū)域分布不均。隨著我國(guó)風(fēng)機(jī)制造技術(shù)的不斷進(jìn)步，河南省平原區(qū)100米高度年平均風(fēng)速在4.8m/s～5.5m/s之間風(fēng)能資源有望得以開(kāi)發(fā)利用。對(duì)區(qū)域資源進(jìn)行初步分析，河南省寶豐縣平均風(fēng)速在4.5m/s～6.0m/s之間，風(fēng)功率密度在140W/m2～240W/m2之間。風(fēng)能資源相對(duì)較豐富區(qū)域主要分布在寶豐縣西部的山區(qū)。其中馬堂鄉(xiāng)風(fēng)能資源相對(duì)最好，中、東部平原地區(qū)處于窩風(fēng)區(qū)域，風(fēng)能資源相對(duì)較差。

河南省太陽(yáng)能資源屬Ⅲ類地區(qū)，年平均太陽(yáng)總輻射在4300～5000MJ/m2之間，多年平均光伏等效滿負(fù)荷利用小時(shí)在900～1100小時(shí)。寶豐縣多年太陽(yáng)輻射分布基本穩(wěn)定，其數(shù)值區(qū)間絕大部分穩(wěn)定在4800MJ/m2左右，多年平均年日照百分率在41%～54%，年平均日照數(shù)2100h。寶豐縣的太陽(yáng)能資源屬于C類“豐富”地區(qū)，太陽(yáng)能資源具有一定的開(kāi)發(fā)前景。寶豐西部馬堂鄉(xiāng)一帶緩坡荒地較多，具備建設(shè)光伏電站場(chǎng)址。

3.2 發(fā)電量估算

寶豐縣2025年風(fēng)電規(guī)劃裝機(jī)容量力爭(zhēng)達(dá)到800MW。結(jié)合全市風(fēng)能資源分布特點(diǎn)和風(fēng)機(jī)技術(shù)發(fā)展水平以及發(fā)展趨勢(shì)，經(jīng)測(cè)算，屆時(shí)每年可為電網(wǎng)提供綠色電能約12億kWh。

預(yù)計(jì)光伏電站建成后，總上網(wǎng)電量為2億kWh，年等效滿負(fù)荷利用小時(shí)為1000h，容量系數(shù)為0.115。

3.3 地質(zhì)條件

根據(jù)區(qū)域地質(zhì)資料，工程區(qū)及附近無(wú)大的活動(dòng)性斷裂與發(fā)震構(gòu)造分布。依據(jù)《中國(guó)地震動(dòng)參數(shù)區(qū)劃圖》（GB18306-2015），擬建工程區(qū)50年超越概率10%的地震動(dòng)峰值加速度0.05g，相應(yīng)地震基本烈度為Ⅵ度，地震動(dòng)反應(yīng)譜特征周期為0.35s。根據(jù)《水電水利工程區(qū)域構(gòu)造穩(wěn)定性勘察技術(shù)規(guī)程》（DL/T 5335-2006）中區(qū)域構(gòu)造穩(wěn)定性分級(jí)，本區(qū)屬區(qū)域構(gòu)造穩(wěn)定性好。

按照《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50011-2010），本工程場(chǎng)地處于低山、丘陵區(qū)，地基土類型主要為中硬土～巖石，屬對(duì)抗震一般地段。覆蓋層厚度一般小于3.0m，局部大于3.5m，建筑場(chǎng)地類別為II類。設(shè)計(jì)地震分組為第一組。

場(chǎng)區(qū)內(nèi)地貌類型為構(gòu)造、剝蝕山地，為低山、丘陵地貌類型。地表植被覆蓋較好，邊坡整體基本穩(wěn)定，場(chǎng)區(qū)不良地質(zhì)作用不甚發(fā)育。

綜上所述，場(chǎng)地基本穩(wěn)定，較適宜本工程的建設(shè)。

3.4 施工安裝條件

寶豐縣交通運(yùn)輸條件便利，規(guī)劃場(chǎng)址附近有多條省道通過(guò)，設(shè)備和施工資源可通過(guò)省道并結(jié)合鄉(xiāng)村公路、機(jī)耕道路到達(dá)電站場(chǎng)址。現(xiàn)狀通村道路寬度為3～4m寬，需進(jìn)行拓寬，進(jìn)場(chǎng)道路選擇盡量避免房屋拆遷、不占農(nóng)田。

施工用電可以從各規(guī)劃施工場(chǎng)區(qū)附近的10kV線路引接至風(fēng)電場(chǎng)建設(shè)場(chǎng)區(qū)，同時(shí)另需配置移動(dòng)式柴油發(fā)電機(jī)作為備用。工程施工生活用水、生產(chǎn)用水可在靠近升壓站附近打深井取水或修建蓄水池引用山澗泉水。工程建設(shè)所需砂石料、水泥、鋼材、磚等建筑材料可從附近的鄉(xiāng)鎮(zhèn)進(jìn)行購(gòu)買。

4 一體化配置研究

本項(xiàng)目按風(fēng)光水儲(chǔ)一體化項(xiàng)目模式進(jìn)行開(kāi)發(fā)，利用抽水蓄能的調(diào)節(jié)作用，降低風(fēng)電、光伏棄電率，使項(xiàng)目整體運(yùn)行達(dá)到最優(yōu)化。

4.1 調(diào)節(jié)機(jī)制研究

基地風(fēng)電場(chǎng)及光伏電站出力具有較大隨機(jī)性或間歇性，從出力理論分析和已有風(fēng)電場(chǎng)及光伏電站實(shí)際運(yùn)行情況看，本基地電力輸送至電網(wǎng)后會(huì)對(duì)電網(wǎng)造成一定程度影響。因此，本階段暫將基地出力與預(yù)測(cè)負(fù)荷相似度作為調(diào)節(jié)電站的調(diào)節(jié)機(jī)制進(jìn)行研究。

本次研究引入了相關(guān)系數(shù)概念對(duì)基地出力與預(yù)測(cè)負(fù)荷相似度進(jìn)行量化，對(duì)抽水蓄能調(diào)節(jié)基地風(fēng)光出力效果進(jìn)行評(píng)估。

4.2 基地一體化配置研究

基地產(chǎn)生的電力送至電網(wǎng)后可抽水蓄能電站的調(diào)節(jié)作用改善基地電力質(zhì)量。抽水蓄能電站總裝機(jī)容量300MW，滿發(fā)能力為6h，抽水時(shí)長(zhǎng)為8h。

根據(jù)已有資料對(duì)負(fù)荷進(jìn)行預(yù)測(cè)，采用抽水蓄能電站以出力曲線和負(fù)荷曲線相關(guān)系數(shù)最大為原則對(duì)基地出力進(jìn)行調(diào)節(jié)。通過(guò)抽水蓄能電站調(diào)節(jié)，基地出力與預(yù)測(cè)負(fù)荷相關(guān)性明顯得到改善，曲線相似度更高，優(yōu)化了基地出力，提升了電能質(zhì)量。經(jīng)初步測(cè)算，在抽水蓄能電站調(diào)節(jié)前基地風(fēng)光出力與預(yù)測(cè)負(fù)荷相關(guān)性為0.35，調(diào)節(jié)后基地出力與預(yù)測(cè)負(fù)荷相關(guān)性為0.95。說(shuō)明使用抽水蓄能電站的調(diào)節(jié)后，風(fēng)電、光伏的出力與電網(wǎng)負(fù)荷匹配度更高，能夠降低對(duì)電網(wǎng)的沖擊，提高新能源出力的穩(wěn)定性。

5 投資估算

寶豐縣規(guī)劃風(fēng)電場(chǎng)單位千瓦投資在7200元/kW～8600元/kW之間，靜態(tài)投資約65億元。

光伏電站工程投資估算根據(jù)國(guó)家、部門和河南省現(xiàn)行有關(guān)規(guī)定和標(biāo)準(zhǔn)，并參考已建光伏發(fā)電項(xiàng)目造價(jià)水平進(jìn)行匡算。經(jīng)匡算，靜態(tài)投資7.6億元，單位千瓦投資3800元/kW。

抽水蓄能電站按單位千瓦投資6000元/kW匡算，工程靜態(tài)總投資約18億元。

6 經(jīng)濟(jì)效益與社會(huì)效益

6.1 經(jīng)濟(jì)效益

寶豐縣規(guī)劃風(fēng)電場(chǎng)單位千瓦投資在7200元/kW～8600元/kW之間，2025年規(guī)劃風(fēng)電場(chǎng)全部建成投產(chǎn)，可帶動(dòng)固定資產(chǎn)投資約65億元;光伏電站單位千瓦靜態(tài)投資3800元/kW，全部建成投產(chǎn)，可帶動(dòng)固定資產(chǎn)投資約7.6億元。運(yùn)營(yíng)期每年可為地方政府帶來(lái)約5000萬(wàn)元的稅收。

項(xiàng)目的建設(shè)會(huì)帶動(dòng)地區(qū)相關(guān)的建材、交通、裝備制造等相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，并對(duì)擴(kuò)大就業(yè)和發(fā)展第三產(chǎn)業(yè)起到一定的促進(jìn)作用，有利于地區(qū)經(jīng)濟(jì)的全面發(fā)展和社會(huì)進(jìn)步。

風(fēng)電和光伏場(chǎng)區(qū)按規(guī)劃實(shí)施植被恢復(fù)，種植灌木、花草，結(jié)合當(dāng)?shù)氐姆N植業(yè)和特色小鎮(zhèn)規(guī)劃等，可行成一個(gè)獨(dú)特的旅游景點(diǎn)，從而促進(jìn)當(dāng)?shù)芈糜螛I(yè)的發(fā)展。

6.2 社會(huì)效益

風(fēng)力和光伏發(fā)電是目前在技術(shù)上和經(jīng)濟(jì)上最具有開(kāi)發(fā)價(jià)值的能源利用方式之一，發(fā)展風(fēng)電和光伏可以節(jié)約常規(guī)能源，減少常規(guī)能源（主要是火電）消耗帶來(lái)的環(huán)境能夠污染和生態(tài)破壞。本次研究項(xiàng)目建設(shè)后帶來(lái)的社會(huì)效益和環(huán)境效益主要指項(xiàng)目開(kāi)發(fā)建設(shè)帶來(lái)風(fēng)機(jī)裝備產(chǎn)業(yè)的市場(chǎng)發(fā)展、優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)、促進(jìn)風(fēng)機(jī)技術(shù)進(jìn)步、增加財(cái)務(wù)收入、提供勞動(dòng)就業(yè)機(jī)會(huì)以及節(jié)能減排等方面的社會(huì)和環(huán)境效益。

7 結(jié)論建議

1） 利用寶豐縣規(guī)劃抽水蓄能電站未來(lái)的調(diào)節(jié)性能，配套建設(shè)風(fēng)電、光伏項(xiàng)目，打造寶豐縣風(fēng)光儲(chǔ)一體化基地，是寶豐縣進(jìn)一步提升新能源裝機(jī)規(guī)模的有效方式。本階段初步規(guī)劃風(fēng)電800MW、光伏200MW，抽蓄容量為300MW。

2） 寶豐縣風(fēng)電、光伏建設(shè)條件較好，項(xiàng)目發(fā)電量較高、項(xiàng)目投資相對(duì)較低，具備較好的經(jīng)濟(jì)效益。

3） 為響應(yīng)國(guó)家碳達(dá)峰和碳中和的目標(biāo)，促進(jìn)河南省非水可再生能源占比，建議盡快啟動(dòng)規(guī)劃項(xiàng)目的前期工作，爭(zhēng)取省能源局開(kāi)發(fā)指標(biāo)。同時(shí)做好抽蓄電站的前期規(guī)劃對(duì)接，盡快推動(dòng)寶豐縣風(fēng)光儲(chǔ)一體化項(xiàng)目的整體建設(shè)。

參考文獻(xiàn)

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[4]NB/T10072-2018《抽水蓄能電站設(shè)計(jì)規(guī)范》[S]

作者簡(jiǎn)介：王桂林（1979-），男，碩士，高級(jí)工程師，研究方向水電站動(dòng)能經(jīng)濟(jì)。