宁夏太阳山地区风光互补发电系统建设可行性研究

陈征宇

（宁夏盐池哈纳斯风光发电有限公司，宁夏 银川750001）

0 引言

风光互补发电系统是利用风能与太阳能天然互补性，集风力发电和光伏发电为一体的发电系统，其相对于独立的风电项目和光伏发电项目，在提高资源利用率、平滑出力曲线、解决电网接入问题等方面均具备较大优势，有着很好的应用前景。

1 宁夏太阳山地区风力发电及光伏发电概况

太阳山地区是宁夏回族自治区一个主要的新能源发电项目示范基地，自2007年至今，已有近十家电力企业在此开发风力发电项目和光伏发电项目。截至2013年末，太阳山地区已累计建成投产风电容量约600MW，光伏发电容量约110MWp。

2 太阳山地区已运行风、光发电项目情况

中铝宁夏能源集团太阳山风电场一期45MW工程于2008年并网发电，安装60台国产金风S50／750型风机，通过1台50MVA变压器升压至110kV后接入电网。2010年，根据生产需要50MVA变压器内另行接入了10MWp光伏发电设备，与原有45MW风电设备共同运行。以下对其2011年度运行数据（表1）进行分析。

表12011年度运行数据（日间为8：00—18：00，夜间为18：00—次日8：00）

根据表1数据可以看出：（1）各月风力发电项目白天发电量低于夜间发电量，而光伏发电项目则相反，在发电时间上两者具有较好的互补性；（2）风力发电项目7、8、9月发电量较低，1、2、3、4、11、12月发电量较大；光伏发电项目1、2、11、12月发电量较小，6、7、8、9月发电量较大，在资源利用上两者具有较好的互补性。

由图1可知，2011年度风电功率大于42MW且光伏发电功率大于8MW，使得主变（50MVA）可能发生过负荷的时长仅为1h，占全年光伏发电时间3650h的0.03%，可忽略不计。其余时间，风力发电项目与光伏发电项目均可保持同时安全稳定运行。

图12011年度风、光发电项目功率重合频次图（光功率≥8 MW）

3 太阳山地区风光互补发电系统建设可行性分析

鉴于风、光发电项目在资源和时间上的天然互补性以及太阳山地区风、光功率重合频次分布情况，笔者认为：可在太阳山地区现有风电项目的基础上，在同一区域内按照一定比例再建设一定容量的光伏发电项目，风力发电项目与光伏发电项目混合布置、共用输变电设备，统一运行维护，形成风光互补发电系统，以便更加充分地利用风、光资源，并提高输变电设备利用率。下面，仍以表1运行数据为依据，计算适合太阳山风电场一期工程的光伏发电冗余量。

3.1 冗余量计算方法

以不超过主变输送容量上限为原则，计算各种风光资源状况下可配置的光伏发电冗余量。风力发电容量以现有机组额定容量为准，主变有功输送能力按照正常运行时系统功率因数0.98计算。则：

式中，Q为光伏发电冗余量；cosφ为主变功率因数，cosφ＝0.98；S为主变额定容量；P1为风电功率；K为光伏发电系统综合效率，K＝0.75。

3.2 太阳山风电场一期工程光伏发电冗余量计算

通过图2可知：

（1）全年风电功率大于42MW的极端天气仅为1h，占统计时长8760h的比例为0.01%，可忽略不计。

（2）全年风电功率大于35MW且小于42MW的时长为948h，占统计时长8760h的10.82%，与光伏设备发电时间重合412h，占光伏发电设备发电时长3650h的11.29%。此种情况下，光伏发电的最大冗余量为18.5MWp。

（3）全年风电功率大于25MW 且小于35MW的时长为1842h，占统计时长8760h的21.03%，与光伏设备发电时间重合903h，占光伏发电设备发电时长3650h的24.74%。此种情况下，按平均负荷30MW计算，光伏发电的冗余量为25MWp。

（4）全年风电功率小于25MW 的时长为5969h，占统计时长8760h的68.14%，与光伏设备发电时间重合2334h，占光伏发电设备发电时长3650h的63.95%。此种情况下，光伏发电的最大冗余量为32MWp。

综上所述，全年太阳山风电场一期工程风电功率小于35MW的时长占全年统计时长的87.17%，与光伏设备发电时间重合时长占光伏发电设备发电时长3650h的88.68%。太阳山风电场一期工程光伏发电冗余量可配置范围为25～32MWp。

图22011年一期风电负荷时间分布状况

4 风光互补发电系统优势分析

风光互补发电系统较单一风力发电项目或光伏发电项目而言，具有以下几方面优势：

4.1 降低工程建设投资和后期运行维护成本

基于新能源发电项目自身较低的负荷同时率，风光互补发电系统可在基本维持原有风电项目建设规格的前提下正常运行，使得大量输变电设备能够共用，有效节约了工程建设投资和后期运行维护成本。

4.2 有效解决电网接入难题

利用太阳能、风能的互补特性，可以获得比较稳定的输出，有效解决无风或无阳光天气下，风／光发电电力供应中断问题，提高供电可靠性和稳定性，弥补独立风力发电和光伏发电系统的不足。

4.3 便于统一调度

风光互补后通过统一的通讯自动化系统，各种运行信息能够快速、可靠地在调度机构、电厂、升压站间传递，便于调度统一管理。在涉网技改方面，大部分系统如信息上传、电能质量检测、无功补偿、风光功率预测、功率控制等也可以公用。

4.4 易获得银行贷款

风光互补发电系统使工程造价、运行维护成本均有所降低，增强了新能源发电盈利能力，易获得银行贷款。

5 风光互补发电系统初步建设方案

风光互补发电系统示意图如图3所示。

图3 风光互补发电系统示意图

6 结语

根据上述论述，太阳能和风能在时间和资源上的天然互补性使风光互补发电系统具有了良好的应用基础。它的建成不仅能够弥补独立的风力发电项目和光伏发电项目输出波动大、负荷不均匀等缺陷，同时还可以进一步提升输变电设备利用率，降低建设投资成本，提高项目盈利能力和电网适应能力，是一种更加适合未来新能源发电项目规模化发展的新模式。