多能互补发电技术在青海西部地区的应用

青海省电力公司 龙勇 张祥成 靳宝宝 王元琛

多能互补发电技术在青海西部地区的应用

青海省电力公司 龙勇 张祥成 靳宝宝 王元琛

本文以青海海西州格尔木地区“海西州多能互补集成优化示范工程”为研究对象，对工程区域内风能和光能发电出力特性进行详细分析，在此基础上论证多能互补发电技术在实践环节的可行性，同时也为类似工程提供一定的参考。

多能互补；青海格尔木；出力特性

0 引言

太阳能、风能发电因存在间歇性出力特性不稳定等原因，造成在现实运用中存在大规模弃光和弃风现象。如果能够在电源送出端对其出力特性进行优化后，再通过大电网之间的区域协同控制，那么大规模新能源接入将变得更高效和安全。多种新能源互补发电的理念在较早年就被提出和运用[1-5]，但在大规模新能源基地运用的可行性需慎重考虑。一般来说，要成功的运用多能互补发电技术，对其地区的能源特性需要较常规能源更高的要求。首先，地区能源之间的出力特性必须满足具有互补性，地域的分割在很多时候并不满足能源的互补，也有时候并未分割的地域也具有能源的互补特性，这种现象往往在工程选站址的时候经常出现；其次，选定具有互补特性新能源后，多种新能源之间的装机规模配比如何决定也是一项具有挑战的工作[9]。本文将对提出的第一点进行详细分析与研究。

1 工程概况

青海海西州多能互补集成优化示范工程位于青海省海西蒙古族藏族自治州格尔木市境内。工程规划总装机容量700MW，200MW光伏发电、400MW风力发电、50MW光热发电及50MW储能。工程目标是工程建成后，将光伏、光热、风电和储能结合起来，形成风、光（伏、热）、储多种能源的优化组合，为青海主网提供优质的新能源电力输出，有效的解决用电高峰期和低谷期电力输出的不平衡问题和提高电网的稳定性。

图1 工程上网方案及相关电网

图2 风电出力——累积电量特性

图3 风力发电月平均出力

图4 风力发电每月日平均出力

工程中的光伏项目、光热项目、储能项目以及配套建设的330kV汇集站和生活区位置相对集中，均位于格尔木东出口光伏发电园区内，在格尔木市东约17公里。风电项目位于青海海西州大格勒地区，场址距离格尔木东50km，分布在G109国道北侧和南侧，南北侧各布置200MW风电。

为了配合多能互补集成优化示范项目的新能源送出，统筹考虑地区电网规划，建设相关电力送出配套工程。工程拟建设建设1座330kV汇集站，3座110kV升压站。光热建设1座110kV升压站，以1回110kV线路接至330kV多能汇集站送出；风电建设2座110kV升压站，以4回110kV线路接至330kV多能汇集站送出；光伏发电以35kV电压等级接入系统。光伏、风电、光热、储能统一汇集于330kV多能汇集站后，以单回330kV线路接至330kV格尔木南汇集站，然后通过750kV柴达木变电站上网。

2 新能源出力特性

采用工程专业软件对工程风电，光伏和光热出力特性进行全年8760小时模拟分析。

2.1 风力发电特性

由图2风电出力——累积电量特性可知，风电的出力不超过0.7的累积电量占比约95.65%，其合理上网容量率为0.7pu，保证率为10.16%。

工程风电的年利用小时数为2042小时。从图3风电出力的月特性看，风电各月的平均出力在0.13～0.33之间，春季月平均出力较大，冬季月平均出力较小。

由图4可知，风电全年24小时平均出力峰值的最大值为0.45，出现在5月的20时，日平均出力峰值的最小值为0.05，出现在1月的15时。全年日出力平均出力峰值范围为18时（当天）～3时（第二天），峰谷范围为9时～17时。

2.2 光伏发电特性

由图5光伏出力——累积电量特性可知，光伏出力不超过0.8的累积电量占比约96.75%，其合理的上网容量率为0.8pu，保证率为8.15%。

工程光伏年利用小时数为1934小时。从图6光伏出力的月特性看，光伏各月的平均出力在0.2～0.24之间，春季和秋季平均出力较大，夏季和冬季出力较小。

由图7可知，光伏全年24小时平均出力峰值的最大值为0.79，出现在11月的13时，日平均出力峰值的最小值为0.57，出现在7月的14时。全年日出力平均出力峰值范围为11时～14时。

图5 光伏出力——累积电量特性

图6 光伏发电月平均出力

图7 光伏发电月平均出力

图8 风电出力——累积电量特性

2.3 光热发电特性

由图8光热出力——累积电量特性可知，光热发电出力不超过0.92的累积电量占比约95.74%。其合理的上网容量率为0.92pu，保证率为38.31%。

工程光热发电的年利用小时数为3673小时。从图9发电出力的月特性看，光热各月的平均出力在0.29～0.65之间，秋冬季月平均出力较大，其余月份月平均出力较较小且波动小。

由图10可知，光热发电全年24小时平均出力峰值的最大值为0.93，出现在11月的18时，日平均出力峰值的最小值为0.68，出现在7月的19时。全年日出力平均出力峰值范围为15时～19时。

3 多能互补特性

通过对2.1～2.3小节新能源出力的8760小时进行叠加，从而研究新能源的互补特性，如图11、图12所示，如果采用单一新能源直接并网，除风电以外的新能源的最低出力为0万千瓦，但若采用多种新能源打捆并网，其月出力的最低点得到提升，同时24小时曲线整体位置也得到了提升。

此外，由多能互补发电出力-保证率-电量累计曲线可知，当采用多能互补方式送出时，当出力为装机容量0.5时，电量累计已达到95%；当出力为装机容量的0.65时，电量累计达到100%。因此，多能互补发电较传统的单一类型发电在电力保障和电量保证更具有优势，说明工程采用多能互补送出方案具有可行性。

4 结论

随着新能源的不断发展，其接入系统的规模所占比重也逐渐上升。为了解决新能源上网间歇性及波动性等问题，使新能源更高效的为国民经济服务，一些新理论及技术在此过程中不断被应用和检验。

图9 光伏发电月平均出力

图10 光伏发电月平均出力

图11 多能互补特性分析（标幺值）

图12 多能互补特性分析（有名值，单位：万千瓦）

本文以青海西部地区的“海西州多能互补集成优化示范工程”实际工程为研究对象，在详细研究各类单一能源特性基础上对工程互补特性可行性进行分析与验证。本文采用的研究手段与方法对类似工程具有一定的指导意义。

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