分布式清洁能源在高海拔地区建设实例及分析

张 航，韩进孝，郝良霞，纳 珍

（国网青海省电力公司西宁供电公司，青海 西宁 810003）

青海是全国蕴藏自然资源最丰富的地区之一，丰富的资源为分布式清洁能源建设发展提供了良好的基础条件。近几年，高海拔地区在不同的地形、地貌下利用自然资源建设各种分布式清洁能源，就地消纳清洁能源和电力用户负荷，取得了较好的社会效益和经济效益。

1 系统接入

分布式清洁能源具有近用户、高能效的优势，高海拔地区建设分布式清洁能源，不仅前期需要考虑地形特征、光照强度、气候特点等环境因素，而且还需要考虑分布式清洁能源接入系统的电压等级，对比评估不同方案的建设成本，优选设备水平和建设时序，以保证运行稳定。

分布式清洁能源通常在不同容量接入时需要匹配与之相对应的电压等级。结合青海配电网现有电压等级的实际状况，依据新能源装机容量的大小及建设地点与接入点距离的长短，择优选择接入0.38、10、35 kV 电压等级系统。通常情况下，单体新能源发电容量较小，接入0.38 kV 电网，若单体新能源发电容量较大，则接入10 kV 及以上电网。

为保证系统接入的安全稳定运行，分布式清洁能源在T 接入系统处，应设置相应的继电保护及自动装置。无论何种原因导致系统或新能源设备发生故障时，继电保护及自动装置能够将故障点阻断隔离，使故障不能扩散蔓延。

2 实例分析

随着不可再生能源日益减少，光能和风能等清洁能源已经成为我国主要能源研究目标，因此适时开展风光互补系统的研究是必要的。风光互补系统是合理利用清洁能源的应用系统，电能的储存设备主要是太阳能电池方阵，可以将太阳能和风能转换成的电能存储到蓄电池组中。正常时，太阳能和风能转换成的电能不仅向用户直供，而且同时完成储能；当太阳能和风能消失且用户需要用电时，逆变器将蓄电池组中储存的直流电转变为交流电，通过输电线路送到用户处。若同时考虑采用太阳能发电和风力发电，则可以实现局部时段的电能互补，提高高海拔地区清洁能源的利用率。

西宁地区韵家口风光水储微电网示范基地是比较典型的电能互补案例，该基地位于青海省西宁市城东区，海拔约2200 m，占地面积约8666 m2，示范基地包含双馈式风力发电机组和光伏发电两种分布式清洁能源发电系统，运用铁锂电池储能形式，光伏组件为多晶硅，逆变器为集中式，支架采用固定式安装，末端装有过电压保护装置，接入10 kV电压等级，如图1所示。

图1 韵家口风光水储微电网示范基地示意图

收集韵家口风光水储微电网示范基地2020年实际发电参数，以此分析风光之间的互补性。考虑到电站功率变化特性受昼夜、天气、季节、温度等影响比较大，选取具有代表性的1 月15 日和7 月15 日的风光出力参数进行分析。

2.1 2020年1月15日，对冬季典型日进行分析

图2 相关数据显示，风电全天出力较小，瞬时出力在8～20 kW 之间，平稳出力时段主要集中在22∶00—00∶00 以及06∶00—08∶00，约为20 kW，其余时间出力呈锯齿状，波动大，平均出力在12 kW。

图2 风电出力过程参数（2020年1月15日）

图3 相关数据显示，光伏出力过程波动较大，具有明显的时段性，从17∶00—08∶00，光伏几乎不发电，白天发电出力呈现先增后降的趋势，在14∶00 达到峰值320 kW，白天平均出力为150 kW。

图3 光伏出力过程参数（2020年1月15日）

风电和光伏全天瞬时最大出力之和为340 kW，发生在14∶00 左右，最小出力为8 kW，出现在00∶00—07∶00。从出力角度分析，夜间至清晨，风电有小规模平稳出力，清晨到傍晚，光伏有大规模波动出力。因此，风电和光伏出力在冬季具有一定的昼夜互补性。

2.2 2020年7月15日，对夏季典型日进行分析

图 4 相关数据显示，风电从 01∶00—22∶00全天出力比较平稳，约为75 kW，22∶00后出现了风电出力陡涨陡落的情况，在23∶00，峰值达到300 kW，00∶00，谷值为25 kW，出力波动较大。

图4 风电出力过程参数（2020 年7月15日）

图5 相关数据显示，从06∶00—08∶00，光伏出力呈现先增后降趋势，为抛物线状，略有小幅波动，峰值可达400 kW，晚间至凌晨几乎为零，白天平均出力为250 kW。

风电和光伏全天瞬时最大出力为475 kW，发生在13∶00 左右，最小出力为25 kW，出现在01∶00。从出力角度分析，在夜间，风电出力波动大，清晨到傍晚，光伏有大规模波动出力。因此，风电和光伏出力在冬季具有一定的昼夜互补性。风电和光伏出力在夏季也呈现了较明显的昼夜互补性，且夏季出力明显高于冬季出力。

综上所述，高海拔地区可以利用清洁能源资源分布较广、建设土地面积大的特点，当建设地域具有光照充足和风力强且持久的条件时，风电和光伏两种发电模式之间具有一定的电能输出互补性。

3 经济分析

本文以建设一座2 MWp光伏电站为例对分布式光伏电站的投资进行分析。目前所采用的主要材料中，光伏组件、箱式逆变器等一次、二次设备是光伏电站的核心。

若设备价格统一参照2019年三季度价格水平和已建成的光伏电站投资水平进行类比框算，结果显示投资比较大，具体设备材料价格如表1所示。

由于框算的分布式光伏电站投资成本的固定性，使得投资建设电站项目前期经济与技术成本相对较高，因此需要在编制可行性研究报告过程中，认真进行方案比选，对建设规模和投资整体把控，对市场行情充分调研；选择施工质量过关且性价比高的建设单位，严格控制设备、人工和运维成本，有效控制工程造价；同时还要充分利用国家和地方电价政策补贴，降低运营成本，才能在最短时间内收回成本。

4 结束语

在高海拔地区建设分布式清洁能源，不仅需要紧紧围绕自身技术能力的优势，为电站选择合适的设备，而且还要全面综合考虑电站工程造价的经济性。在建设的过程中，一方面根据不同的运行环节，对设备型号进行科学匹配，保证符合运行的基本要求，另一方面加强质量检验，保证设备采购质量符合运行的安全规范[1]。

随着可持续发展的理念不断深入以及电力行业的不断发展，分布式清洁能源发电占比将会越来越大。高海拔地区具有资源分布面广阔、建设土地面积大、可利用资源充足等显著特点，因此建议：

当建设地域同时具备光照和风力资源的条件时，应做好当地的分布式清洁能源建设规划。

利用风光互补的特性，因地制宜地充分开发分布式清洁能源项目。

分布式清洁能源项目投资费用大、技术要求高，同时受自然环境和国家政策等因素的影响，应采取合理有效地建设措施且控制设备购置、建设与运维成本。