多场景下湖北省风电出力特性分析与可信容量计算

国网湖北省电力有限公司 王 枫 张 辉 周 斌 湖北省电力勘测设计院有限公司 李园林 范 黎

湖北省能源资源匮乏，缺煤、少油、乏气，能源自给率不足20%。“十三五”期间，随着工业化、城镇化进程的加快，能源供需矛盾更加突出[1-2]。开发利用新能源和可再生能源是建设资源节约型和环境友好型社会的重要途径，是推动经济发展方式转变，培育湖北省战略新兴产业的重要方式[3-4]。“十四五”期，在“碳达峰碳中和”政策的影响下，湖北新能源（本文新能源主要指风电和太阳能）将迎来快速发展。因此研究分析新能源的出力特性具有重要意义。

文献[5]分析了我国新能源发电典型地区风、光电站的出力特性，归纳了湖北地区机组的出力特征；文献[6]根据美国德州2021年大停电事故分析，结合我国电网的实际发展，总结出高比例新能源接入对电网的影响，极端天气下新能源不能可靠供电。

以上研究大多致力于我国风能、光伏资源较为丰富且发展新能源较早的西北或沿海地区，或者只对湖北典型地区的风电、光伏出力进行研究，近年来我国中部地区风、光等新能源发电也处于快速发展中，其中湖北省发展更是超出预期。因此，亟需对湖北省全省新能源出力特性进行分析研究。

1 新能源发展现况

湖北省属于Ⅳ类风资源区，湖北省地势地貌类型多样，山地、丘陵、岗地和平原兼备，风能资源分布不均、受地形影响较大。太阳能资源属于三类资源区，从地域分布上看表现为北多南少、东多西少的格局，各地年太阳总辐射量在3450～4800MJ/m2之间，年日照时数在1100～2000h之间。随着“碳达峰碳中和”双碳目标的提出，湖北省风电、光伏并网项目仍将继续迎来建设高峰。至2020年湖北总装机约为8278万kW，其中新能源装机1200万kW。具体的新能源电源发展规划如图1所示。

图1 风电光伏历史装机

2016年以来湖北省新能源装机发展迅速，截止2020年底，风电装机容量为2016年底的2.5倍，光伏装机容量为2016年底的3.7倍。据统计，2018年湖北省全省最大负荷时刻为7月29日21:00，此时风电出力系数0.12、光伏为0；而在4月份最小负荷时刻为4月6号5：00，此时风电出力系数达0.48。负荷高峰时段风电光伏整体出力较低；负荷低谷时段风电光伏整体出力较高。未来几年湖北电网负荷水平预测如表1所示。

表1 湖北电网负荷预测表

目前湖北电网存在风电光伏快速发展，而风电光伏出力特性与负荷曲线不匹配的问题。在系统调峰性能没有改善之前，未来弃风弃光的现象不可避免。由于风电对系统呈现反调峰特性，本文重点对湖北省风电参与电力电量平衡的容量进行了分析。

图2 2019年湖北省风电出力统计概率曲线

2 风电出力特性分析

场景分类：本文将在以下基本场景和特定场景中进行新能源出力特性分析：基本场景。全年；特定场景一。春季；特定场景二。夏季。

2.1 基本场景

本节将研究风电全年出力概率特性。统计整理湖北省风电2017～2020年8760历史数据，得到逐年在不同出力系数下的风电出力保证率和累计电量系数，以2019为例，其全年出力系数（%）、保证率（%）、累计电量系数（%）分别为10/70/9、20/43/26、30/27/44、40/16/61、50/9/77、60/3/90、70/0/100、80/0/100、90/0/100、100/0/100。

根据统计结果，2019年湖北省风电出力保证率为95%时风电的保证容量为5%，累计电量占全年总电量的95%时风电的出力区间为0%～64%；根据统计结果，2020年湖北省风电出力保证率为95%时风电的保证容量为6%，累计电量占全年总电量的95%时风电的出力区间为0%～62%。根据以上结果分析可得，在出力保证率为95%时，湖北省风电的保证容量在5%比较合适；累计电量占全年总电量的95%时，风电出力区间在0%～65%比较合适。

2.2 特定场景一

本节将研究风电春季出力概率特性。统计整理湖北省风电2017～2020年春季历史数据，得到逐年在不同出力系数下的风电出力保证率，如表3所示。根据统计结果，在出力保证率为95%时，湖北省风电春季的保证容量在7%比较合适。

表2 2017～2020年湖北省风电春季出力统计分析表

2.3 特定场景二

本节将研究风电夏季出力概率特性。统计整理湖北省风电2017～2020年夏季历史数据，得到逐年在不同出力系数下的风电出力保证率，如表3所示。根据统计结果，在出力保证率为95%时，湖北省风电夏季的保证容量在5%比较合适。

表3 2017～2020年湖北省风电夏季出力统计分析表

3 结语

本文通过对湖北省近年来风电的大量统计数据，计算分析得到风光参与全省电力平衡的装机容量。从研究结果可看出，随着国家对新能源的利好政策提出，新能源将迎来较大规模发展，但是对于湖北省，大负荷时期光伏基本不出力，风电的可替代容量系数约为5%，新能源的可替代容量并不高，需要统筹考虑电源、电网发展，保证负荷供电可靠性同时保证新能源消纳。