寧夏太陽山地區風光互補發電系統建設可行性研究

陳征宇

（寧夏鹽池哈納斯風光發電有限公司，寧夏 銀川750001）

0 引言

風光互補發電系統是利用風能與太陽能天然互補性，集風力發電和光伏發電為一體的發電系統，其相對于獨立的風電項目和光伏發電項目，在提高資源利用率、平滑出力曲線、解決電網接入問題等方面均具備較大優勢，有著很好的應用前景。

1 寧夏太陽山地區風力發電及光伏發電概況

太陽山地區是寧夏回族自治區一個主要的新能源發電項目示范基地，自2007年至今，已有近十家電力企業在此開發風力發電項目和光伏發電項目。截至2013年末，太陽山地區已累計建成投產風電容量約600MW，光伏發電容量約110MWp。

2 太陽山地區已運行風、光發電項目情況

中鋁寧夏能源集團太陽山風電場一期45MW工程于2008年并網發電，安裝60臺國產金風S50／750型風機，通過1臺50MVA變壓器升壓至110kV后接入電網。2010年，根據生產需要50MVA變壓器內另行接入了10MWp光伏發電設備，與原有45MW風電設備共同運行。以下對其2011年度運行數據（表1）進行分析。

表12011年度運行數據（日間為8：00—18：00，夜間為18：00—次日8：00）

根據表1數據可以看出：（1）各月風力發電項目白天發電量低于夜間發電量，而光伏發電項目則相反，在發電時間上兩者具有較好的互補性；（2）風力發電項目7、8、9月發電量較低，1、2、3、4、11、12月發電量較大；光伏發電項目1、2、11、12月發電量較小，6、7、8、9月發電量較大，在資源利用上兩者具有較好的互補性。

由圖1可知，2011年度風電功率大于42MW且光伏發電功率大于8MW，使得主變（50MVA）可能發生過負荷的時長僅為1h，占全年光伏發電時間3650h的0.03%，可忽略不計。其余時間，風力發電項目與光伏發電項目均可保持同時安全穩定運行。

圖12011年度風、光發電項目功率重合頻次圖（光功率≥8 MW）

3 太陽山地區風光互補發電系統建設可行性分析

鑒于風、光發電項目在資源和時間上的天然互補性以及太陽山地區風、光功率重合頻次分布情況，筆者認為：可在太陽山地區現有風電項目的基礎上，在同一區域內按照一定比例再建設一定容量的光伏發電項目，風力發電項目與光伏發電項目混合布置、共用輸變電設備，統一運行維護，形成風光互補發電系統，以便更加充分地利用風、光資源，并提高輸變電設備利用率。下面，仍以表1運行數據為依據，計算適合太陽山風電場一期工程的光伏發電冗余量。

3.1 冗余量計算方法

以不超過主變輸送容量上限為原則，計算各種風光資源狀況下可配置的光伏發電冗余量。風力發電容量以現有機組額定容量為準，主變有功輸送能力按照正常運行時系統功率因數0.98計算。則：

式中，Q為光伏發電冗余量；cosφ為主變功率因數，cosφ＝0.98；S為主變額定容量；P1為風電功率；K為光伏發電系統綜合效率，K＝0.75。

3.2 太陽山風電場一期工程光伏發電冗余量計算

通過圖2可知：

（1）全年風電功率大于42MW的極端天氣僅為1h，占統計時長8760h的比例為0.01%，可忽略不計。

（2）全年風電功率大于35MW且小于42MW的時長為948h，占統計時長8760h的10.82%，與光伏設備發電時間重合412h，占光伏發電設備發電時長3650h的11.29%。此種情況下，光伏發電的最大冗余量為18.5MWp。

（3）全年風電功率大于25MW 且小于35MW的時長為1842h，占統計時長8760h的21.03%，與光伏設備發電時間重合903h，占光伏發電設備發電時長3650h的24.74%。此種情況下，按平均負荷30MW計算，光伏發電的冗余量為25MWp。

（4）全年風電功率小于25MW 的時長為5969h，占統計時長8760h的68.14%，與光伏設備發電時間重合2334h，占光伏發電設備發電時長3650h的63.95%。此種情況下，光伏發電的最大冗余量為32MWp。

綜上所述，全年太陽山風電場一期工程風電功率小于35MW的時長占全年統計時長的87.17%，與光伏設備發電時間重合時長占光伏發電設備發電時長3650h的88.68%。太陽山風電場一期工程光伏發電冗余量可配置范圍為25～32MWp。

圖22011年一期風電負荷時間分布狀況

4 風光互補發電系統優勢分析

風光互補發電系統較單一風力發電項目或光伏發電項目而言，具有以下幾方面優勢：

4.1 降低工程建設投資和后期運行維護成本

基于新能源發電項目自身較低的負荷同時率，風光互補發電系統可在基本維持原有風電項目建設規格的前提下正常運行，使得大量輸變電設備能夠共用，有效節約了工程建設投資和后期運行維護成本。

4.2 有效解決電網接入難題

利用太陽能、風能的互補特性，可以獲得比較穩定的輸出，有效解決無風或無陽光天氣下，風／光發電電力供應中斷問題，提高供電可靠性和穩定性，彌補獨立風力發電和光伏發電系統的不足。

4.3 便于統一調度

風光互補后通過統一的通訊自動化系統，各種運行信息能夠快速、可靠地在調度機構、電廠、升壓站間傳遞，便于調度統一管理。在涉網技改方面，大部分系統如信息上傳、電能質量檢測、無功補償、風光功率預測、功率控制等也可以公用。

4.4 易獲得銀行貸款

風光互補發電系統使工程造價、運行維護成本均有所降低，增強了新能源發電盈利能力，易獲得銀行貸款。

5 風光互補發電系統初步建設方案

風光互補發電系統示意圖如圖3所示。

圖3 風光互補發電系統示意圖

6 結語

根據上述論述，太陽能和風能在時間和資源上的天然互補性使風光互補發電系統具有了良好的應用基礎。它的建成不僅能夠彌補獨立的風力發電項目和光伏發電項目輸出波動大、負荷不均勻等缺陷，同時還可以進一步提升輸變電設備利用率，降低建設投資成本，提高項目盈利能力和電網適應能力，是一種更加適合未來新能源發電項目規模化發展的新模式。