引言

自然界中的風能和太陽能有著資源豐富和分布廣泛的特點,同時風力發(fā)電和太陽能光伏發(fā)電是技術成熟、產(chǎn)業(yè)化程度高的新能源利用方式,具有廣闊的發(fā)展前景。本文介紹的廣東北部某市的負荷發(fā)展速度較為緩慢,同時電源結構多樣、豐富,其中水電資源基本開發(fā)完畢,風電和光伏的待開發(fā)規(guī)模較大。由于該地區(qū)電網(wǎng)風電場和光伏電站的開發(fā)時間較晚(第一座風電場和光伏電站的投運時間分別為2016年11月和2017年6月),對新能源歷史出力數(shù)據(jù)研究分析較少,在電網(wǎng)規(guī)劃的電力平衡中,新能源出力比例大多參考廣東其他地區(qū)的新能源出力比例,已不能滿足電網(wǎng)規(guī)劃的深度需求,需要結合本地區(qū)電網(wǎng)水電資源豐富的特點,分析該地區(qū)電網(wǎng)水風光聯(lián)合運行的相關性,為選取不同典型運行方式下的出力比例提供依據(jù)。

1電源概況

至2018年底,該地區(qū)電源總裝機容量為5154Mw。目前電源以煤電和水電裝機為主,其中煤電裝機2718Mw、水電裝機1977Mw,其他類型電源包括生物質(zhì)電廠、風電、光伏,其裝機容量分別為120Mw、189Mw、150Mw。目前電源結構中,煤電占比53%,水電占比38%,風電、光伏、生物質(zhì)等新能源裝機占比分別為4%、3%和2%左右。規(guī)劃至2020年底,該地區(qū)電源總裝機容量為6943Mw。規(guī)劃電源仍以煤電和水電裝機為主,其中煤電裝機3768Mw、水電裝機1977Mw,其他類型電源包括生物質(zhì)電廠、風電、光伏,其裝機容量分別為180Mw、648Mw、370Mw。規(guī)劃電源結構中,煤電占比54%,水電占比28%,風電、光伏、生物質(zhì)等新能源裝機占比分別為9%、5%和3%左右。

2018年,該地區(qū)風電和光伏裝機僅占全市電源裝機容量的7%,至2020年風電和光伏裝機占比將達到14%,總量達1018Mw。

2負荷特性

該地區(qū)季節(jié)劃分如下:春季3月5月,夏季6月—8月,秋季9月—11月,冬季12月—次年2月。各月份平均負荷在53.7%~77.5%,其中8月份(夏季高溫月,空調(diào)等降溫負荷大幅飆升)和12月份(冬季低溫月,電暖氣等取暖負荷大幅飆升)平均負荷最大,2月份(冬季尾月,氣溫逐漸回升)平均負荷最小。

夏季大負荷方式的日負荷曲線無明顯的"雙鞍形",高溫天氣直接引起降溫負荷的大幅增長,負荷比例保持在72%~100%。03:00—08:00處于負荷低谷:高峰負荷出現(xiàn)在14:00—16:00。冬季大負荷方式的日負荷曲線"雙鞍形"明顯,低溫天氣直接引起取暖負荷的大幅增長,同時與春節(jié)節(jié)日用電需求

疊加,負荷比例保持在60%~95%。00:00—08:00(晚上休息后,取暖設備停止運行)處于負荷低谷:最高負荷出現(xiàn)在19:00左右(晚飯和晚上正?；顒訒r間)。

3水電出力特性

該地區(qū)水電豐枯水期劃分:豐水期3月—8月,枯水期9月—次年2月。水電廠大部分為無調(diào)節(jié)能力的徑流電廠,部分蓄水式電廠的水庫調(diào)節(jié)能力也只能達到季調(diào)節(jié)能力,僅占兩成左右。同時來水時間、降雨強度和地域存在隨機性,難以預測和控制。發(fā)電屬降雨補給型,直接受氣候特性影響,地區(qū)水電發(fā)電年內(nèi)分布與年降雨趨勢大體一致。

該地區(qū)水電各月份平均出力在8.8%~69.0%。6、7月份平均出力最大(豐水期水電大發(fā)),12月份平均出力最小(枯水期水電基本停發(fā))。水電大發(fā)方式的日出力曲線無明顯波動,出力系數(shù)基本維持在85%。

4風電出力特性

該地區(qū)1月—6月的風速比較穩(wěn)定且一致,7月份后風速逐步增加,8月、9月、10月風速最大,11月、12月風速逐步下降。總的來說,秋冬半年(9月—次年2月)的平均風速略大于春夏半年(3月—8月)的平均風速。風電場區(qū)域秋冬季節(jié)風資源略優(yōu)于春夏兩季,12月受冷空氣的影響,風速較其他月份偏大:夏季風資源較差。

該地區(qū)代表測風塔85m高度處的平均風速為6.64m/s,風功率密度為365.6w/m2。根據(jù)《風電場風能資源評估方法》(GB/T18710—2002)[1]的規(guī)定,代表測風塔85m高度附近評估區(qū)域的風能資源屬于3級水平。月平均風功率密度年變化情況大致與月平均風速變化情況相似。平均風速和平均風功率密度日變化趨勢基本一致,夜晚的風速及風功率密度明顯優(yōu)于白天的,年內(nèi)平均風速和平均風功率密度日變化為凌晨風能最優(yōu),午后15:00—17:00最差。

風電大發(fā)方式(秋季)風電出力介于95%~100%,風電大發(fā)方式(冬季)風電出力介于90.9%~100%。

5光伏出力特性

該地區(qū)的太陽能資源屬于較穩(wěn)定級別,從季節(jié)上看,夏、秋季的太陽能資源最為豐富,也是最為穩(wěn)定的兩個季節(jié),有利于太陽能資源的開發(fā)。全年日照時數(shù)為1400~2200h,一年接受太陽輻射4200~5000MJ/m2,根據(jù)《太陽能資源評估方法》(Ox/T89—2008)[2]太陽能資源豐富程度評判標準,典型區(qū)域代表年的太陽總輻射為1222kw·h/m2(4400MJ/m2),太陽能資源豐富程度屬于資源豐富。

該地區(qū)光伏電站各月份平均出力在4.8%~40.7%。光伏大發(fā)方式(夏季)的光伏出力較為規(guī)律,以中午12:00為中間線,最高出力比例達82.6%。

6相關性分析

根據(jù)該地區(qū)電源結構顯示,在主要發(fā)電類型中的煤電為出力可控電源,在不可控電源(如徑流式水電、風電和光伏發(fā)電等)大發(fā)工況下可以控制出力,為不可控電源讓出外送通道。所以本文僅討論不可控電源與負荷之間的相關性。

6.1水電大發(fā)方式

水電大發(fā)方式下負荷需求并不強烈,負荷比例保持在56.8%~74.8%:水電位于85%的高位運行:風電出力不平穩(wěn),介于32.7%~55.4%,風電出力夜晚優(yōu)于白天:光伏出力較為規(guī)律,以中午12:00為中間線,部分數(shù)據(jù)點因為云層遮擋有所下降,最高出力比例達63%,如圖1所示。水電大發(fā)方式下比例按負荷65%、水電85%、風電35%、光伏60%考慮。

6.2風電大發(fā)方式(秋季)

風電大發(fā)方式(秋季)下負荷需求并不強烈,負荷比例保持在46.3%~69.6%:水電處于11.7%~20%之間的低位運行:風電出力較大,出力介于95%~104.5%,風電出力無明顯的夜間與白天區(qū)別:光伏出力較為規(guī)律,以中午12:00為中間線,最高出力比例達51.3%,如圖1所示。風電大發(fā)方式"秋季)下比例按負荷55%、水電20%、風電100%、光伏50%考慮。

6.3光伏大發(fā)方式(夏季)

光伏大發(fā)方式"夏季)下負荷需求較大,"雙鞍形"負荷曲線不明顯,負荷比例保持在60%~80%:水電處于40%~45%運行:風電出力極不穩(wěn)定,出力介于26.9%~90.5%:光伏出力較為規(guī)律,以中午12:00為中間線,部分數(shù)據(jù)點因為云層遮擋有所下降,最高出力比例達82.6%,如圖1所示。光伏大發(fā)方式"夏季)下比例按負荷70%、水電45%、風電60%、光伏85%考慮。

圖1某地區(qū)水風光電源出力比例相關性

7結語

"1)廣東北部某市電源裝機總量較大,電源種類多樣,新能源發(fā)電發(fā)展較快且規(guī)劃容量較大。

"2)該地區(qū)負荷特性受氣溫因素影響:呈現(xiàn)夏季和冬季雙高峰:水電特性受降雨因素影響:呈現(xiàn)豐水期和枯水期兩極化:風電特性受來風因素影響:秋冬季節(jié)風資源略優(yōu)于春夏兩季,夜晚的風速及風功率密度明顯優(yōu)于白天:光伏特性受光照因素影響:夏、秋季的太陽能資源最為豐富。

(3)該地區(qū)水風光電源出力比例相關性結論如表1所示。