四川省境內(nèi)金沙江下游干熱河谷風(fēng)光水互補(bǔ)調(diào)節(jié)開發(fā)的初步探討

溫 鵬

(中國電建集團(tuán)成都勘測設(shè)計研究院有限公司，四川成都 610072)

1 概述

從目前可再生能源的資源狀況和技術(shù)發(fā)展水平看，利用水能、風(fēng)能、太陽能發(fā)電最為現(xiàn)實，前景廣闊，而三者互補(bǔ)結(jié)合是一條有效的途徑。水電是規(guī)模大、調(diào)節(jié)性能良好的電源，因此，可以充分利用水庫的調(diào)節(jié)能力，通過互補(bǔ)調(diào)節(jié)克服光伏和風(fēng)能發(fā)電不連續(xù)、不穩(wěn)定的缺點(diǎn)，確保供電質(zhì)量。金沙江下游具有得天獨(dú)厚的水力、太陽能和風(fēng)能資源，若能充分發(fā)揮“風(fēng)光水互補(bǔ)”綜合開發(fā)的優(yōu)勢，將能有效解決當(dāng)前新能源開發(fā)存在的“并網(wǎng)、送出難”等諸多問題，對減少溫室氣體排放、節(jié)能減排，促進(jìn)地區(qū)社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展、保持地區(qū)穩(wěn)定做出積極貢獻(xiàn)。筆者簡要介紹了四川省境內(nèi)金沙江下游干熱河谷風(fēng)能和太陽能的資源儲量、分布、開發(fā)利用現(xiàn)狀以及存在的問題，結(jié)合金沙江下游梯級烏東德、白鶴灘、溪洛渡、向家壩4梯級水電站開發(fā)情況，提出了區(qū)域內(nèi)大水電、風(fēng)電、光伏發(fā)電互補(bǔ)性開發(fā)的初步設(shè)想。

2 資源概況

2．1 水力資源

金沙江全長3479km，天然落差5100m，水能資源豐富，是全國最大的水電能源基地，水能資源蘊(yùn)藏量達(dá)1．124億 kW，約占全國的16．7%。其中又以金沙江下游河段水能資源的富集程度最高，河段長782km，落差729m，水電規(guī)劃分四級開發(fā)，從上至下依次為烏東德、白鶴灘、溪洛渡和向家壩四座梯級水電站，4梯級水電站總裝機(jī)容量為4296萬kW，年發(fā)電量為1875．7億kW·h。

2．2 風(fēng)能資源

在金沙江下游干熱河谷的攀枝花地區(qū)，80m高度平均風(fēng)速在5．5～7m/s之間;涼山州的會理、會東、普格、布拖、昭覺等縣80m高度平均風(fēng)速可達(dá)6m/s以上，其中風(fēng)功率密度等級為3級的地區(qū)有會理、會東、普格、昭覺、布拖、美姑。初步分析，干熱河谷區(qū)域風(fēng)電總裝機(jī)容量約為404．4萬kW，年發(fā)電量為86．6億kW·h，場址分布在鹽邊、米易、仁和區(qū)、會理、會東、寧南、金陽、昭覺、普格、布拖、美姑、雷波、宜賓市等13個地區(qū)。

2．3 太陽能資源

位于金沙江下游干熱河谷的攀枝花地區(qū)大部分年總輻射量高于6000MJ/m2，屬于四川省太陽能資源最豐富的地區(qū)之一;涼山州西部各縣均有較好的太陽能資源，大部分地區(qū)年總輻射量為5000～5500MJ/m2。初步分析，干熱河谷區(qū)域光伏電站總裝機(jī)容量約為402萬kW，年發(fā)電量為45．8億kW·h，場址分布在米易、仁和區(qū)、會理、會東、寧南、普格、布拖、鹽邊等8個地區(qū)。

3 風(fēng)光水互補(bǔ)開發(fā)具有的優(yōu)勢

3．1 解決當(dāng)前新能源開發(fā)存在的問題

目前四川省新能源建設(shè)處于起步階段，新能源的建設(shè)存在一些普遍的問題，比如光伏電站和風(fēng)電場的建設(shè)與電網(wǎng)建設(shè)進(jìn)度不一致，電網(wǎng)建設(shè)滯后于新能源項目的建設(shè)，導(dǎo)致項目建成后出現(xiàn)“并網(wǎng)難，有電送不出”的問題;其二，風(fēng)能和太陽能資源雖然豐富，但是風(fēng)電和光伏電站的建設(shè)地點(diǎn)分散，各個項目的開發(fā)時序不齊，且單個項目規(guī)模偏小，導(dǎo)致項目成本較高。若結(jié)合金沙江下游4梯級水電站實現(xiàn)風(fēng)光水互補(bǔ)開發(fā)，依托水電站送出通道，既能有效解決并網(wǎng)難的問題，又能使新能源項目實現(xiàn)區(qū)域內(nèi)整體規(guī)模性開發(fā)，進(jìn)而降低投資成本。

3．2 實現(xiàn)風(fēng)光水互補(bǔ)開發(fā)有利于優(yōu)化電源結(jié)構(gòu)

金沙江下游地區(qū)擁有較豐富的水電、風(fēng)電及太陽能資源，風(fēng)能和水能具有較強(qiáng)的季節(jié)性特征，因此，風(fēng)能和水能可以相互彌補(bǔ)，汛期(6～9月)水力發(fā)電充足，而夏季風(fēng)速較小，水電可以有效彌補(bǔ)風(fēng)力發(fā)電的不足。金沙江枯水期(12～翌年4月)流量較小，水力發(fā)電出力較小，而此時恰是冬季風(fēng)力發(fā)電的高峰期，可以對水電枯期發(fā)電不足形成互補(bǔ)，從而使全年電力供應(yīng)趨于平穩(wěn)。太陽能與風(fēng)能在時間上和季節(jié)上都有很強(qiáng)的互補(bǔ)性，白天太陽光照好、風(fēng)小，晚上無光照、風(fēng)較強(qiáng);夏季太陽光照強(qiáng)度大而風(fēng)小，冬季太陽光照強(qiáng)度弱而風(fēng)大。風(fēng)光水互補(bǔ)發(fā)電有利于改善電力供應(yīng)結(jié)構(gòu)，構(gòu)建堅強(qiáng)的電網(wǎng)，為豐富的風(fēng)能、太陽能資源并網(wǎng)發(fā)電提供支撐。

3．3 提高能源利用效率、節(jié)約送電成本

依托金沙江下游4梯級大型水電站的送出通道建設(shè)，水能與風(fēng)能、光能互補(bǔ)開發(fā)可以解決風(fēng)力和光伏電站并網(wǎng)難題，風(fēng)光電能通過4梯級電站送出通道與水電電能集中送出，可以避免風(fēng)電和光伏電站分散接入、單項工程送出通道建設(shè)進(jìn)度不一等缺陷，進(jìn)而大大節(jié)約了送電成本，實現(xiàn)水力、風(fēng)力和光伏電站的合理調(diào)度以及區(qū)域內(nèi)清潔能源的統(tǒng)籌開發(fā)，特別是在枯水期，水電出力較小，但因風(fēng)電和光電接入了梯級電站的送出通道，從而提高了送出通道的利用效率，提高了能源的利用效率。

4 風(fēng)光水互補(bǔ)調(diào)節(jié)開發(fā)的初步設(shè)想

4．1 出力特性分析

(1)水力發(fā)電。

水力發(fā)電的出力和發(fā)電量隨徑流的變化而變化。無調(diào)節(jié)水電站按天然徑流發(fā)電;具有日調(diào)節(jié)能力的水電站通過水庫的調(diào)蓄作用使電站出力在日內(nèi)能靈活調(diào)整;具有年(季)調(diào)節(jié)能力的水電站能改變徑流的年內(nèi)分配，使電站的年內(nèi)出力趨于平穩(wěn)，將汛期出力通過水庫調(diào)蓄作用轉(zhuǎn)換為枯期出力。金沙江下游4梯級水電站具有日調(diào)節(jié)或季調(diào)節(jié)能力，日內(nèi)出力過程可根據(jù)系統(tǒng)需要進(jìn)行綜合調(diào)度運(yùn)行。金沙江下游各梯級水電站年出力過程線見圖1。

圖1 金沙江下游各梯級水電站年出力過程線圖

(2)風(fēng)力發(fā)電。

風(fēng)電的特點(diǎn)與常規(guī)發(fā)電相比主要是有功功率為波動的。有功功率根據(jù)風(fēng)速變化而變化，風(fēng)電的功率變化主要會影響到電力系統(tǒng)的調(diào)頻和調(diào)峰，因此，若要滿足電力系統(tǒng)頻率的穩(wěn)定性，需要在系統(tǒng)內(nèi)采用其他的方式予以平衡，比如用水電、火電進(jìn)行平衡，只有這樣，才能滿足系統(tǒng)調(diào)風(fēng)調(diào)頻的要求。根據(jù)金沙江干熱河谷區(qū)域內(nèi)季節(jié)風(fēng)速變化特性，風(fēng)電場一般在冬、春季節(jié)出力大，夏、秋季節(jié)出力小。從日內(nèi)出力分析，一般晚上至凌晨的出力較大，白天出力較小。

(3)光伏發(fā)電。

太陽能光伏發(fā)電是將太陽光輻射能通過光伏效應(yīng)直接轉(zhuǎn)換為電能。但光伏發(fā)電存在一些缺點(diǎn)和不足，比如出力輸出不連續(xù)、受氣候影響強(qiáng)烈，這就需要儲能、互補(bǔ)或并網(wǎng)。根據(jù)金沙江干熱河谷區(qū)域內(nèi)太陽能輻射變化特性，光伏電站一般在夏季從早上5點(diǎn)開始發(fā)電，直至下午7點(diǎn)，隨著太陽輻射結(jié)束，出力為零;冬季一般從早上7點(diǎn)開始發(fā)電，至下午6點(diǎn)停止發(fā)電，四川省境內(nèi)金沙江干熱河谷風(fēng)電和光伏發(fā)電年出力過程線見圖2。

4．2 風(fēng)光水互補(bǔ)調(diào)節(jié)開發(fā)初步方案的擬定

圖2 四川省境內(nèi)金沙江干熱河谷風(fēng)電和光伏發(fā)電年出力過程線圖

根據(jù)各光伏、風(fēng)電和金沙江下游4梯級水電站的地理位置、裝機(jī)容量、建設(shè)時序等，結(jié)合風(fēng)光水的互補(bǔ)性特征，成都院新能源處提出了金沙江下游風(fēng)光水互補(bǔ)調(diào)節(jié)開發(fā)初步方案(表1)。

金沙江下游4梯級水電站總裝機(jī)容量為4296萬kW，年發(fā)電量為1875．7億kW·h;風(fēng)電總裝機(jī)容量為404．4萬kW，年發(fā)電量為86．6億kW·h;光伏電站總裝機(jī)容量為402萬kW，年發(fā)電量為45．8億kW·h。金沙江下游四川省境內(nèi)規(guī)劃的光伏電站總裝機(jī)容量占4梯級水電站容量的9．4%，光伏電量占水電電量的3．1%;規(guī)劃的風(fēng)電總裝機(jī)容量占4梯級水電站容量的9．4%，風(fēng)電電量占水電電量的4．5%。總體來看，將規(guī)劃區(qū)域內(nèi)的光電、風(fēng)電與水電相比，其容量和電量明顯小于水電，當(dāng)風(fēng)電和光伏發(fā)電日內(nèi)出力不穩(wěn)定時，能靈活地通過遠(yuǎn)大于風(fēng)光出力的水電進(jìn)行彌補(bǔ)，使出力平穩(wěn)輸出，為區(qū)域內(nèi)的風(fēng)能、太陽能資源并網(wǎng)發(fā)電提供支撐，滿足電網(wǎng)的要求。

表1 四川省境內(nèi)金沙江下游風(fēng)光水互補(bǔ)調(diào)節(jié)開發(fā)初步方案表

5 結(jié)語

通過水能與風(fēng)能、光能互補(bǔ)開發(fā)，可以解決風(fēng)力電站和光伏電站并網(wǎng)的難題，風(fēng)光電能通過4梯級電站送出通道與水電電能集中送出，實現(xiàn)綜合調(diào)度運(yùn)行，可以避免風(fēng)電和光伏電站分散接入、單項工程送出通道建設(shè)進(jìn)度不一等缺陷，進(jìn)而大大節(jié)約送電成本，實現(xiàn)水力、風(fēng)力和光伏電站的合理調(diào)度和區(qū)域內(nèi)清潔能源的統(tǒng)籌開發(fā)，提高能源的利用效率。

［1］ 李良縣，李 寧．論四川省新能源發(fā)展現(xiàn)狀和建議［J］．四川水力發(fā)電，2014，33(4):86 ～88．

［2］ 吳治堅．新能源和可再生能源的利用［M］．北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2006．