雅礱江流域建設風光水互補千萬千瓦級清潔能源示范基地的探討

吳 世 勇，　周　永，　王　瑞，　張 恩 銘

(雅礱江流域水電開發有限公司，四川 成都　610051)

雅礱江流域建設風光水互補千萬千瓦級清潔能源示范基地的探討

吳 世 勇，周永，王瑞，張 恩 銘

(雅礱江流域水電開發有限公司，四川 成都610051)

摘要：雅礱江流域沿岸具有豐富的風能和太陽能資源。在雅礱江干流上，水能資源十分豐富，梯級電站規劃總裝機容量約3 000萬kW。建設雅礱江流域風光水互補清潔能源示范基地，可以通過水電站水輪發電機組開度實時調節特性，平抑風電、光電出力變幅及瞬時變率，提升風電、光電電能質量；利用水能與風能、太陽能資源年內互補特性，提高送出通道利用率和開發的綜合效益；結合水電建設已有的送出線路、交通、場地等資源，降低投資成本，破解送出瓶頸。風、光、水互補清潔能源基地建設對解決目前新能源開發困境具有重要的創新和示范意義。

關鍵詞：雅礱江流域；風光水互補；清潔能源；示范基地

1引言

當前，我國能源發展正處于深刻變革和重大調整的關鍵時期，在全球氣候變化和生態環境惡化的雙重挑戰下，以綠色低碳為方向、大力發展可再生清潔能源已成為能源發展的必然趨勢。

水電是技術成熟的清潔能源，具有穩定的調節能力和供電質量。風電、光電作為新興的清潔能源，前景廣闊，但由于電能質量較差、送出困難等問題而發展受限。

雅礱江流域具有得天獨厚的水能、風能、太陽能資源。通過風電、光電、水電互補，利用流域梯級電站的綜合調節能力和已有送出通道，是解決目前風電、光電開發的瓶頸有效途徑。本文簡要介紹了雅礱江流域沿岸風能和太陽能的資源稟賦及開發現狀，結合流域目前中下游已建、在建水電站條件，提出在雅礱江流域建設風光水互補千萬千瓦級清潔能源示范基地的設想。

2資源概況及開發現狀

2.1水能資源

雅礱江全長1 571 km，流域面積約13.6萬km2。干流年徑流量約600億m3，天然落差3 830 m，水能資源十分豐富。目前干流規劃有21級水電站(圖1)，總裝機容量約3 000萬kW，多年平均發電量約1 500億kWh。

截至2015年底，雅礱江下游錦屏一級、錦屏二級、官地、二灘和桐子林水電站已投產發電，裝機為1 455萬kW；中游兩河口和楊房溝水電站已核準開工，其他項目正加快推動前期工作；上游水電規劃工作基本完成，待審批。

2.2風能資源

受四川省地形及環流特點影響，雅礱江流經的甘孜、涼山、攀枝花三個行政區為四川風能資源主要集中處。其中涼山州、攀枝花位于西南支通道上，氣流在通道上受地形抬升的影響，形成較大風速。涼山州大部分可選風電場平均風速在7 m/s以上，部分風電場平均風速甚至達9 m/s以上。甘孜位于西風北支通道上，受北支氣流影響，也有較好的風能資源條件。初步估計，雅礱江流域風電可開發量約1 300萬kW，其中涼山州、攀枝花境內約800萬kW。

截至2015年底，雅礱江流域內風電受上網條件等多方面因素影響，發展較為緩慢，已投產風電項目11個，總裝機規模約63萬kW。

2.3太陽能資源

根據流域內氣象站太陽能輻射實測數據以及NASA數據分析，雅礱江流域范圍絕大部分地區太陽能總輻射均超過5 500 MJ/m2，日照時數2 000 h～2 500 h，大部分地區超過6 000 MJ/m2，屬于太陽能資源二類或三類地區，具有較大的開發價值。初步估計，雅礱江流域光電可開發量約1 800萬kW，其中涼山州、攀枝花境內為約700萬kW。

圖1　雅礱江干流梯級電站縱剖面圖

目前雅礱江流域內光電受土地利用、建設成本、送出通道等多方面因素影響，發展較為緩慢，截至2015年底，已投產光電項目4個，總裝機容量18萬kW。

3風光水互補開發的優勢

3.1利用流域水電整體調節性能，提升電網對風電、光電的消納能力

水力發電啟停迅速、運行靈活、跟蹤負荷能力強。特別是在全流域基地模式下，通過流域集中控制，統籌調節能力大大增加。通過監控風電、光電的出力變化，實時調節水電站的水輪發電機組開度，以平抑風電、光電出力變幅及瞬時變率，補償風電、光電的出力，將隨機波動的風電、光電調整為平滑、安全、穩定的優質電源。這樣做可極大地提高風電、光電的電能質量，從而緩解甚至消除風電、光電對電網系統的沖擊，提高電網對風電、光電的消納能力。

3.2利用水能資源與風能、太陽能資源的年內互補特性，優化電網電源結構

雅礱江流域的風能、太陽能資源年內存在明顯的季節特點。通常大風速和高光能出現在11月到次年5月(旱季)，6月至10月偏低(雨季)。該地區風能、太陽能資源的這種鮮明特點，與水電特性形成天然互補。雅礱江流域電站眾多，調節能力強，兩河口、錦屏一級和二灘三大水庫建成后，總調節庫容達到148億m3，雅礱江流域可實現多年調節，通過多種能源的配合運行，科學調度，可以更好地優化電網電源結構，提高供電保障能力和綜合開發效益。

3.3風光水互補基地開發模式能統籌建設資源，加快新能源開發

一方面，風光水互補基地開發模式下，風電、光電消納可以利用水電站建設形成的送出通道。特別是在目前四川省內電力消納存在困難的情況下，雅礱江流域風光水互補清潔能源基地可以利用水電開發形成的已有的和正在規劃的省外送出通道。另一方面，水電站建設是復雜、龐大的系統工程，其中形成的交通、工廠、營地、調度等建設資源可通過風光水基地開發模式加以統籌，從而節約建設資源，加快新能源開發。

3.4風光水互補基地開發模式能保證風能、太陽能利用率

風光水互補基地開發模式將風光水打捆送出，既能在汛期提供大量清潔能源，又能在枯期有效地保障能源供給安全和通道充分利用，將探索出一條清潔能源高效、安全、可持續的發展之路，構建雅礱江流域多元清潔能源供應體系。通過風光水互補基地建設，避免了雅礱江流域豐富的風能、太陽能資源再走現有部分地區“上網難、大量棄風棄光”的老路。

4風、光、水互補開發的初步設想

4.1出力特性分析

4.1.1水力發電。

雅礱江干流水力資源主要集中在兩河口以下的中下游河段，雅礱江干流兩河口以下至江口是我國能源發展規劃的十三大水電基地之一，共擬有13 級開發。雅礱江干流兩河口—江口河段梯級開發中有兩河口、錦屏一級和二灘三座大型水庫，調節庫容分別為65.6億m3、49.1億m3和33.7億m3，三大水庫總調節庫容達148.4億m3，對雅礱江干流徑流具有很好的調節能力，三大水庫建成后可使雅礱江干流梯級水電站群實現多年調節。

圖2所示為2020年錦屏一級、錦屏二級、官地、桐子林、官地等下游5個梯級建成時水力發電出力過程。

圖2　雅礱江梯級電站2020年預計出力過程

到2025年龍頭水庫兩河口建成后，流域調節能力進一步增強，水力發電出力過程見圖3。

圖3　雅礱江梯級電站2025年預計出力過程

4.1.2風力發電

雅礱江流域風電場風能資源分布有明顯的季節性，風速的季節變化直接造成了風電場出力的季節性差異。雅礱江流域附近風電場逐月特征出力統計見圖4。經統計，各區域風電場月平均出力的變化規律基本一致，一般11月～次年4月出力較大，7月～10月的出力較小。總體而言，風電場的出力年內變化呈冬春季大、夏秋季小的特點。

4.1.3太陽能發電

雅礱江流域太陽能資源年內分布較為平均，因此,太陽能電站出力的季節性差異不明顯，逐月特征出力系數統計見圖5。經統計，各太陽能電站月平均出力的變化規律基本一致，各季節出力變化不大，但也有冬季出力較大、夏季較小的特點。

圖4　雅礱江流域風電場月出力系數變化曲線

圖5　雅礱江流域太陽能電站月出力系數變化曲線

4.2風、光、水的互補特性

4.2.1年內出力的互補性

風電和水電的年內出力呈現出明顯的互補性，水電非汛期風電大發，水電汛期風電平均出力只占裝機容量的10%以下。利用兩者的互補特性，可將電力打捆，充分利用水電輸出通道。光電的年內各月差異較小，但也與水電呈現出一定的互補關系。雅礱江流域風光水年內出力過程見圖6。

圖6　雅礱江流域風光水年內出力曲線

4.2.2日內出力的互補性

風電和光電的日內出力呈現出明顯的互補形式，光電出力為零時段風電出力為峰值，風、光之間在日內形成較為統一的互補關系，見圖7。這種互補性體現了風光水多種清潔能源互補的優勢。

圖7　雅礱江流域風光水日內出力曲線

4.3風、光、水互補清潔能源示范基地開發的初步方案

雅礱江流域風能、太陽能資源整體規模約3 000萬kW。根據目前雅礱江流域水電開發進程和各風電、太陽能發電場址的建設條件，結合風光水的互補特征，風光水互補清潔能源示范基地先期開發對象宜選在雅礱江中下游涼山州、攀枝花境內。先期依托雅礱江下游投產電站共開發風電、光電約1 500萬kW。風電、光電場址規劃位置見圖8。

4.4送出方案的初步考慮

目前雅礱江梯級電站送出通道仍有一定容量。根據雅礱江下游輸電能力，按棄風、棄光率不超過5%考慮線路其輸送能力，經分析計算，雅礱江下游水電送出通道可消納風電和光電裝機容量總規模超過650萬kW。

2025年兩河口電站水庫發揮調節作用后，優化了下游梯級電站出力過程，預計孟底溝、楊房溝、卡拉水電站亦將建成，雅礱江流域可利用的送出通道增加至1 960萬kW，根據雅礱江中下游梯級送出通道輸電能力，按棄風、棄光率不超過5%其最大輸送能力分析計算，雅礱江中下游水電送出通道可消納風電和光電裝機容量總規模超過1 300萬kW，達到千萬千瓦級以上。

5結語

雅礱江流域風光水互補清潔能源示范基地具有較大的建設規模和良好的建設條件。通過風光水互補清潔能源基地的建設，可以解決目前風電、光電建設中并網難、棄風棄光嚴重等問題，并有利于建設資源的綜合利用，節約建設和送電成本，可以在目前國家新能源開發“就近接入、就地消納”的基礎上探索一種新型的可再生能源協同開發模式，對解決風電和光電送出和消納難題具有示范作用。

圖8　示范基地風電、太陽能發電場址分布圖

收稿日期:2016-04-25

中圖分類號:TM614；TM615；TM612

文獻標識碼:B

文章編號:1001-2184(2016)03-0105-04

作者簡介:

吳世勇(1965-)，男，四川仁壽人，博士研究生，教授級高工，副總經理，從事水電及新能源規劃與技術管理工作;

周永(1979-)，男，遼寧鐵嶺人，碩士研究生，高級工程師，副主任，從事水電及新能源規劃與技術管理工作;

王瑞(1987-)，男，山西忻州人，博士研究生，工程師，從事水電及新能源規劃與技術管理工作;

張恩銘(1993-)，男，湖南懷化人，碩士研究生，工程師，從事水電及新能源規劃與技術管理工作.

(責任編輯：卓政昌)