分布式清潔能源在高海拔地區建設實例及分析

張 航，韓進孝，郝良霞，納 珍

（國網青海省電力公司西寧供電公司，青海 西寧 810003）

青海是全國蘊藏自然資源最豐富的地區之一，豐富的資源為分布式清潔能源建設發展提供了良好的基礎條件。近幾年，高海拔地區在不同的地形、地貌下利用自然資源建設各種分布式清潔能源，就地消納清潔能源和電力用戶負荷，取得了較好的社會效益和經濟效益。

1 系統接入

分布式清潔能源具有近用戶、高能效的優勢，高海拔地區建設分布式清潔能源，不僅前期需要考慮地形特征、光照強度、氣候特點等環境因素，而且還需要考慮分布式清潔能源接入系統的電壓等級，對比評估不同方案的建設成本，優選設備水平和建設時序，以保證運行穩定。

分布式清潔能源通常在不同容量接入時需要匹配與之相對應的電壓等級。結合青海配電網現有電壓等級的實際狀況，依據新能源裝機容量的大小及建設地點與接入點距離的長短，擇優選擇接入0.38、10、35 kV 電壓等級系統。通常情況下，單體新能源發電容量較小，接入0.38 kV 電網，若單體新能源發電容量較大，則接入10 kV 及以上電網。

為保證系統接入的安全穩定運行，分布式清潔能源在T 接入系統處，應設置相應的繼電保護及自動裝置。無論何種原因導致系統或新能源設備發生故障時，繼電保護及自動裝置能夠將故障點阻斷隔離，使故障不能擴散蔓延。

2 實例分析

隨著不可再生能源日益減少，光能和風能等清潔能源已經成為我國主要能源研究目標，因此適時開展風光互補系統的研究是必要的。風光互補系統是合理利用清潔能源的應用系統，電能的儲存設備主要是太陽能電池方陣，可以將太陽能和風能轉換成的電能存儲到蓄電池組中。正常時，太陽能和風能轉換成的電能不僅向用戶直供，而且同時完成儲能；當太陽能和風能消失且用戶需要用電時，逆變器將蓄電池組中儲存的直流電轉變為交流電，通過輸電線路送到用戶處。若同時考慮采用太陽能發電和風力發電，則可以實現局部時段的電能互補，提高高海拔地區清潔能源的利用率。

西寧地區韻家口風光水儲微電網示范基地是比較典型的電能互補案例，該基地位于青海省西寧市城東區，海拔約2200 m，占地面積約8666 m2，示范基地包含雙饋式風力發電機組和光伏發電兩種分布式清潔能源發電系統，運用鐵鋰電池儲能形式，光伏組件為多晶硅，逆變器為集中式，支架采用固定式安裝，末端裝有過電壓保護裝置，接入10 kV電壓等級，如圖1所示。

圖1 韻家口風光水儲微電網示范基地示意圖

收集韻家口風光水儲微電網示范基地2020年實際發電參數，以此分析風光之間的互補性。考慮到電站功率變化特性受晝夜、天氣、季節、溫度等影響比較大，選取具有代表性的1 月15 日和7 月15 日的風光出力參數進行分析。

2.1 2020年1月15日，對冬季典型日進行分析

圖2 相關數據顯示，風電全天出力較小，瞬時出力在8～20 kW 之間，平穩出力時段主要集中在22∶00—00∶00 以及06∶00—08∶00，約為20 kW，其余時間出力呈鋸齒狀，波動大，平均出力在12 kW。

圖2 風電出力過程參數（2020年1月15日）

圖3 相關數據顯示，光伏出力過程波動較大，具有明顯的時段性，從17∶00—08∶00，光伏幾乎不發電，白天發電出力呈現先增后降的趨勢，在14∶00 達到峰值320 kW，白天平均出力為150 kW。

圖3 光伏出力過程參數（2020年1月15日）

風電和光伏全天瞬時最大出力之和為340 kW，發生在14∶00 左右，最小出力為8 kW，出現在00∶00—07∶00。從出力角度分析，夜間至清晨，風電有小規模平穩出力，清晨到傍晚，光伏有大規模波動出力。因此，風電和光伏出力在冬季具有一定的晝夜互補性。

2.2 2020年7月15日，對夏季典型日進行分析

圖 4 相關數據顯示，風電從 01∶00—22∶00全天出力比較平穩，約為75 kW，22∶00后出現了風電出力陡漲陡落的情況，在23∶00，峰值達到300 kW，00∶00，谷值為25 kW，出力波動較大。

圖4 風電出力過程參數（2020 年7月15日）

圖5 相關數據顯示，從06∶00—08∶00，光伏出力呈現先增后降趨勢，為拋物線狀，略有小幅波動，峰值可達400 kW，晚間至凌晨幾乎為零，白天平均出力為250 kW。

風電和光伏全天瞬時最大出力為475 kW，發生在13∶00 左右，最小出力為25 kW，出現在01∶00。從出力角度分析，在夜間，風電出力波動大，清晨到傍晚，光伏有大規模波動出力。因此，風電和光伏出力在冬季具有一定的晝夜互補性。風電和光伏出力在夏季也呈現了較明顯的晝夜互補性，且夏季出力明顯高于冬季出力。

綜上所述，高海拔地區可以利用清潔能源資源分布較廣、建設土地面積大的特點，當建設地域具有光照充足和風力強且持久的條件時，風電和光伏兩種發電模式之間具有一定的電能輸出互補性。

3 經濟分析

本文以建設一座2 MWp光伏電站為例對分布式光伏電站的投資進行分析。目前所采用的主要材料中，光伏組件、箱式逆變器等一次、二次設備是光伏電站的核心。

若設備價格統一參照2019年三季度價格水平和已建成的光伏電站投資水平進行類比框算，結果顯示投資比較大，具體設備材料價格如表1所示。

由于框算的分布式光伏電站投資成本的固定性，使得投資建設電站項目前期經濟與技術成本相對較高，因此需要在編制可行性研究報告過程中，認真進行方案比選，對建設規模和投資整體把控，對市場行情充分調研；選擇施工質量過關且性價比高的建設單位，嚴格控制設備、人工和運維成本，有效控制工程造價；同時還要充分利用國家和地方電價政策補貼，降低運營成本，才能在最短時間內收回成本。

4 結束語

在高海拔地區建設分布式清潔能源，不僅需要緊緊圍繞自身技術能力的優勢，為電站選擇合適的設備，而且還要全面綜合考慮電站工程造價的經濟性。在建設的過程中，一方面根據不同的運行環節，對設備型號進行科學匹配，保證符合運行的基本要求，另一方面加強質量檢驗，保證設備采購質量符合運行的安全規范[1]。

隨著可持續發展的理念不斷深入以及電力行業的不斷發展，分布式清潔能源發電占比將會越來越大。高海拔地區具有資源分布面廣闊、建設土地面積大、可利用資源充足等顯著特點，因此建議：

當建設地域同時具備光照和風力資源的條件時，應做好當地的分布式清潔能源建設規劃。

利用風光互補的特性，因地制宜地充分開發分布式清潔能源項目。

分布式清潔能源項目投資費用大、技術要求高，同時受自然環境和國家政策等因素的影響，應采取合理有效地建設措施且控制設備購置、建設與運維成本。