金沙江下游可再生能源出力及水風光互補特性分析

閆坤 胡浩 何堯璽 陳雪 胡文 康喆 張亞軍

摘 要：隨著中國經(jīng)濟的不斷發(fā)展和人民生活水平的提高，對清潔能源的需求逐漸增加，可再生能源在能源結(jié)構(gòu)中的地位愈發(fā)凸顯。以金沙江下游四川側(cè)地區(qū)為研究對象，通過對風電和光伏的季、日出力特性展開分析，深入了解該地區(qū)的可再生能源潛力，研究水風光互補特性。研究成果可為可再生能源的高效利用提供科學(xué)依據(jù)。

關(guān)鍵詞：金沙江下游；可再生能源；出力特性；水風光互補

中圖分類號：TM73 文獻標志碼：A

0 引 言

在全球范圍內(nèi)，面對日益加劇的能源危機和環(huán)境污染問題，可再生能源作為一種清潔、可持續(xù)的能源形式備受關(guān)注[1]。金沙江下游（以下簡稱“金下”）地區(qū)是中國西南重要的能源基地之一，其豐富的水資源和獨特的地理條件為可再生能源的開發(fā)提供了廣闊的空間[2]。在這一背景下，對金下地區(qū)可再生能源出力特性及水風光互補特性進行深入研究，對于推動該地區(qū)清潔能源的高效利用，實現(xiàn)能源可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。

風電和光伏作為金下地區(qū)主要的可再生能源形式，其出力特性直接影響著能源系統(tǒng)的穩(wěn)定性和經(jīng)濟性[3]。風電和光伏一般具有明顯的間歇性、季節(jié)性和隨機性，對電網(wǎng)的調(diào)度和規(guī)劃提出了挑戰(zhàn)[4]。因此，深入了解風電和光伏在不同季節(jié)和不同時間尺度上的出力規(guī)律，對于金下地區(qū)制定科學(xué)的能源規(guī)劃和管理策略至關(guān)重要。

水風光互補作為一種整合多種可再生能源形式的發(fā)展模式，被認為是提高可再生能源整體利用效率的重要途徑[5]。通過對水電、風電和光伏在日內(nèi)的互補關(guān)系的深入研究，發(fā)現(xiàn)可再生能源之間具備協(xié)同作用，可以實現(xiàn)協(xié)同運行[6-8]。金下地區(qū)具有豐富的水資源和適宜的風光條件，因此水風光互補在該地區(qū)具有巨大的潛力，有望成為推動清潔能源發(fā)展的創(chuàng)新路徑。

1 風光資源分布特性分析

1.1 風光資源分布

以金下T3左（以下簡稱“T3Z”）、T2為例，分析流域T3Z、T2近區(qū)風光資源分布。風電資源容量規(guī)劃方面，T3Z風電資源主要位于昭覺縣、美姑縣以及雷波縣，風電規(guī)劃容量共87.6萬kW；T2水電站近區(qū)風電資源主要位于會東縣、寧南縣、普格縣以及布拖縣，風電規(guī)劃容量共145萬kW，T3Z及T2電站近區(qū)風電資源總規(guī)模為232.6萬kW。光伏資源容量規(guī)劃方面，T3Z近區(qū)光伏資源主要位于美姑縣、昭覺縣及雷波縣，光伏規(guī)劃容量共367萬kW；T2近區(qū)光伏資源主要位于會東縣、寧南縣、普格縣、布拖縣以及金陽縣，規(guī)劃容量309萬kW，T3Z及T2電站近區(qū)光伏資源總規(guī)模為676萬kW。

豐富的可再生能源資源為該地區(qū)實現(xiàn)清潔能源轉(zhuǎn)型提供了強大的支持。通過科學(xué)規(guī)劃和有效管理，金下地區(qū)有望充分利用這些資源，推動風電和光伏發(fā)電項目的建設(shè)和運營[9]。

1.2 金沙江下游地區(qū)風光資源規(guī)劃建議

（1）進行綜合規(guī)劃。全面考慮T3Z和T2近區(qū)的風光資源分布情況，通過科學(xué)規(guī)劃和制定發(fā)展策略，充分利用這一地區(qū)豐富的可再生能源。這將有助于推動清潔能源項目的建設(shè)和運營，為實現(xiàn)清潔能源轉(zhuǎn)型奠定堅實基礎(chǔ)[10]。

（2）風電容量布局。建議采取分布式布局。通過優(yōu)化風電項目的位置，確保在昭覺縣、美姑縣、雷波縣、會東縣、寧南縣、普格縣、布拖縣以及金陽縣等地最大化地發(fā)揮風能資源的作用[11]。

（3）優(yōu)化風電規(guī)劃。建議進一步優(yōu)化風電規(guī)劃，確保規(guī)劃容量與實際可利用風電資源相匹配。同時在規(guī)劃中考慮設(shè)備更新和技術(shù)升級，以提高風電站的整體效益[12]。

（4）進行光伏容量布局。應(yīng)根據(jù)美姑縣、昭覺縣、雷波縣、會東縣、寧南縣、普格縣、布拖縣以及金陽縣等地的實際光照條件進行光伏容量布局。選擇合適的光伏項目位置，以確保光伏電站在白天能夠充分吸收陽光資源[13]。

（5）整合風光資源。在規(guī)劃中考慮風電和光伏的協(xié)同運行。通過智能電網(wǎng)技術(shù)實現(xiàn)兩者之間的互補，提高系統(tǒng)的整體可靠性和穩(wěn)定性，減少電力系統(tǒng)的波動性[14]。

（6）投入技術(shù)創(chuàng)新和研發(fā)。投資與風光資源相關(guān)的技術(shù)創(chuàng)新和研發(fā)，以提高風電和光伏的效能[15]。

2 可再生能源出力特性分析

2.1 風電出力特性

2.1.1 季特性

金下流域風能資源分布有明顯的季節(jié)性差異，風速的季節(jié)變化直接導(dǎo)致風電場出力的季節(jié)性差異。如圖1所示，風電場月平均出力12—次年5月出力較大，6—11月的出力較小，風電場出力月際變化較顯著，呈夏秋季小、冬春季大的特點。

2.1.2 日特性

如圖2所示，金下流域風電場各月日內(nèi)出力基本一致，總體均呈“一峰一谷”的特征，各月日內(nèi)出力分布較均勻，變化幅度相對較小。一般在早晨8時風速開始加大，下午18—19時風速達到最大，之后風速開始下降。

2.2 光伏出力特性

2.2.1 季特性

太陽能資源年內(nèi)分布存在季節(jié)性差異，造成光伏電站出力也存在一定的季節(jié)性差異。如圖3所示，金下近區(qū)光伏年內(nèi)出力變化規(guī)律基本一致。冬春季受亞熱帶氣候影響，天氣較為寒冷，氣溫降低，太陽電池組件效率隨溫度的降低而升高，而夏秋季，太陽能輻射量較強，高溫多雨，太陽電池組件效率較低，故一般冬春季（11—次年4月）出力較大，夏秋季（5—10月）的出力較小。

2.2.2 日特性

圖4為金下流域光伏電站全年各月日內(nèi)平均出力曲線。可知，光伏典型日出力特性較為一致，集中于6—18時，中午11—14時左右出力最大。

3 水風光日內(nèi)互補特性分析及提升措施

風電、光伏發(fā)電出力由于受氣象因素影響而具有隨機性、波動性特征，大規(guī)模接入會增加電網(wǎng)的功率波動，對電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行造成威脅，這是影響新能源發(fā)電規(guī)?；l(fā)展的重要因素。

水電與風電、光伏的出力特性天然存在季節(jié)上的互補特性。水電出力特點為豐枯期、季節(jié)性波動較大，而日內(nèi)出力較為平緩，波動性較?。伙L電、光伏受制于氣象條件，日內(nèi)波動較大。對于具備調(diào)節(jié)庫容的水電站，通過水電站的調(diào)節(jié)能力可以平抑風電及光伏的短期波動，減少新能源棄電量。水風光互補特性可以總結(jié)為：在年內(nèi)，通過風光補充水電在枯期的出力不足，在日內(nèi)，通過水電平抑風光出力的波動性。

3.1 年內(nèi)互補特性分析

金下地區(qū)風速和風功率密度的年內(nèi)變化基本呈冬春季大、夏秋季小的特點，一般11—次年4月風速、風功率密度較大，5—10月的較小。與此對應(yīng)，風速、風功率密度大的月份發(fā)電量較多，而風速、風功率密度小的月份發(fā)電量較少。光伏發(fā)電雖沒有非常明顯的季節(jié)性差異，但也基本呈現(xiàn)冬季出力相比夏季略大的規(guī)律。水電站的出力根據(jù)來水情況分為豐水期和枯水期，每年的6—10月為豐水期，來水量大，相應(yīng)的發(fā)電量多，12—次年4月為枯水期，來水量小，相應(yīng)的發(fā)電量少。

T3Z水電站單獨運行時月平均出力與一體化運行后出力曲線如圖5所示。由于年內(nèi)風電的“豐”“枯”恰好與水電的“枯”“豐”在時間上對應(yīng)，風、水之間具有較好的互補關(guān)系，光伏發(fā)電的各月差異雖較小，但也呈現(xiàn)出與水電一定的豐枯互補關(guān)系，因此風光水互補運行后的年內(nèi)出力波動有所減小。

3.2 日內(nèi)互補特性分析

由于豐水季節(jié)與枯水季節(jié)之間的入庫流量相差很大，金下地區(qū)梯級水電的出力特點是季節(jié)性波動大，但日內(nèi)波動較??；風資源的短期波動性較大，風電出力的短期波動性很大；光伏發(fā)電受氣候影響，日內(nèi)波動較大，且只在白天發(fā)電，夜晚出力為0。

以T3水電站為例，水、風、光互補運行后，T3Z電站每月典型出力曲線如圖6所示，豐水期某典型日內(nèi)水風光出力特性如圖7所示?？芍?，光伏電站出力集中在9—17時，晚上出力為0，風電出力在夜間較大，9—20時較小，水風光聯(lián)合運行模式下，在白天光伏大發(fā)時段，水電站減少出力，以減少風光棄電，平抑風電、光電的短期波動，提高系統(tǒng)整體出力的平穩(wěn)性。

3.3 提升水風光日內(nèi)互補運行效率措施

（1）進行水電站靈活調(diào)度。充分發(fā)揮水電站的調(diào)節(jié)庫容，根據(jù)風電和光伏出力的變化，通過靈活的調(diào)度策略，及時調(diào)整水電站的發(fā)電量。在風光高產(chǎn)時段，降低水電站出力以減少風光棄電，而在風光弱時，增加水電站出力，提供穩(wěn)定電力支持。

（2）合理規(guī)劃光伏電站布局。根據(jù)日內(nèi)光照變化，合理規(guī)劃光伏電站布局，確保在白天最大化地利用光照資源。同時，盡可能考慮地理位置分布較為分散的光伏電站，減小因天氣變化引起的功率波動。

（3）引入智能電網(wǎng)調(diào)度系統(tǒng)。通過先進的預(yù)測和調(diào)度算法，實時監(jiān)測各能源的出力情況，優(yōu)化電力分配方案，提高系統(tǒng)整體運行效率。

（4）結(jié)合分布式儲能技術(shù)應(yīng)用。結(jié)合儲能技術(shù)，如電池儲能系統(tǒng)，儲存過剩電力并在需要時釋放，平抑風光的瞬時波動，提高能源利用效率。

（5）建立完善協(xié)同運行機制。建立水、風、光的協(xié)同運行機制，通過信息共享和協(xié)同控制，實現(xiàn)更加精準的調(diào)度和管理，提高系統(tǒng)整體可靠性和穩(wěn)定性。

4 結(jié)束語

通過對金下地區(qū)四川側(cè)地區(qū)風電和光伏的季節(jié)性和日內(nèi)出力特性進行詳細分析，深入探討了該地區(qū)可再生能源的潛力，揭示了水電、風電和光伏在年內(nèi)和日內(nèi)的互補關(guān)系。主要結(jié)論如下：

（1）風電方面，金下地區(qū)呈現(xiàn)出明顯的季節(jié)性差異，夏秋季的出力較小，而冬春季的出力較大。在日內(nèi)，風電場整體呈現(xiàn)“一峰一谷”的特征，風速在早晨8時開始加大，下午18—19時達到最大，之后風速逐漸下降。

（2）光伏方面，雖然季節(jié)性差異不如風電顯著，但仍表現(xiàn)為冬季出力相對較大，夏季出力較小。在日內(nèi)，光伏電站出力集中于6—18時，中午11—14時左右出力最大。

（3）水風光互補方面，通過對年內(nèi)和日內(nèi)的互補特性分析，發(fā)現(xiàn)水電、風電和光伏之間存在良好的互補關(guān)系。水電在枯水期能夠彌補風電、光伏的出力不足，而在日內(nèi)，水電的平緩出力能夠平抑風電和光伏的波動性，減少新能源的棄電量。

（4）金下四川側(cè)地區(qū)具有豐富的可再生能源資源，風電、光伏和水電之間存在良好的互補關(guān)系，可實現(xiàn)更穩(wěn)定、可靠的清潔能源供應(yīng)。未來的可再生能源開發(fā)和規(guī)劃中，應(yīng)充分考慮可再生能源出力特性，制定科學(xué)合理的能源管理策略，推動可再生能源的高效利用。

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Renewable Energy Output and Hydro-wind-solar Complementary Characteristics in Lower Jinsha River

YAN Kun1，HU Hao2，HE Yaoxi1， CHEN Xue2，HU Wen1，KANG Zhe1，ZHANG Yajun1

（1. China Yangtze Power Co.，Ltd.，Wuhan 430010，China；2. Southwest Electric Power Design Institute Co.，Ltd.，China Power Engineering Consulting Group，Chengdu 610056，China）

Abstract：As China's economy advances and people's living standards improve，the demand for clean energy is gradually rising. Thus，renewable energy sources are becoming increasingly prominent in the energy structure. With a focus on the Sichuan region along the lower Jinsha River，we analyze the seasonal and daily output characteristics of wind and photovoltaic power. On this basis，we explore the renewable energy potential of the region and analyze the complementary characteristics of hydro and wind resources. The results provide a scientific basis for the efficient use of renewable energy.

Key words：lower Jinsha River；renewable energy；output characteristics；hydro-wind-solar complementary

基金項目：長電新能有限責任公司項目（4223020056）

作者簡介：閆? 坤，男，高級工程師，碩士，主要研究方向為新能源及水電發(fā)電技術(shù)。 E-mail：yan_kun@ctg.com.cn

通信作者：胡? 浩，男，高級工程師，碩士，主要從事電力系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計工作。E-mail：huhao@swepdi.com