青海省光伏電站接入電網(wǎng)調(diào)度模式探討

李春來，朱慧敏

(1.青海電力科學(xué)試驗(yàn)研究院，青海 西寧 810008;2.青海電力信息通信公司，青海 海晏 812200)

青海省光伏電站接入電網(wǎng)調(diào)度模式探討

李春來1，朱慧敏2

(1.青海電力科學(xué)試驗(yàn)研究院，青海 西寧 810008;2.青海電力信息通信公司，青海 海晏 812200)

1 青海省太陽能資源現(xiàn)狀分析

青海省位于青藏高原東北部，地處東經(jīng)89°35'～103°04'，北緯 31°39'～ 39°19'之間。東西長約1200 km，南北寬800km，面積為72萬km2，與甘肅、四川、西藏、新疆毗鄰，是聯(lián)結(jié)西藏、新疆與內(nèi)地的紐帶。青海全省地貌復(fù)雜多樣，五分之四以上的地區(qū)為高原。東部多山，海拔較低，西部為高原和盆地，全省平均海拔高度3000m以上。

青海省地處中緯度地帶，太陽輻射強(qiáng)度大，光照時(shí)間長，年總輻射量達(dá)5800MJ/m2～7400MJ/m2，其中直接輻射量占總輻射量的60%以上，僅次于西藏，位居全國第二。從氣象部門提供的青海省度總輻射空間變化統(tǒng)計(jì)結(jié)果可以看出，其空間分布特征是西北部多，東南部少，太陽資源特別豐富的地區(qū)位于柴達(dá)木盆地、唐古拉山南部，年太陽總輻射量大于6800MJ/m2;太陽資源豐富地區(qū)位于海南(除同德)、海北、果洛州的瑪多、瑪沁、玉樹及唐古拉山北部，年太陽總輻射量達(dá)6200MJ/m2～6800MJ/m2;太陽能資源較豐富地區(qū)主要分布于海北的門源、東部農(nóng)業(yè)區(qū)、黃南州、果洛州南部、西寧市以及海東地區(qū)，年太陽總輻射量小于6200MJ/m2。

青海柴達(dá)木盆地是我國太陽輻射資源最豐富的地區(qū)之一，年太陽總輻射量范圍在6618.3MJ/m2～7356.9MJ/m2之間，高于我國東部同緯度地區(qū)，太陽輻射資源的空間分布由西向東呈逐漸遞減趨，各地太陽總輻射量普遍超過6800MJ/m2，最高達(dá)7357MJ/m2，平均年太陽總輻射量為7000MJ/m2;柴達(dá)木盆地晴天多、利用佳期長(一年中日平均氣溫穩(wěn)定通過0℃的日數(shù))，年日照小時(shí)數(shù)在3000h以上，是青海省日照小時(shí)數(shù)最長的地區(qū)，也是青海省日照百分率最大的地區(qū)。

格爾木市平均每天日照時(shí)間接近8.5h，年均日照時(shí)數(shù)為3096.3h，年太陽總輻射量為6600MJ/m2～7100MJ/m2，是柴達(dá)木盆地太陽能資源豐富地區(qū)之一。根據(jù)青海省柴達(dá)盆地“千萬千瓦級(jí)”光伏發(fā)電基地發(fā)展規(guī)劃，預(yù)計(jì)2020年青海光伏發(fā)電總裝機(jī)容量超過750萬kW。本文對青海光伏電站接入電網(wǎng)調(diào)度模式進(jìn)行了研究，要析了電網(wǎng)調(diào)峰模式對光伏電站裝機(jī)容量的影響，探討了光伏電站調(diào)度模式及電網(wǎng)負(fù)荷特性，為青海并網(wǎng)光伏電站提供參考。

2 青海電網(wǎng)調(diào)峰能力分析與光伏電站調(diào)度模式研究

2.1 電網(wǎng)調(diào)峰能力對光伏電站裝機(jī)容量的影響

光伏發(fā)電具有隨機(jī)性、間歇性和周期性的特點(diǎn)，目前，光伏發(fā)電電力尚不能參與電力平衡并進(jìn)入發(fā)電計(jì)劃安排。光伏發(fā)電電力的消納，只能按《可再生能源法》的要求，并網(wǎng)后由電網(wǎng)公司全額收購。光伏發(fā)電只在白天發(fā)電，夜間輻照度為零，出力也為零;日出后太陽輻射逐漸增強(qiáng)，到中午時(shí)分達(dá)到高峰，光伏電站也隨著輻射增強(qiáng)而出力增加，中午時(shí)分出力達(dá)到最大，在光伏電站有出力時(shí)，電網(wǎng)中其他電源需要調(diào)整出力，讓出負(fù)荷由光伏發(fā)電供電;當(dāng)云層飄過時(shí)，光伏電站出力迅速下降，其他電源的出力必須相應(yīng)增加，補(bǔ)充光伏發(fā)電減少造成的電力缺額。

光伏發(fā)電上述特點(diǎn)決定了光伏發(fā)電并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)，必須由其他常規(guī)電源為其有功出力提供補(bǔ)償調(diào)節(jié)，以保證對用電負(fù)荷持續(xù)、可靠、安全地供電。這種對光伏發(fā)電有功出力的補(bǔ)償調(diào)節(jié)，可以看成對負(fù)的負(fù)荷波動(dòng)的跟蹤，也就是我們所說的對光伏發(fā)電的“調(diào)峰”。這種為光伏發(fā)電準(zhǔn)備的可調(diào)容量，是電網(wǎng)接納光伏發(fā)電能力的考核條件之一。

光伏發(fā)電的存在，相當(dāng)于在電網(wǎng)中增加了一組負(fù)的“不確定負(fù)荷”。光伏發(fā)電功率的波動(dòng)，完全依據(jù)天氣狀況隨機(jī)變化，比電網(wǎng)正常的負(fù)荷變化快很多，據(jù)實(shí)測結(jié)果，云層的飄過可以使光伏電站出力迅速減少高達(dá)70%。因此，為光伏發(fā)電準(zhǔn)備的可調(diào)容量，不能靠臨時(shí)性的啟停機(jī)完成，而是處于旋轉(zhuǎn)備用狀態(tài)。光伏發(fā)電裝機(jī)容量越大，為此準(zhǔn)備的旋轉(zhuǎn)備用量也就越大。

2.2 青海電網(wǎng)典型方式下的調(diào)峰能力分析

青海省水資源非常豐富，2010年1000MW以上的水電站有公伯峽、積石峽、龍羊峽、李家峽和拉西瓦電站，調(diào)峰可以通過本省內(nèi)電源實(shí)現(xiàn)。青海電網(wǎng)不參與調(diào)峰的機(jī)組有:自備電廠滿足企業(yè)負(fù)荷，出力相對穩(wěn)定，一般不參與調(diào)峰;小水電多無調(diào)節(jié)能力、小火電機(jī)組由于經(jīng)濟(jì)性原因亦不參加調(diào)峰。

水電優(yōu)先調(diào)峰的優(yōu)點(diǎn)在于能最大程度地發(fā)揮青海電網(wǎng)內(nèi)大水電機(jī)組調(diào)峰的優(yōu)勢，提高電網(wǎng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)效益;但在枯水季節(jié)并不適用，在水電調(diào)峰容量不足的運(yùn)行方式如冬小方式下，需依靠西北網(wǎng)內(nèi)火電機(jī)組參與調(diào)峰才能平衡光伏發(fā)電。按現(xiàn)有的光伏發(fā)展規(guī)劃，2010年青海電網(wǎng)的調(diào)峰能力可以滿足光伏發(fā)電發(fā)展的要求。

2.3 青海電網(wǎng)負(fù)荷特性分析

從青海電網(wǎng)負(fù)荷分析可以發(fā)現(xiàn)，青海電網(wǎng)第二產(chǎn)業(yè)用電量比例一直保持在80% ～92.8%之間，工業(yè)的生產(chǎn)經(jīng)營狀況對青海省電網(wǎng)負(fù)荷的影響非常大，2008年底由于金融危機(jī)，工業(yè)用電大幅減少，導(dǎo)致2008年電網(wǎng)冬季負(fù)荷出現(xiàn)低谷。但多年運(yùn)行結(jié)果顯示，青海電網(wǎng)年最高負(fù)荷大多出現(xiàn)在11月和12月，最小負(fù)荷主要在5月和6月。年平均日負(fù)荷率在0.9左右，負(fù)荷率較高是由于青海電網(wǎng)負(fù)荷以工業(yè)負(fù)荷為主，第三產(chǎn)業(yè)及城鄉(xiāng)居民生活用電比重相對較小的負(fù)荷構(gòu)成特點(diǎn)所決定。

由于工業(yè)負(fù)荷比重過大，使得青海電網(wǎng)日負(fù)荷沒有固定的規(guī)律性，雙峰特征不明顯。一般情況下，青海電網(wǎng)有三個(gè)峰值負(fù)荷時(shí)段，分別為上午8∶00、中午12∶00和晚上21∶00，而且三個(gè)峰值負(fù)荷大小基本接近，差別不明顯。而青海電網(wǎng)低谷負(fù)荷在半夜到凌晨5:00前比較常見，但同時(shí)白天也有負(fù)荷很低甚至低于凌晨時(shí)段負(fù)荷的時(shí)候。

2.4 光伏電站調(diào)度模式的探討

光伏電站調(diào)度模式是建立在光伏電站接入電網(wǎng)后，滿足系統(tǒng)調(diào)峰、備用的基礎(chǔ)上，按照優(yōu)先調(diào)度光伏發(fā)電的原則進(jìn)行電力電量分配與電力系統(tǒng)調(diào)度的模式。調(diào)度模式不同于購銷模式，它是為保證電網(wǎng)安全和經(jīng)濟(jì)而采取的一種方式，著眼點(diǎn)放在電力電量平衡方式。根據(jù)2010年電力需求預(yù)測，青海省用電量約為435億 kW·h，光伏電站按裝機(jī)容量利用1800h測算電量為3.6億kW·h。

青海省的光伏發(fā)電采用就地平衡為主的調(diào)度模式，或稱作省內(nèi)平衡模式，該模式有三種方式:

第一種調(diào)度模式，現(xiàn)階段是將光伏發(fā)電電力電量在整個(gè)青海電網(wǎng)內(nèi)進(jìn)行平衡，實(shí)施統(tǒng)一調(diào)度分配、同一共享備用容量，一方面可減小光伏發(fā)電對地區(qū)電網(wǎng)的影響，另一方面可以利用青海電網(wǎng)調(diào)峰容量，實(shí)現(xiàn)資源合理配置，這也符合節(jié)能調(diào)度、經(jīng)濟(jì)調(diào)度的原則。這種方式下可以優(yōu)化系統(tǒng)的開機(jī)方式，避免了省內(nèi)平衡光伏發(fā)電時(shí)預(yù)留調(diào)峰容量過大的浪費(fèi)。在這種調(diào)度模式下，可以充分挖掘青海水電的調(diào)峰能力，便于在光伏電站出力發(fā)生突變時(shí)實(shí)施實(shí)時(shí)電力電量交易。

第二種模式，今后隨著青海光伏發(fā)電規(guī)模的進(jìn)一步發(fā)展擴(kuò)大，在光伏發(fā)電電力和電量達(dá)到比上階段更大的規(guī)模時(shí)，除了在青海電網(wǎng)內(nèi)進(jìn)行平衡之外，還可以積極利用西北電網(wǎng)進(jìn)行平衡。這種調(diào)度模式相當(dāng)于在更大的電網(wǎng)內(nèi)消納光伏發(fā)電的電力與電量，進(jìn)一步降低了光伏發(fā)電的不確定性對電網(wǎng)運(yùn)行的影響，可以實(shí)現(xiàn)資源的優(yōu)化配置。不利的因素是進(jìn)行西北全網(wǎng)平衡需要進(jìn)行頻繁的實(shí)時(shí)電力電量交易，在目前市場體制尚不健全的情況下實(shí)施難度比較大，如何引導(dǎo)西北其余省份消納光伏發(fā)電電力電量是一個(gè)需要解決的問題。

第三種模式，今后隨著青海省柴達(dá)木盆地“千萬千萬級(jí)”光伏發(fā)電基地［1］的建設(shè)及大規(guī)模光伏電站的并網(wǎng)發(fā)電，除了在西北電網(wǎng)內(nèi)進(jìn)行平衡之外，還可以考慮利用直流外送通道在整個(gè)國家電網(wǎng)層面進(jìn)行平衡。這種調(diào)度模式相當(dāng)于在更大的電網(wǎng)內(nèi)實(shí)現(xiàn)能源資源的優(yōu)化配置，能夠有效地解決能源資源的大規(guī)模、遠(yuǎn)距離低損耗傳輸問題，顯著提高發(fā)電設(shè)備的綜合利用效率、電網(wǎng)的傳輸效率和用戶的電能使用效率，充分發(fā)揮電網(wǎng)的節(jié)能增效作用。

但是由于青海地區(qū)光伏電站處于電網(wǎng)末端，利用全網(wǎng)調(diào)峰來平衡光伏發(fā)電的波動(dòng)時(shí)，可能會(huì)造成電網(wǎng)某些環(huán)節(jié)出現(xiàn)輸電瓶頸，因此為了配合光伏電站的大規(guī)模開發(fā)與利用，青海電網(wǎng)需要切實(shí)加強(qiáng)電網(wǎng)建設(shè)，消除輸電瓶頸;調(diào)峰過程中若電網(wǎng)中樞點(diǎn)電壓異常或輸電線路過載，需限制包括光伏發(fā)電和常規(guī)電源在內(nèi)的機(jī)組出力調(diào)整或開停機(jī)。從技術(shù)層面分析，青海750kV電網(wǎng)“十二五”目標(biāo)網(wǎng)架可以提供電網(wǎng)保障，并利用青海電網(wǎng)的水電強(qiáng)大的調(diào)峰能力，確保青海電網(wǎng)內(nèi)部分地區(qū)電網(wǎng)中的大規(guī)模光伏發(fā)電的開發(fā)利用與送出。

因此，無論采用何種調(diào)度模式，光伏發(fā)電功率的準(zhǔn)確預(yù)測對于確保電網(wǎng)平衡光伏發(fā)電波動(dòng)、減少備用容量和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行都將發(fā)揮極其重要的作用。隨著青海地區(qū)光伏電站大規(guī)模開發(fā)和并網(wǎng)，必須配套建設(shè)完備、高效、高精度的光伏發(fā)電功率預(yù)測系統(tǒng)。

3 結(jié)語

在青海地區(qū)光資源分析、光伏電站開發(fā)及電網(wǎng)發(fā)展規(guī)劃的基礎(chǔ)上，分析了青海電網(wǎng)調(diào)峰能力，探討了光伏發(fā)電調(diào)度模式，計(jì)算了光伏發(fā)電接入對電網(wǎng)的影響。主要研究結(jié)論及建議總結(jié)如下:

(1)青海地區(qū)大量的水電資源是青海地區(qū)光伏電站大規(guī)模開發(fā)的重要保障。水電調(diào)峰優(yōu)勢突出是青海地區(qū)光伏發(fā)電大規(guī)模開發(fā)的有利條件。2010年，青海電網(wǎng)水電裝機(jī)比重大概占全省總裝機(jī)容量的83.3%，水力發(fā)電調(diào)度靈活、調(diào)節(jié)能力強(qiáng)，承擔(dān)著青海電網(wǎng)的主要調(diào)峰任務(wù)。水電優(yōu)先調(diào)峰的優(yōu)點(diǎn)在于能最大程度地提高青海電網(wǎng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)效益并提高響應(yīng)速度。但在枯水、防凌等季節(jié)，水電調(diào)峰容量不足時(shí)，需要依靠青海電網(wǎng)內(nèi)的火電機(jī)組參與調(diào)峰，才能平衡光伏發(fā)電注入功率對電網(wǎng)的影響。

(2)青海地區(qū)并網(wǎng)光伏電站必須實(shí)施全青海電網(wǎng)統(tǒng)一調(diào)度運(yùn)行模式。為保證大規(guī)模光伏發(fā)電的可靠送出和青海電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行，青海地區(qū)并網(wǎng)光伏電站必須實(shí)施全青海地區(qū)統(tǒng)一調(diào)度、全網(wǎng)統(tǒng)一調(diào)峰和全網(wǎng)備用共享的調(diào)度運(yùn)行模式。

(3)青海地區(qū)并網(wǎng)光伏電站必須考慮在國家層面內(nèi)進(jìn)行分配。青海地區(qū)光資源蘊(yùn)藏量極為豐富，目前省(區(qū))政府、有關(guān)發(fā)電企業(yè)投資建設(shè)光伏電站的積極性非常高，預(yù)計(jì)到2020年，青海地區(qū)光伏電站總裝機(jī)容量將達(dá)到750萬kW。為保證青海光伏發(fā)電全額收購與消納，青海地區(qū)光伏電站集中大規(guī)模開發(fā)和投產(chǎn)，光伏發(fā)電電量仍然全部由所在網(wǎng)省(區(qū))消納在技術(shù)和管理層面均存在較大困難，需要全國范圍內(nèi)進(jìn)行配置。隨著青海地區(qū)光伏電站大規(guī)模開發(fā)，應(yīng)加強(qiáng)電網(wǎng)建設(shè)。

［1］青海省柴達(dá)木盆地千萬千瓦級(jí)光伏發(fā)電基地規(guī)劃報(bào)告［R］.西安:西北水利水電勘測設(shè)計(jì)研究院，2009.

［2］中國新能源網(wǎng)數(shù)據(jù)庫，我國亟須加快光伏發(fā)電基地建設(shè)［EB/OL］.http://www，newenergy.org.cn/html/01011/11261037335_1.html，2010 － 12 － 26.

［3］青海科協(xié)網(wǎng)數(shù)據(jù)庫。柴達(dá)木盆地將成全國太陽能發(fā)電基地［EB/OL］.http://www.qhkxw.com/News/Info.asp?infoid=1593，2010－06－30.

［4］吳晶晶.青海將建百萬千瓦級(jí)太陽能基地［N］.國家電網(wǎng)報(bào)，2009－04－12.

Discussion on photovoltaic power station access network scheduling model in Qinghai province

青海省太陽能資源豐富，開發(fā)利用潛力巨大。根據(jù)青海省柴達(dá)木盆地“千萬千瓦級(jí)”光伏發(fā)電基地發(fā)展規(guī)劃，預(yù)計(jì)2010年青海省光伏發(fā)電總裝機(jī)容量將達(dá)到20萬kW，2020年遠(yuǎn)景規(guī)劃裝機(jī)容量超過750萬kW，2030年遠(yuǎn)景規(guī)劃總裝機(jī)容量達(dá)到2000萬kW。但是，青海省光伏發(fā)電也面臨著諸如光伏電站調(diào)度困難等技術(shù)、經(jīng)濟(jì)問題，必須妥善解決。針對青海省光伏電站接入電網(wǎng)調(diào)度模式開展相應(yīng)工作，意圖對青海省并網(wǎng)光伏電站及電網(wǎng)的安全、穩(wěn)定、運(yùn)行提供有益指導(dǎo)。

光伏;并網(wǎng);負(fù)荷特性;調(diào)峰

In Qinghai province，development and utilization of solar energy resources potential is enormous.According to the Qaidam basin"Million Kilowatts of Qinghai province level photo voltaic power base development planning，Qinghai province to 2010，with a total installed capacity of photovoltaic energy will reach 20 million kilowatts，2020 vision installed capacity than 750 million kilowatts，with a total installed capacity of vision in 2030 to 20 million kilowatts.However，Qinghai photovoltaic energy is also facing difficulties，such as photovoltaic station scheduling techniques，economic problems must be solved properly.Based on Qinghai photovoltaic station access network scheduling model，with the intention of working out corresponding Qinghai province power grid photovoltaic power station and the safe and stable operation and provide helpful guidance.

photo voltaic;grid;load characteristics;load

TK51

B

1674－8069(2011)02－058－03

2010-09-21;

2011-02-21

李春來(1980-)，男，遼寧省朝陽人，工程師，從事風(fēng)電、太陽能等新能源接入電網(wǎng)等方面的研究工作。E－mail:lichunlai0216@163.com