新疆風(fēng)光儲互補(bǔ)發(fā)電前景展望

王 凱

新疆風(fēng)電工程設(shè)計(jì)咨詢有限責(zé)任公司 烏魯木齊 830063

新疆風(fēng)光儲互補(bǔ)發(fā)電前景展望

王 凱

新疆風(fēng)電工程設(shè)計(jì)咨詢有限責(zé)任公司 烏魯木齊 830063

相比火電電量供給穩(wěn)定的特點(diǎn)，風(fēng)、光獨(dú)立運(yùn)行系統(tǒng)難以提供連續(xù)穩(wěn)定的電力輸出，影響電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。風(fēng)光儲互補(bǔ)并網(wǎng)發(fā)電在緩解電網(wǎng)壓力、電力調(diào)峰，以及節(jié)約傳統(tǒng)能源等方面起到重要作用，具有經(jīng)濟(jì)和社會價值。分析了新疆發(fā)展風(fēng)光儲互補(bǔ)發(fā)電的可行性，并對其前景進(jìn)行了展望。

風(fēng)光儲互補(bǔ)發(fā)電； 綜述； 展望

1 課題背景

近年來，隨著國內(nèi)百兆瓦級風(fēng)電場和光伏電站的建設(shè)，風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電規(guī)模不斷增大。新能源的優(yōu)點(diǎn)是清潔環(huán)保，但存在發(fā)電波動性、隨機(jī)性、間歇性等缺點(diǎn)，風(fēng)、光獨(dú)立運(yùn)行系統(tǒng)難以提供連續(xù)穩(wěn)定的電力輸出，會影響到電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行，不如火電電量供給穩(wěn)定。出于電網(wǎng)安全的考慮，部分風(fēng)電場、光伏電站出現(xiàn)“棄風(fēng)”“棄光”現(xiàn)象[1]。

如果將現(xiàn)在比較成熟的風(fēng)力發(fā)電和太陽能發(fā)電結(jié)合起來，加以一定容量的儲能裝置，成為風(fēng)光儲聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)，那么就可以充分利用風(fēng)、光在時間和地域上的天然互補(bǔ)性。儲能系統(tǒng)通過對電能的存儲和釋放，可以改善風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)的功率輸出特性，對風(fēng)、光單獨(dú)運(yùn)行帶來的不利影響進(jìn)行緩解，提高電網(wǎng)安全性，進(jìn)而提高電網(wǎng)接納風(fēng)、光新能源發(fā)電的能力[2]。

新疆具有豐富的太陽能、風(fēng)能資源，其中風(fēng)能資源總儲量達(dá)890GW，居全國第二位。九大風(fēng)區(qū)(烏魯木齊達(dá)坂城風(fēng)區(qū)、阿拉山口風(fēng)區(qū)、十三間房風(fēng)區(qū)、吐魯番小草湖風(fēng)區(qū)、額爾齊斯河河谷風(fēng)區(qū)、塔城老風(fēng)口風(fēng)區(qū)、三塘湖—淖毛湖風(fēng)區(qū)、哈密東南部風(fēng)區(qū)和羅布泊風(fēng)區(qū))風(fēng)能品質(zhì)好，風(fēng)頻分布比較合理，破壞性強(qiáng)風(fēng)很少，具備建設(shè)大型風(fēng)電場的資源條件。太陽能資源全疆日照6h以上的有 250～ 325天，年總?cè)照者_(dá)2550～3500h，年輻射平均值居全國第二位，開發(fā)潛力巨大。同時，新疆戈壁荒漠分布較廣，地勢平緩開闊，非常適宜建場。

針對新疆優(yōu)越的資源條件，以及風(fēng)光儲互補(bǔ)發(fā)電的適用性，筆者分析新疆發(fā)展風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電的廣闊前景。

2 新疆風(fēng)能和太陽能資源

2.1 新疆風(fēng)能資源分布及開發(fā)

新疆風(fēng)能資源總儲量為890GW，風(fēng)能資源蘊(yùn)藏量極為豐富，是全國風(fēng)能資源最豐富的省區(qū)之一。年平均風(fēng)功率密度大于150W/m2的九大風(fēng)區(qū)面積總和約為7.78萬km2，技術(shù)開發(fā)量120GW。九大風(fēng)區(qū)多處于戈壁上，地形平坦，可開發(fā)面積大，建場條件優(yōu)越。

在國家新能源政策的激勵下，新疆憑借自然條件優(yōu)勢快速發(fā)展風(fēng)力發(fā)電。2011年全疆建成投運(yùn)風(fēng)電裝機(jī)容量1.361GW，占總裝機(jī)容量的 6.96%。2014年全疆已投運(yùn)風(fēng)電裝機(jī)容量8.033GW，占總裝機(jī)容量的14.62%。

2.2 新疆太陽能資源分布及開發(fā)

新疆太陽能資源豐富，年日照時間較長，日照百分率為60%～80%，全疆日照 6h 以上的有 250～325天，新疆水平表面年太陽輻射總量為5000～6500MJ/m2，年平均值為 5800MJ/m2，年總輻射量比同緯度地區(qū)高10%～15%。太陽輻射峰值出現(xiàn)在東疆和南疆東部一帶，最低值出現(xiàn)在博爾塔拉、阿爾泰和天山北麓部分地區(qū)，年總輻照度的區(qū)域分布大致是由東南向西北不均勻遞減。東南部年太陽總輻射量在 5800MJ/m2以上，西北部約 5200MJ/m2。

新疆全年平均日照達(dá) 2550～3500h。全疆的年日照時數(shù)均為自東向西減少。年平均日照東部地區(qū)在 3100h 以上，西部地區(qū)為 2500～2900h。新疆太陽能資源主要分布于五大區(qū)域(天山南麓、天山北麓、東疆東部、北疆中部、北疆北部)，依據(jù)太陽輻射量分為四個資源帶。

新疆憑借自然條件優(yōu)勢及政策刺激，光伏發(fā)電快速發(fā)展。2011年全疆建成投運(yùn)的光伏裝機(jī)容量達(dá)40MW，占總裝機(jī)容量的0.1%。2014年全疆已投運(yùn)的光伏裝機(jī)容量為 3.261GW，占總裝機(jī)容量的5.94%。

3 風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)的適用性

3.1 資源互補(bǔ)性評價

太陽能、風(fēng)能在時間上和地域上都有很強(qiáng)的互補(bǔ)性。白天太陽光最強(qiáng)時，風(fēng)力較??；晚上太陽落山后，光照很弱，但由于地表溫差變化大而風(fēng)力加大。在夏季，太陽光強(qiáng)度大而風(fēng)??；在冬季，太陽光強(qiáng)度弱而風(fēng)大。太陽能和風(fēng)能在時間上的互補(bǔ)性使風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)在資源上具有最佳的匹配性，可見風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)是一個較好的獨(dú)立電源系統(tǒng)[3-5]。

3.2 技術(shù)可行性評價

并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)利用光電板將太陽能轉(zhuǎn)換為電能，通過逆變器、控制器將電能輸送至電網(wǎng)。并網(wǎng)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)利用風(fēng)力發(fā)電機(jī)將風(fēng)能轉(zhuǎn)換為電能，通過控制器將電能輸送至電網(wǎng)。

風(fēng)電和光電系統(tǒng)都存在由于資源的不確定性而帶來的發(fā)電波動、不連續(xù)等缺點(diǎn)，大規(guī)模的風(fēng)力、光伏發(fā)電不利于電網(wǎng)的安全運(yùn)行[6-7]。

風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)在資源上彌補(bǔ)了風(fēng)電和光電獨(dú)立系統(tǒng)各自的缺陷，在技術(shù)應(yīng)用中可以通過儲能環(huán)節(jié)使獨(dú)立的風(fēng)電、光電系統(tǒng)得到合理整合。風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)可以根據(jù)電網(wǎng)的用電負(fù)荷情況和資源條件進(jìn)行系統(tǒng)容量的合理配置，既可保證發(fā)電系統(tǒng)的供電可靠性，又可降低發(fā)電系統(tǒng)的制造成本。

由于太陽能與風(fēng)能的互補(bǔ)性強(qiáng)，風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)彌補(bǔ)了風(fēng)電和光電獨(dú)立系統(tǒng)在資源上的缺陷。同時，風(fēng)電和光電系統(tǒng)在蓄電池組和逆變環(huán)節(jié)是可以通用的，所以風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)的造價可以降低，系統(tǒng)成本趨于合理。

因此，從技術(shù)評價來看，風(fēng)光儲互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)是一種合理的供電方式[8-11]。

4 新疆發(fā)展風(fēng)光儲發(fā)電的前景分析

4.1 風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電在新疆的應(yīng)用現(xiàn)狀

風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電在新疆有近十年的發(fā)展歷史，主要應(yīng)用領(lǐng)域有日用產(chǎn)品風(fēng)光互補(bǔ)(路燈及充電電源等)、建筑行業(yè)風(fēng)光互補(bǔ)、移動通信風(fēng)光互補(bǔ)供電基站等。

科技的不斷進(jìn)步、政府的大力提倡，以及一系列激勵政策的出臺，都為風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電的發(fā)展和應(yīng)用提供了強(qiáng)大的動力保證。特變電工新能源公司在國家“十二五”規(guī)劃期間大力推進(jìn)光伏荒漠電站和分布式電站的應(yīng)用，建設(shè)了我國首座國家級風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電示范站——吐魯番100MW級風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電示范站，并于2013年12月19日成功并網(wǎng)發(fā)電。

4.2 新疆電網(wǎng)外送電規(guī)劃

2010年11月，新疆750kV電網(wǎng)與西北電網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)第一通道建成投運(yùn)，新疆豐富的電力資源首次送入內(nèi)地。2013年6月，新疆與西北電網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)第二通道建成投運(yùn)，疆電外送能力提升到了2GW。2014年1月27日，新疆首條特高壓疆電外送 ±800kV 哈密南—鄭州直流輸電工程正式投運(yùn)。隨著特高壓疆電外送工程的全面建設(shè)，新疆正在逐步由中國能源領(lǐng)域的替補(bǔ)變?yōu)橹髁?，成為一個新的國家能源資源陸上大通道。2014年疆電外送輸出電量累計(jì)達(dá)到 306.9861 億kWh，其中火電達(dá)到 271.2975 億kWh，相當(dāng)于外送標(biāo)煤938.6萬t，有效緩解了疆內(nèi)鐵路的輸送瓶頸。同時，外送風(fēng)電35.6886 億kWh，使新能源企業(yè)增加收益約22.48億元，給電力行業(yè)帶來經(jīng)濟(jì)效益，并拉動國內(nèi)生產(chǎn)總值增加103.87億元。

2015～2020年期間，新疆規(guī)劃建成±1100kV 準(zhǔn)東—皖南、±660kV庫車—巴基斯坦、±1100kV準(zhǔn)東—三華、±800kV哈密北—武漢直流輸電工程，新建新疆與西北750kV第三交流聯(lián)網(wǎng)通道，交直流外送能力達(dá)到50GW。

4.3 新疆風(fēng)光儲互補(bǔ)發(fā)電發(fā)展前景

從資源優(yōu)勢上來看，新疆風(fēng)能資源蘊(yùn)藏量極為豐富，是全國風(fēng)能資源最豐富的省區(qū)之一。九大風(fēng)區(qū)多處于戈壁上，地形平坦，適合建設(shè)大規(guī)模風(fēng)電場。太陽能資源年日照時間較長，水平表面太陽輻射年平均值為5800MJ/m2，年總輻射量比同緯度地區(qū)高10%～15%。

新疆土地面積遼闊，風(fēng)能、太陽能資源優(yōu)越，為大規(guī)模建設(shè)新能源發(fā)電站提供了自然條件。

從電網(wǎng)接納能力來看，預(yù)計(jì)“十三五”期間，新疆電網(wǎng)負(fù)荷增長率約為14.5%，至2020年最大負(fù)荷將達(dá)到71.8GW，需電量達(dá)到4270億kWh。從新疆電網(wǎng)負(fù)荷增長來看，還具備消納新能源的能力。

從疆電外送條件來看，“十三五”末期，新疆交直流外送能力達(dá)到50GW，屆時風(fēng)電、光電將具備一定的整裝開發(fā)能力，主要分布于準(zhǔn)東、吐魯番、哈密。

從政府光明工程實(shí)施來看，解決新疆無電地區(qū)居民生活用電問題是政府的一項(xiàng)重大民生工程，自治區(qū)發(fā)改委針對無電地區(qū)做了初步規(guī)劃，無電地區(qū)的電力建設(shè)包括電網(wǎng)延伸供電工程和光伏獨(dú)立供電工程兩種方式。這也將為新能源發(fā)電帶來一定的發(fā)展機(jī)遇，主要分布在南疆的阿克蘇、喀什、克孜勒蘇、和田等地[5]。

5 結(jié)論

(1) 新疆風(fēng)能和太陽能資源豐富，風(fēng)光儲互補(bǔ)發(fā)電技術(shù)將推動可再生能源的多元化、規(guī)?；彤a(chǎn)業(yè)化發(fā)展。合理利用太陽能及風(fēng)能等，構(gòu)成多種能源互補(bǔ)的供電系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)電、熱、冷聯(lián)供，提升新能源的開發(fā)利用。

(2) 充分利用土地資源，可以彌補(bǔ)獨(dú)立風(fēng)電和光電系統(tǒng)的不足，向電網(wǎng)提供更加穩(wěn)定的電源。

(3) 從資源角度、電網(wǎng)消納能力、電力外送規(guī)劃等多方面分析了新疆風(fēng)電、光電可再生能源的大好發(fā)展前景。

(4) 相關(guān)政府部門，以及發(fā)電、電網(wǎng)企業(yè)要超前謀劃，制定合理的新能源發(fā)展思路，合理規(guī)劃匹配的電力輸送方案，提升新能源的消納能力和輸送能力。

[1] 胡敏.風(fēng)光儲發(fā)電技術(shù)與系統(tǒng)分析[D].北京：華北電力大學(xué)，2014.

[2] 張帥.風(fēng)能和太陽能互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)研究[D].保定：河北農(nóng)業(yè)大學(xué)，2014.

[3] 冮明穎，魯寶春，姜丕杰．風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)研究綜述[J]．機(jī)電信息，2013(9)：60-61．

[4] 石京，陳天琦，孟杰，等．能源穩(wěn)定型風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)在道路照明中的應(yīng)用[J]．清華大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2012，52(2)：139-143．

[5] 蔡朝月，夏立新.風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)及其發(fā)展[J].機(jī)電信息，2009(24)：99-101.

[6] 陸彥青，遲長春，寧建行，等.儲能技術(shù)在分布式電源配網(wǎng)中的作用[J].上海電氣技術(shù)，2015，8(3)：42-47.

[7] 張明銳，林承鑫，王少波，等.一種并網(wǎng)型風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)的建模與仿真[J].電網(wǎng)與清潔能源，2014，30(1)：68-74，80.

[8] 靳丹，溫志偉，董海鷹，等.大型并網(wǎng)型風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)的協(xié)調(diào)控制[J].電源技術(shù)，2015，39(5)：1036-1039.

[9] 李昌信.太陽能光伏技術(shù)的應(yīng)用與前景[J].變頻技術(shù)應(yīng)用，2012(4)：96.

[10] 張麗瑩，陳國良，孫麗兵，等.風(fēng)光儲互補(bǔ)微網(wǎng)系統(tǒng)集成技術(shù)的研究與設(shè)計(jì)[J].電力與能源，2014，35(3)：372-374.

[11] 張霞，陳海濱，唐麗嬋，等.基于儲能系統(tǒng)的離網(wǎng)型PCS控制方法研究[J].上海電氣技術(shù)，2015，8(3)：23-27.

Compared to thermal power generation that provides stable power supply, stand-alone systems of wind power or PV power are difficult to provide continuous and stable power output and will impact the safe and stable operation of the power system. Power generation with complementation and storage of wind power and PV power can play a vital role in the fields such as mitigation of power grid pressure, electric power peaking and saving of traditional energy and has its economic and social value. Conducted a feasibility study on the development of energy complementation and storage of wind power and solar power in Xinjiang while its prospects were discussed.

Energy Complementation & Storage of Wind and Solar Power; Overview； Prospect

2016年3月

王凱(1985— )，女，工程師，主要從事風(fēng)電、光伏工程設(shè)計(jì)工作， E-mail: wangkai0991@163.com

TM61；TK519

A

1674-540X(2016)04-026-03