分布式清潔能源在高海拔地區(qū)建設(shè)實(shí)例及分析

張 航，韓進(jìn)孝，郝良霞，納 珍

（國(guó)網(wǎng)青海省電力公司西寧供電公司，青海 西寧 810003）

青海是全國(guó)蘊(yùn)藏自然資源最豐富的地區(qū)之一，豐富的資源為分布式清潔能源建設(shè)發(fā)展提供了良好的基礎(chǔ)條件。近幾年，高海拔地區(qū)在不同的地形、地貌下利用自然資源建設(shè)各種分布式清潔能源，就地消納清潔能源和電力用戶負(fù)荷，取得了較好的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。

1 系統(tǒng)接入

分布式清潔能源具有近用戶、高能效的優(yōu)勢(shì)，高海拔地區(qū)建設(shè)分布式清潔能源，不僅前期需要考慮地形特征、光照強(qiáng)度、氣候特點(diǎn)等環(huán)境因素，而且還需要考慮分布式清潔能源接入系統(tǒng)的電壓等級(jí)，對(duì)比評(píng)估不同方案的建設(shè)成本，優(yōu)選設(shè)備水平和建設(shè)時(shí)序，以保證運(yùn)行穩(wěn)定。

分布式清潔能源通常在不同容量接入時(shí)需要匹配與之相對(duì)應(yīng)的電壓等級(jí)。結(jié)合青海配電網(wǎng)現(xiàn)有電壓等級(jí)的實(shí)際狀況，依據(jù)新能源裝機(jī)容量的大小及建設(shè)地點(diǎn)與接入點(diǎn)距離的長(zhǎng)短，擇優(yōu)選擇接入0.38、10、35 kV 電壓等級(jí)系統(tǒng)。通常情況下，單體新能源發(fā)電容量較小，接入0.38 kV 電網(wǎng)，若單體新能源發(fā)電容量較大，則接入10 kV 及以上電網(wǎng)。

為保證系統(tǒng)接入的安全穩(wěn)定運(yùn)行，分布式清潔能源在T 接入系統(tǒng)處，應(yīng)設(shè)置相應(yīng)的繼電保護(hù)及自動(dòng)裝置。無論何種原因?qū)е孪到y(tǒng)或新能源設(shè)備發(fā)生故障時(shí)，繼電保護(hù)及自動(dòng)裝置能夠?qū)⒐收宵c(diǎn)阻斷隔離，使故障不能擴(kuò)散蔓延。

2 實(shí)例分析

隨著不可再生能源日益減少，光能和風(fēng)能等清潔能源已經(jīng)成為我國(guó)主要能源研究目標(biāo)，因此適時(shí)開展風(fēng)光互補(bǔ)系統(tǒng)的研究是必要的。風(fēng)光互補(bǔ)系統(tǒng)是合理利用清潔能源的應(yīng)用系統(tǒng)，電能的儲(chǔ)存設(shè)備主要是太陽能電池方陣，可以將太陽能和風(fēng)能轉(zhuǎn)換成的電能存儲(chǔ)到蓄電池組中。正常時(shí)，太陽能和風(fēng)能轉(zhuǎn)換成的電能不僅向用戶直供，而且同時(shí)完成儲(chǔ)能；當(dāng)太陽能和風(fēng)能消失且用戶需要用電時(shí)，逆變器將蓄電池組中儲(chǔ)存的直流電轉(zhuǎn)變?yōu)榻涣麟姡ㄟ^輸電線路送到用戶處。若同時(shí)考慮采用太陽能發(fā)電和風(fēng)力發(fā)電，則可以實(shí)現(xiàn)局部時(shí)段的電能互補(bǔ)，提高高海拔地區(qū)清潔能源的利用率。

西寧地區(qū)韻家口風(fēng)光水儲(chǔ)微電網(wǎng)示范基地是比較典型的電能互補(bǔ)案例，該基地位于青海省西寧市城東區(qū)，海拔約2200 m，占地面積約8666 m2，示范基地包含雙饋式風(fēng)力發(fā)電機(jī)組和光伏發(fā)電兩種分布式清潔能源發(fā)電系統(tǒng)，運(yùn)用鐵鋰電池儲(chǔ)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(hù)裝置，接入10 kV電壓等級(jí)，如圖1所示。

圖1 韻家口風(fēng)光水儲(chǔ)微電網(wǎng)示范基地示意圖

收集韻家口風(fēng)光水儲(chǔ)微電網(wǎng)示范基地2020年實(shí)際發(fā)電參數(shù)，以此分析風(fēng)光之間的互補(bǔ)性?？紤]到電站功率變化特性受晝夜、天氣、季節(jié)、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(fēng)光出力參數(shù)進(jìn)行分析。

2.1 2020年1月15日，對(duì)冬季典型日進(jìn)行分析

圖2 相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，風(fēng)電全天出力較小，瞬時(shí)出力在8～20 kW 之間，平穩(wěn)出力時(shí)段主要集中在22∶00—00∶00 以及06∶00—08∶00，約為20 kW，其余時(shí)間出力呈鋸齒狀，波動(dòng)大，平均出力在12 kW。

圖2 風(fēng)電出力過程參數(shù)（2020年1月15日）

圖3 相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，光伏出力過程波動(dòng)較大，具有明顯的時(shí)段性，從17∶00—08∶00，光伏幾乎不發(fā)電，白天發(fā)電出力呈現(xiàn)先增后降的趨勢(shì)，在14∶00 達(dá)到峰值320 kW，白天平均出力為150 kW。

圖3 光伏出力過程參數(shù)（2020年1月15日）

風(fēng)電和光伏全天瞬時(shí)最大出力之和為340 kW，發(fā)生在14∶00 左右，最小出力為8 kW，出現(xiàn)在00∶00—07∶00。從出力角度分析，夜間至清晨，風(fēng)電有小規(guī)模平穩(wěn)出力，清晨到傍晚，光伏有大規(guī)模波動(dòng)出力。因此，風(fēng)電和光伏出力在冬季具有一定的晝夜互補(bǔ)性。

2.2 2020年7月15日，對(duì)夏季典型日進(jìn)行分析

圖 4 相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，風(fēng)電從 01∶00—22∶00全天出力比較平穩(wěn)，約為75 kW，22∶00后出現(xiàn)了風(fēng)電出力陡漲陡落的情況，在23∶00，峰值達(dá)到300 kW，00∶00，谷值為25 kW，出力波動(dòng)較大。

圖4 風(fēng)電出力過程參數(shù)（2020 年7月15日）

圖5 相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，從06∶00—08∶00，光伏出力呈現(xiàn)先增后降趨勢(shì)，為拋物線狀，略有小幅波動(dòng)，峰值可達(dá)400 kW，晚間至凌晨幾乎為零，白天平均出力為250 kW。

風(fēng)電和光伏全天瞬時(shí)最大出力為475 kW，發(fā)生在13∶00 左右，最小出力為25 kW，出現(xiàn)在01∶00。從出力角度分析，在夜間，風(fēng)電出力波動(dòng)大，清晨到傍晚，光伏有大規(guī)模波動(dòng)出力。因此，風(fēng)電和光伏出力在冬季具有一定的晝夜互補(bǔ)性。風(fēng)電和光伏出力在夏季也呈現(xiàn)了較明顯的晝夜互補(bǔ)性，且夏季出力明顯高于冬季出力。

綜上所述，高海拔地區(qū)可以利用清潔能源資源分布較廣、建設(shè)土地面積大的特點(diǎn)，當(dāng)建設(shè)地域具有光照充足和風(fēng)力強(qiáng)且持久的條件時(shí)，風(fēng)電和光伏兩種發(fā)電模式之間具有一定的電能輸出互補(bǔ)性。

3 經(jīng)濟(jì)分析

本文以建設(shè)一座2 MWp光伏電站為例對(duì)分布式光伏電站的投資進(jìn)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(shè)備是光伏電站的核心。

若設(shè)備價(jià)格統(tǒng)一參照2019年三季度價(jià)格水平和已建成的光伏電站投資水平進(jìn)行類比框算，結(jié)果顯示投資比較大，具體設(shè)備材料價(jià)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(shè)電站項(xiàng)目前期經(jīng)濟(jì)與技術(shù)成本相對(duì)較高，因此需要在編制可行性研究報(bào)告過程中，認(rèn)真進(jìn)行方案比選，對(duì)建設(shè)規(guī)模和投資整體把控，對(duì)市場(chǎng)行情充分調(diào)研；選擇施工質(zhì)量過關(guān)且性價(jià)比高的建設(shè)單位，嚴(yán)格控制設(shè)備、人工和運(yùn)維成本，有效控制工程造價(jià)；同時(shí)還要充分利用國(guó)家和地方電價(jià)政策補(bǔ)貼，降低運(yùn)營(yíng)成本，才能在最短時(shí)間內(nèi)收回成本。

4 結(jié)束語

在高海拔地區(qū)建設(shè)分布式清潔能源，不僅需要緊緊圍繞自身技術(shù)能力的優(yōu)勢(shì)，為電站選擇合適的設(shè)備，而且還要全面綜合考慮電站工程造價(jià)的經(jīng)濟(jì)性。在建設(shè)的過程中，一方面根據(jù)不同的運(yùn)行環(huán)節(jié)，對(duì)設(shè)備型號(hào)進(jìn)行科學(xué)匹配，保證符合運(yùn)行的基本要求，另一方面加強(qiáng)質(zhì)量檢驗(yàn)，保證設(shè)備采購(gòu)質(zhì)量符合運(yùn)行的安全規(guī)范[1]。

隨著可持續(xù)發(fā)展的理念不斷深入以及電力行業(yè)的不斷發(fā)展，分布式清潔能源發(fā)電占比將會(huì)越來越大。高海拔地區(qū)具有資源分布面廣闊、建設(shè)土地面積大、可利用資源充足等顯著特點(diǎn)，因此建議：

當(dāng)建設(shè)地域同時(shí)具備光照和風(fēng)力資源的條件時(shí)，應(yīng)做好當(dāng)?shù)氐姆植际角鍧嵞茉唇ㄔO(shè)規(guī)劃。

利用風(fēng)光互補(bǔ)的特性，因地制宜地充分開發(fā)分布式清潔能源項(xiàng)目。

分布式清潔能源項(xiàng)目投資費(fèi)用大、技術(shù)要求高，同時(shí)受自然環(huán)境和國(guó)家政策等因素的影響，應(yīng)采取合理有效地建設(shè)措施且控制設(shè)備購(gòu)置、建設(shè)與運(yùn)維成本。