大规模风光水火储多能互补打捆外送研究

大规模风光水火储多能互补打捆外送研究

韩锐 张腾

（1. 中国电建集团 西北勘测设计研究院有限公司，陕西 西安 710065）

摘要：西北地区新能源资源优势显著，受当地负荷需求有限，弃风、弃光现象严重，制约了新能源大规模发展，如何解决丰富的新能源电力消纳具有重要的现实意义。通过计算，分析新能源弃电率、综合落地电价、新能源利用率等指标，最后优选出方案。结果表明，推荐方案弃电率较低，较受端地区电价具有良好的经济性优势，通道中新能源比例符合构建高比例清洁能源基地的要求。可见，研究成果可行、有效，以期为促进清洁电力在全国更大范围内消纳提供参考借鉴。

关键词：多能互补；新能源；出力特性；电源配置原则

前言：本文以风能、太阳能资源条件较好的西北地区某地市规划建设的大型清洁能源基地为例，研究通过特高压输电通道实现大规模风电-光伏-光热-抽水蓄能-火电-化学储能多能互补打捆外送，在打造高比例清洁能源基地的同时，提升基地外送通道落地电价竞争力水平。

1 新能源出力特性分析

1.1 风电出力特性

（1）月出力特性

规划风电基地风能资源分布有明显的季节性差异，风速的季节变化直接造成了风电场出力的季节性差异。从各月出力变化上看，1月、4月～6月、8月～10月风电出力大。最大平均出力出现在8月，为40.3万kW；最小平均出力出现在11月，为19.9万kW。出力最小月份（11月）约是最大月份（8月）的49%。

（2）日出力特性分析

夏季规划风电基地在晚上20时～次日早上8点风电出力相对较大，早上9点～晚上19点风电出力相对小。冬季规划风电基地风电出力整体较夏季出力小，晚上20～次日8点风电出力基本一致，出力较为平均，14时～19时出力相对较大。

（3）出力电量累积特性

根据风电1年逐1小时出力过程统计分析得到的各容量下出力、保证率、电量累积及电量累计占比特性见图1.1-1。

可以看出，风电上网容量占装机容量比例大于64%时，上网电量占总发电量比例大于90%；风电上网容量占装机容量比例大于74%时，上网电量占总发电量比例大于95%。

图1.1-1  规划风电基地100万kW出力-保证率-电量累积曲线

1.2 光伏出力特性

月出力特性

根据规划100万kW光伏年逐小时出力过程统计分析可知，太阳能资源分布有明显的季节性差异。经统计，夏秋季出力大，出力最小月份（12月）约是最大月份（7月）的58%，最小月出力约为平均月出力的70%，最大月出力比平均月出力大约22%。

（2）日出力特性分析

夏季规划光电基地在早上7点～晚上21点发电，光伏出力较大时段集中在11点～18点。冬季出力相对夏季出力较小，冬季规划光电基地在早上8点～晚上21点发电，光伏出力较大时段集中在12点～17点。

2电源配置

根据当地能源资源条件和开发规划以及区外送电规划，外送的电源组合方案为“风电+光电+火电+光热+化学储能+抽水蓄能”。

2.1 电源配置原则

（1）外送通道尽可能配置高比例的清洁能源，新能源弃电率低于10%，外送电力较受端地区具有一定的经济性优势。（2）外送配套电源主要依托当地丰富的风能、太阳能资源，并配置一定规模的火电、光热。为减少弃风、弃光电量，提高送电的稳定性和可靠性，配置一定规模的储能调节电源，包括化学储能、抽水蓄能电站。（3）多能互补打捆外送考虑与省电网进行电力电量交换，当通道电量不足时，考虑临时购电。

2.2 电源选择

（1）火电

考虑2030年火电规划情况，从配置更大规模新能源而言，本次考虑配置火电规模400万kW。

（2）风电

由1.1节对风电出力特性分析可以看出，考虑弃风10%计算，风电有效容量系数0.64，以风电作为基荷电源，基荷发电需求为560万kW，考虑火电参与基荷调节，由于火电有最小出力率要求，考虑火电技术最小出力率为40%，则在火电规模为400万kW时，需要风电提供基荷发电需求为400万kW，按弃风10%计算，需要风电规模至少约650万kW，取整700万kW。

（3）光伏发电

由1.2节对光伏出力特性分析可以看出，考虑弃光10%计算，光伏有效容量系数0.59。考虑火电、风电提供基荷560万kW，系统发电需求为800万kW，需要光伏提供基荷240万kW，考虑弃光10%计算，光伏有效容量系数0.59，需要光伏规模至少约400万kW。

（4）抽水蓄能电站

考虑2030年抽水蓄能电站投产运行，装机容量120万kW，配合新能源打捆外送。在光伏、风电电站配套建设抽水蓄能电站，可以发挥抽水蓄能电站的调节补偿作用，增强光电、风电消纳和外送能力，减缓光电、风电对电网的冲击，在保障电网稳定运行的同时，可以进一步加大光电、风电开发规模，促进清洁能源利用和发展。

3电源组合方案分析

（1）火电规模为400万kW、化学储能配套100万kW、抽水蓄能配套120万kW时，风电规模在700万kW情况下，随着光伏规模的增加，新能源弃电率开始增加，新能源弃电率在5.6%～14.1%之间，光伏规模在400万kW、600万kW以及800万kW（不含光热100万kW）时，新能源弃电低于10%。同时，逐步扩大光伏规模，外送通道中新能源输电量比例逐步增加，新能源比例在47.8%～61.4%之间，新能源占比基本都在45%以上，符合构建高比例清洁能源基地的要求。

（2）火电规模为400万kW、化学储能配套100万kW、抽水蓄能配套120万kW时，风电规模在800万情况下，当光伏规模在400万kW、光热规模50万kW，外送通道中新能源弃电率为9.5%，低于10%；当光热规模增加50万kW，外送通道中新能源弃电率为10.7%，高于10%。当光伏规模继续增加，新能源弃电率均会超过10%，因此不再考虑光伏规模继续增加的方案。方案9综合落地电价为0.3585元/kWh，低于受端河南燃煤上网标杆电价，在经济性方面具有优势。

（3）火电规模为400万kW、化学储能配套100万kW、抽水蓄能配套120万kW时，风电规模在900万情况下，当光伏规模在400万kW，外送通道中新能源弃电率高于10%。当光伏规模继续增加，新能源弃电率将不断增加，因此不考虑风电规模900万情形。

4结语

本文以解决西北地区新能源大规模、远距离外送消纳作为研究视角，以西北地区新能源资源丰富的某地为例，通过分析新能源出力特性、拟定送电曲线、配置不同电源容量方案，开展了大规模风光水火储多能互补打捆外送研究。研究结果获得了有益的结论，为构建高比例清洁能源基地提供了科学依据。

参考文献：

[1]韩柳,庄博,吴耀武,黄飞.风光水火联合运行电网的电源出力特性及相关性研究[J].电力系统保护与控制,2016,44(19):91-98.

[2]朱春萍,王艳,沙志成.新能源基地多能互补电力外送和消纳方案的研究[J].电气应用,2019,38(10):60-65.

作者简介：韩锐（1992—），男，硕士研究生，工程师，研究方向为能源规划设计。