张俊霞

（华北电力大学 经济管理学院，北京 102206）

现阶段，我国在人口、资源以及环境的压力下，大力发展新能源产业，既是调整能源结构，保障能源供应安全的需要，也是保护生态环境，减少温室气体排放的需要。国家对新能源项目在政策上的支持，以及技术的不断成熟与进步，不仅为新能源发展提供了广阔的空间，而且使得风电和光伏发电产业进入了市场化和规模化运营的快速发展轨道。

然而，单一的风力发电或光伏发电均存在着间歇性供电的不足。为了弥补这一缺陷，根据风光资源的互补特性，一些地区对风光互补系统的开发建设进行了试点。这些示范项目的成功运作，表明风光互补发电系统由小规模、离网型向大规模、并网型方向发展已具备可推广性。

以内蒙古华电二连浩特（简称华电二连）风光互补城市示范项目为例，旨在通过对其设计及运行阶段的优化分析，论证风光资源经过互补方式合理配置后，与单一能源供电相比，能够发挥出1＋1＞2的效应。

1 风光互补发电系统设计

华电二连风光互补电站位于二连浩特市区南6km处，属内蒙古自治区第一个大型风光互补示范项目。一期装机33台1.5MW风机，总容量为49.5MW风电＋22MW光伏，项目于2011年6月开工建设，12月28日投产发电。

1.1 资源配置

在选址时，需将电站建在风光资源较为充沛的区域。通常考虑风的等效利用小时数要超过2 000h，太阳能的等效利用小时数要超过1 400h，这是风光资源作为单一能源建设电站时需具备的条件。

通过对二连浩特历年风光资源的数据分析，拟选场址条件为：在场址范围内65m高度处，年平均风速为7.7m／s，平均风功率密度为451.0W／m2，风资源较为丰富，具备较高的开发价值。而且场址区域海拔高，日照时间长，太阳辐射强，水平面年辐射总量为6 196.57MJ／m2，属于太阳能资源较丰富区，可以考虑同时建设光伏电站。

采用Windfarmer软件对33台1.5MW风机进行机位布局，轮毂高度均为65m，测算出风电机组的年理论发电量为175.32GWh，参见表1。按综合折减率为68%计算，则年上网电量＝年理论发电量×年发电量综合折减率＝119.96GWh，等效利用小时＝年上网电量／装机容量＝2 424h。

表1 风电机组布机点坐标及年理论发电量

用RETScreen软件，计算不同角度倾斜面上1～12月日平均太阳辐射量，得出当电池组件倾角为45°时，全年日平均太阳总辐射量和年理论发电量均最大，年理论发电量为45.234GWh，见表2。

表2 不同角度倾斜面上各月平均太阳辐射量

按系统总效率为72.8%计算，则年上网电量＝年理论发电量×系统总效率＝33.01GWh，等效利用小时＝年上网电量／装机容量＝1 496h。数据表明，选址有效，适宜开发建设大型风光互补电站。

1.2 容量匹配

结合地区的经济发展状况、电网规划及地区的社会用电需求，需使系统出力对其予以保证。由于光伏组件在2009年以前成本较高，平均造价约为1.6万元／kW，为了降低整体投资，在保证用电安全的前提下，应尽量降低太阳能电池组件的比率，通常按风机功率与光伏组件功率3∶1的比例进行匹配设计。但由于2009年以后，光伏组件成本呈下降趋势，千瓦造价降低到1.4万元左右，而且光伏电价较高（1.15元／kWh），本工程适当调高了光伏组件的比例，将装机容量确定为49.5MW风电＋22MW光伏电站，以达到减少投资和改善电能质量的效果。

1.3 土地利用

在风光资源满足利用的情况下，应选择土地利用价值不高、人口密度低的荒漠或半荒漠地区，少占或不占用耕地，草场，林地等。通过对系统的优化设计，在道路占用、房屋建筑等方面进行了整合，降低了土地占用。所选场址所支付的土地补偿费较少，仅为90余万元。由于共用一套进场道路、升压站、综合楼等，在土地方面较单一能源投资减少150余万元，见表3。

表3 土地使用对比分析

1.4 人工成本

风光互补同期同场建设可以使用一套工程技术人员和一套运行检修维护人员。本工程按照基建期1年、运营期20年，人均8万元／年工资标准进行计算，在基建期间，由于仅使用一套工程技术人员，可在一年工程建设期间节约人工成本64万元。投入生产运营后，使用一套运行检修人员，在20年生产运营期内，可节约人工成本1 920万元。从基建期开始到生产运营期结束，可降低人工成本近2 000万元，参见表4。

表4 人工成本节约情况对比分析

1.5 工程造价

风光同场建设可以大幅降低工程造价，主要表现在交通工程，房屋建筑工程，集电工程以及送出线路等方面。通过对本工程在基本建设期的投资情况分析，在工程造价方面与单一能源相比，可节约成本3 090万元，参见表5。充分体现出风光互补项目在投资方面比单一能源建设的优势。

表5 降低工程造价对比分析

2 运行阶段的优化

2.1 建设制度标准体系

由于大型风光互补电站的建设在近几年刚刚兴起，相对于传统的火电、水电企业，其管理相对薄弱。因此，需从建立和完善管理体系入手，通过完备的制度、标准体系建设，为企业实现价值最大化目标奠定扎实基础。华电二连公司进入生产运营期后，即着手进行制度化标准化体系建设，在6个月的时间内，共出台各类制度及标准368项，涵盖了生产经营管理的各个层面，为各项工作的开展提供了制度上的支持和保证。

2.2 建立对标管理体系

企业要全方位开展对标管理活动，建立一套适用于风光互补电场生产管理的指标考核体系，用来客观评价风光互补电场的生产经营管理状况。华电二连公司的对标体系包括安全管理指标6项、生产管理指标11项、经营管理指标8项、基建管理指标4项、项目发展指标6项，总计5大类35项。通过开展对标管理活动，员工的主观能动性得到了充分发挥，企业的管理基础得以夯实，经营管理水平以及效益水平不断提高。

2.3 风光资源利用最大化

风光互补电场需加强对风电机组及光伏组件的日常运行维护管理工作，严密监控、跟踪设备运行状态，提高设备健康水平，在电网容量允许时，尽可能的多发满发，降低设备的弃风、弃光率。

华电二连公司通过一年的运行，设备健康状况保持在了一个良好水平，全年风机设备可利用率达97.49%，光伏设备可利用率达99.71%，发电量水平受设备健康状况影响较低。

2.4 整体效益明显

1）经济效益 华电二连公司风光互补电场2012年总发电量140.21GWh，其中：风机98.29GWh，光伏41.91GWh。风机部分的等效利用小时数为1 985h，低于设计值2 424h，这主要是由于受蒙西电网对风电消纳能力的影响，弃风率较高，平均在20%以上。如果考虑弃风因素，对发电量进行修正，风机的等效利用小时数约为2 380h，接近于设计值。光伏部分不存在弃光现象，全年等效利用小时数为1 905h，远高于设计值1 496h。按照风机上网电价为0.51元／kWh，光伏上网电价为1.15元／kWh计算，公司全年累计实现利润总额1 280万元，投资收益率高达11.66%，明显高于中国华电集团公司要求新能源项目进入运营期收益率达到8%的标准。

2）节能减排效果 以火电厂每kWh电量消耗350g标准煤计算，二连公司全年发电量14 021万kWh，可节约标准煤49 073t／a。相对于同一地区同等发电量的火电机组，按当地平均燃煤煤质成分Sar为0.45%、Car为40.96%、Aar为13.43%时（不考虑电厂脱硫、除尘效率按99.3%）计算，每年可减排二氧化硫约817t、烟尘约92t、二氧化碳约16万t、氮氧化物约291t，环境效益显著。

3）社会效益 风光互补电场的建设充分利用了当地的风光资源。得益于有光无风，有风无光的天然互补性，风光互补发电系统可以在有光无风时通过光伏发电系统供电，有风无光时通过风力发电系统供电，从而延长了平均供电时间，弥补了单一能源供电稳定性差的缺陷，改善了当地的环境状况，减少了沙尘对环境的危害，同时带动了地区经济的发展。

3 结论

对风光互补电站在设计及运行方面进行优化，可使风光资源得到合理的配置，可在土地、人工成本方面减少投入，降低工程造价，增加经济收益，保护生态环境，改善电能质量。华电二连风光互补电站的成功运作，起到了很好的工程示范作用，值得在新能源发展领域借鉴和推广。