温 鹏

(中国电建集团成都勘测设计研究院有限公司，四川成都 610072)

1 概述

从目前可再生能源的资源状况和技术发展水平看，利用水能、风能、太阳能发电最为现实，前景广阔，而三者互补结合是一条有效的途径。水电是规模大、调节性能良好的电源，因此，可以充分利用水库的调节能力，通过互补调节克服光伏和风能发电不连续、不稳定的缺点，确保供电质量。金沙江下游具有得天独厚的水力、太阳能和风能资源，若能充分发挥“风光水互补”综合开发的优势，将能有效解决当前新能源开发存在的“并网、送出难”等诸多问题，对减少温室气体排放、节能减排，促进地区社会经济发展、保持地区稳定做出积极贡献。笔者简要介绍了四川省境内金沙江下游干热河谷风能和太阳能的资源储量、分布、开发利用现状以及存在的问题，结合金沙江下游梯级乌东德、白鹤滩、溪洛渡、向家坝4梯级水电站开发情况，提出了区域内大水电、风电、光伏发电互补性开发的初步设想。

2 资源概况

2．1 水力资源

金沙江全长3479km，天然落差5100m，水能资源丰富，是全国最大的水电能源基地，水能资源蕴藏量达1．124亿 kW，约占全国的16．7%。其中又以金沙江下游河段水能资源的富集程度最高，河段长782km，落差729m，水电规划分四级开发，从上至下依次为乌东德、白鹤滩、溪洛渡和向家坝四座梯级水电站，4梯级水电站总装机容量为4296万kW，年发电量为1875．7亿kW·h。

2．2 风能资源

在金沙江下游干热河谷的攀枝花地区，80m高度平均风速在5．5～7m/s之间;凉山州的会理、会东、普格、布拖、昭觉等县80m高度平均风速可达6m/s以上，其中风功率密度等级为3级的地区有会理、会东、普格、昭觉、布拖、美姑。初步分析，干热河谷区域风电总装机容量约为404．4万kW，年发电量为86．6亿kW·h，场址分布在盐边、米易、仁和区、会理、会东、宁南、金阳、昭觉、普格、布拖、美姑、雷波、宜宾市等13个地区。

2．3 太阳能资源

位于金沙江下游干热河谷的攀枝花地区大部分年总辐射量高于6000MJ/m2，属于四川省太阳能资源最丰富的地区之一;凉山州西部各县均有较好的太阳能资源，大部分地区年总辐射量为5000～5500MJ/m2。初步分析，干热河谷区域光伏电站总装机容量约为402万kW，年发电量为45．8亿kW·h，场址分布在米易、仁和区、会理、会东、宁南、普格、布拖、盐边等8个地区。

3 风光水互补开发具有的优势

3．1 解决当前新能源开发存在的问题

目前四川省新能源建设处于起步阶段，新能源的建设存在一些普遍的问题，比如光伏电站和风电场的建设与电网建设进度不一致，电网建设滞后于新能源项目的建设，导致项目建成后出现“并网难，有电送不出”的问题;其二，风能和太阳能资源虽然丰富，但是风电和光伏电站的建设地点分散，各个项目的开发时序不齐，且单个项目规模偏小，导致项目成本较高。若结合金沙江下游4梯级水电站实现风光水互补开发，依托水电站送出通道，既能有效解决并网难的问题，又能使新能源项目实现区域内整体规模性开发，进而降低投资成本。

3．2 实现风光水互补开发有利于优化电源结构

金沙江下游地区拥有较丰富的水电、风电及太阳能资源，风能和水能具有较强的季节性特征，因此，风能和水能可以相互弥补，汛期(6～9月)水力发电充足，而夏季风速较小，水电可以有效弥补风力发电的不足。金沙江枯水期(12～翌年4月)流量较小，水力发电出力较小，而此时恰是冬季风力发电的高峰期，可以对水电枯期发电不足形成互补，从而使全年电力供应趋于平稳。太阳能与风能在时间上和季节上都有很强的互补性，白天太阳光照好、风小，晚上无光照、风较强;夏季太阳光照强度大而风小，冬季太阳光照强度弱而风大。风光水互补发电有利于改善电力供应结构，构建坚强的电网，为丰富的风能、太阳能资源并网发电提供支撑。

3．3 提高能源利用效率、节约送电成本

依托金沙江下游4梯级大型水电站的送出通道建设，水能与风能、光能互补开发可以解决风力和光伏电站并网难题，风光电能通过4梯级电站送出通道与水电电能集中送出，可以避免风电和光伏电站分散接入、单项工程送出通道建设进度不一等缺陷，进而大大节约了送电成本，实现水力、风力和光伏电站的合理调度以及区域内清洁能源的统筹开发，特别是在枯水期，水电出力较小，但因风电和光电接入了梯级电站的送出通道，从而提高了送出通道的利用效率，提高了能源的利用效率。

4 风光水互补调节开发的初步设想

4．1 出力特性分析

(1)水力发电。

水力发电的出力和发电量随径流的变化而变化。无调节水电站按天然径流发电;具有日调节能力的水电站通过水库的调蓄作用使电站出力在日内能灵活调整;具有年(季)调节能力的水电站能改变径流的年内分配，使电站的年内出力趋于平稳，将汛期出力通过水库调蓄作用转换为枯期出力。金沙江下游4梯级水电站具有日调节或季调节能力，日内出力过程可根据系统需要进行综合调度运行。金沙江下游各梯级水电站年出力过程线见图1。

图1 金沙江下游各梯级水电站年出力过程线图

(2)风力发电。

风电的特点与常规发电相比主要是有功功率为波动的。有功功率根据风速变化而变化，风电的功率变化主要会影响到电力系统的调频和调峰，因此，若要满足电力系统频率的稳定性，需要在系统内采用其他的方式予以平衡，比如用水电、火电进行平衡，只有这样，才能满足系统调风调频的要求。根据金沙江干热河谷区域内季节风速变化特性，风电场一般在冬、春季节出力大，夏、秋季节出力小。从日内出力分析，一般晚上至凌晨的出力较大，白天出力较小。

(3)光伏发电。

太阳能光伏发电是将太阳光辐射能通过光伏效应直接转换为电能。但光伏发电存在一些缺点和不足，比如出力输出不连续、受气候影响强烈，这就需要储能、互补或并网。根据金沙江干热河谷区域内太阳能辐射变化特性，光伏电站一般在夏季从早上5点开始发电，直至下午7点，随着太阳辐射结束，出力为零;冬季一般从早上7点开始发电，至下午6点停止发电，四川省境内金沙江干热河谷风电和光伏发电年出力过程线见图2。

4．2 风光水互补调节开发初步方案的拟定

图2 四川省境内金沙江干热河谷风电和光伏发电年出力过程线图

根据各光伏、风电和金沙江下游4梯级水电站的地理位置、装机容量、建设时序等，结合风光水的互补性特征，成都院新能源处提出了金沙江下游风光水互补调节开发初步方案(表1)。

金沙江下游4梯级水电站总装机容量为4296万kW，年发电量为1875．7亿kW·h;风电总装机容量为404．4万kW，年发电量为86．6亿kW·h;光伏电站总装机容量为402万kW，年发电量为45．8亿kW·h。金沙江下游四川省境内规划的光伏电站总装机容量占4梯级水电站容量的9．4%，光伏电量占水电电量的3．1%;规划的风电总装机容量占4梯级水电站容量的9．4%，风电电量占水电电量的4．5%。总体来看，将规划区域内的光电、风电与水电相比，其容量和电量明显小于水电，当风电和光伏发电日内出力不稳定时，能灵活地通过远大于风光出力的水电进行弥补，使出力平稳输出，为区域内的风能、太阳能资源并网发电提供支撑，满足电网的要求。

表1 四川省境内金沙江下游风光水互补调节开发初步方案表

5 结语

通过水能与风能、光能互补开发，可以解决风力电站和光伏电站并网的难题，风光电能通过4梯级电站送出通道与水电电能集中送出，实现综合调度运行，可以避免风电和光伏电站分散接入、单项工程送出通道建设进度不一等缺陷，进而大大节约送电成本，实现水力、风力和光伏电站的合理调度和区域内清洁能源的统筹开发，提高能源的利用效率。

［1］ 李良县，李 宁．论四川省新能源发展现状和建议［J］．四川水力发电，2014，33(4):86 ～88．

［2］ 吴治坚．新能源和可再生能源的利用［M］．北京:机械工业出版社，2006．