摘要：我国西南地区风能资源、光伏资源丰富，是近些年我国开发新能源的主要基地。近些年，新能源项目开发的方式多种多样，能源互补开发是其中一种不错的开发方案。西南地区水能资源丰富，且建设了多个不同级别的水电站，输送电线路完善，为水风光互补开发提供了基础。本文通过分析西南地区风能、太阳能和水能的日出力特性，结合水电站的调节能力、可接入容量，对水风光互补方案进行研究。

关键词：互补、出力、接入容量

一、风光水互补可行性研究

（一）风水资源季节具有互补性

从我国西南地区的气候特征来看，水电站每年的7月～10月为汛期，11月～次年6月为枯期，发电量呈现出夏季发电多，冬季发电少的特点。风电一般11月～次年4月风速、风功率密度较大，5月～10月的风速、风功率密度较小，基本呈冬春季大，夏秋季小的特点[1]。风电、水电的年内各月出力均呈现出明显的“一峰一谷”形式，风电的大风月对应水电的枯水月，风、水之间形成较为统一的互补关系。

（二）风光资源日/夜出力具有互补性

风电场一般夜间出力较大，白天出力较小。光伏电站出力与风电场出力相反，光伏发电受太阳辐照的影响，在6时～12时逐渐增大，此后逐渐减小，直到20时左右。由此可见，风电和光伏在出力上，尤其是日互补出力上具有互补优势，通过风光出力的互补特性，减少出力的波动性。

（三）水库调节与风光出力具有一定互补性

对有水库调节能力的水电站按照水库的调节性能可以分为：日调节、周调节、月调节、季调节、年调节和多年调节等几种类型。根据水电站水库的调节能力，对风光电的调节能力也不同。具备多年调节能力、年調节能力和不完全年调节能力的水电站可以对年内出力进行优化，提高风光出力比例[2]。

二、水风光互补配比原则

（一）风光互补功率特性

风能和太阳能在时间上均有天然的互补性，但在风电场内增建光伏电站不是越多越好。风电出力具有较大的波动性，配置光伏容量较少对于风光互补出力改善较弱;光伏容量配置较多仍会使风光互补出力波动较大。合理地配置光伏容量可以使风光互补出力波动相对平稳，不仅减少对电网的冲击，还可以提高电网对风光互补系统的接纳能力。在考虑风光水互补时，应先确定风光的比例。考虑到风光本身具有互补性，通过计算得出最佳的风光比例后，再计算风光水互补关系。

（二）外送容量限制

送出线路容量与水电装机容量相匹配，根据水电站发电量数据，月最大出力系数约为0.7左右，这样为风电和光伏发电上网提供了空间。增建风场和光伏电站应保证在任意时刻，水电站输出功率与风光输出功率之和不大于送出线路功率（不增加送出线路的情况下）[3]。风电场任意时刻的出力为Pft，光伏电站任意时刻的出力为Pgt，水电站任意时刻出力为Pst，送出通道容量为P，应满足：

Pft+Pgt+Pst≤P

（三）水电送出通道冗余

由于水电输电线路在输送电力时存在余量，可以考虑水电出力较多月份通道还能容纳多少电量接入，根据当地资源条件和可开发面积算出可以安装总容量，根据风和光出力的典型日变化，确定风和光的比例。考虑到风光水三种电源的实时出力特性都小于1，实际风光可装机容量应大于剩余通道。利用水电机组的日调节能力，可大大提高风光能源的装机容量。根据水电站多年平均水平的出力情况，可按一年内最大月的出力计算通道剩余容量。结合当地风电和光伏情况，确定最佳的风光比例，最终计算出风光水各自占该通道发电量的比例[4]。

剩余通道的计算方法为：

Qy=Q-P/t

其中：Q是水电站总装机容量和送出线路容量较大值;

Qy是水电站剩余通道容量;

P是水电站出力最大月（或年平均）发电量;

t是小时数。

三、水风光互补案例分析

水风光互补系统的主体是水电站。水电站的容量、位置等因素都会影响风光项目的规划情况。考虑到输电成本的问题，风场和光伏场区的位置要在水电站附近且可就近接入水电站。考虑到未来电网的建设，暂按照在水电站周围100公里内进行风光场区的规划和容量的计算。

（一）资源分析

云南金沙江流域的丽江市、楚雄市和昆明市三市北部风能资源丰富，个别地区70m年平均风速达到8.0m/s以上，其他地区风速在4.0～6.5m/s之间。金沙江中游流域光资源分布较为充足，在流域两侧100公里范围内，太阳辐照量在1230kWh/m2以上，尤其在丽江市东南部，攀枝花西部及南部地区太阳辐照量较为充足，均在1630-1814 kWh/m2之间，年满发小时数为1304-1451h，具有较好的可开发条件。

（二）场址选择

西南风光水资源充足，地形复杂，不少地区山势陡峭，海拔高温度低，风电场和光伏电站安装难度较大。尤其是光伏电站，对地势坡度要求较高，难以找到大面积可安装光伏阵列场区，但小面积光伏资源较好场址多。在水电站建设附近，如水库下游开阔地，可以根据情况适当开发小面积光伏电站。在风电场区内，也可开发风光一体式场区，可减少建设成本和输电成本[4]。

（三）代表年选择

水电站发电具有年际变化，不具备年调节能力的水电站发电量会受流域当年降雨的影响，丰水年、枯水年、平水年的发电量具有较大差距。为保护水电的利益，按水电站出力最大月份计算互补容量，未获得月出力的情况下按年平均发电量计算互补容量。

四、结论

水电站外送线路存在冗余，且水电站不是一直处于满发状态，从而为其他能源发电的接入提供了可能。另外，西南地区资源丰富，随着我国特高压输电线路的建设，西南地区的能源建设将继续快速发展，多种能源互补发电或进一步发展。通过以上的分析，有以下几点需要注意：一是不同地区风光出力不同，风光的最佳配比也会不同。二是不同水电站的调节能力不同，剩余通道不同，可接入容量也不同。三是不同地区的风光资源可能相差很大，风光配比需要结合实际资源量考虑。四是风能和光伏开发难度、成本不同，实际建设中需考虑。五是水电站周围建筑以及风场内建筑为小容量光伏建设提供便捷，在西南山地水光互补更有优势。

参考文献

[1]中国气象局编. 全国风能资源详查和评价报告. 气象出版社， 2014.

[2]陈来军， 陈天一， 梅生伟，等. 一种用水电和储能平抑风光功率波动的控制方法：， CN104037792B[P]. 2016.

[3]姚天亮，吴兴全，李志伟，李鑫，王堃. 计及多约束条件的风光互补容量配比研究. 电力系统保护与控制， 2017，45（9）：126-132.

[4]苏康博. 多类型水电协调下基于概率潮流的风光互补容量优化配置. 长沙理工大学， 2019.

【作者简介】

姓名：曹语涵  出生年月：1991年7月  性别：男  民族：汉族  籍贯：陕西省  职务/职称：中级经济师  学历：研究生  研究方向：企业管理  单位信息（单位全名）：华电煤业集团有限公司  所在省市：北京市  邮编：100035