張俊霞

（華北電力大學(xué) 經(jīng)濟(jì)管理學(xué)院，北京 102206）

現(xiàn)階段，我國在人口、資源以及環(huán)境的壓力下，大力發(fā)展新能源產(chǎn)業(yè)，既是調(diào)整能源結(jié)構(gòu)，保障能源供應(yīng)安全的需要，也是保護(hù)生態(tài)環(huán)境，減少溫室氣體排放的需要。國家對新能源項(xiàng)目在政策上的支持，以及技術(shù)的不斷成熟與進(jìn)步，不僅為新能源發(fā)展提供了廣闊的空間，而且使得風(fēng)電和光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)進(jìn)入了市場化和規(guī)?；\(yùn)營的快速發(fā)展軌道。

然而，單一的風(fēng)力發(fā)電或光伏發(fā)電均存在著間歇性供電的不足。為了彌補(bǔ)這一缺陷，根據(jù)風(fēng)光資源的互補(bǔ)特性，一些地區(qū)對風(fēng)光互補(bǔ)系統(tǒng)的開發(fā)建設(shè)進(jìn)行了試點(diǎn)。這些示范項(xiàng)目的成功運(yùn)作，表明風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)由小規(guī)模、離網(wǎng)型向大規(guī)模、并網(wǎng)型方向發(fā)展已具備可推廣性。

以內(nèi)蒙古華電二連浩特（簡稱華電二連）風(fēng)光互補(bǔ)城市示范項(xiàng)目為例，旨在通過對其設(shè)計(jì)及運(yùn)行階段的優(yōu)化分析，論證風(fēng)光資源經(jīng)過互補(bǔ)方式合理配置后，與單一能源供電相比，能夠發(fā)揮出1＋1＞2的效應(yīng)。

1 風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)

華電二連風(fēng)光互補(bǔ)電站位于二連浩特市區(qū)南6km處，屬內(nèi)蒙古自治區(qū)第一個大型風(fēng)光互補(bǔ)示范項(xiàng)目。一期裝機(jī)33臺1.5MW風(fēng)機(jī)，總?cè)萘繛?9.5MW風(fēng)電＋22MW光伏，項(xiàng)目于2011年6月開工建設(shè)，12月28日投產(chǎn)發(fā)電。

1.1 資源配置

在選址時，需將電站建在風(fēng)光資源較為充沛的區(qū)域。通?？紤]風(fēng)的等效利用小時數(shù)要超過2 000h，太陽能的等效利用小時數(shù)要超過1 400h，這是風(fēng)光資源作為單一能源建設(shè)電站時需具備的條件。

通過對二連浩特歷年風(fēng)光資源的數(shù)據(jù)分析，擬選場址條件為：在場址范圍內(nèi)65m高度處，年平均風(fēng)速為7.7m／s，平均風(fēng)功率密度為451.0W／m2，風(fēng)資源較為豐富，具備較高的開發(fā)價值。而且場址區(qū)域海拔高，日照時間長，太陽輻射強(qiáng)，水平面年輻射總量為6 196.57MJ／m2，屬于太陽能資源較豐富區(qū)，可以考慮同時建設(shè)光伏電站。

采用Windfarmer軟件對33臺1.5MW風(fēng)機(jī)進(jìn)行機(jī)位布局，輪轂高度均為65m，測算出風(fēng)電機(jī)組的年理論發(fā)電量為175.32GWh，參見表1。按綜合折減率為68%計(jì)算，則年上網(wǎng)電量＝年理論發(fā)電量×年發(fā)電量綜合折減率＝119.96GWh，等效利用小時＝年上網(wǎng)電量／裝機(jī)容量＝2 424h。

表1 風(fēng)電機(jī)組布機(jī)點(diǎn)坐標(biāo)及年理論發(fā)電量

用RETScreen軟件，計(jì)算不同角度傾斜面上1～12月日平均太陽輻射量，得出當(dāng)電池組件傾角為45°時，全年日平均太陽總輻射量和年理論發(fā)電量均最大，年理論發(fā)電量為45.234GWh，見表2。

表2 不同角度傾斜面上各月平均太陽輻射量

按系統(tǒng)總效率為72.8%計(jì)算，則年上網(wǎng)電量＝年理論發(fā)電量×系統(tǒng)總效率＝33.01GWh，等效利用小時＝年上網(wǎng)電量／裝機(jī)容量＝1 496h。數(shù)據(jù)表明，選址有效，適宜開發(fā)建設(shè)大型風(fēng)光互補(bǔ)電站。

1.2 容量匹配

結(jié)合地區(qū)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展?fàn)顩r、電網(wǎng)規(guī)劃及地區(qū)的社會用電需求，需使系統(tǒng)出力對其予以保證。由于光伏組件在2009年以前成本較高，平均造價約為1.6萬元／kW，為了降低整體投資，在保證用電安全的前提下，應(yīng)盡量降低太陽能電池組件的比率，通常按風(fēng)機(jī)功率與光伏組件功率3∶1的比例進(jìn)行匹配設(shè)計(jì)。但由于2009年以后，光伏組件成本呈下降趨勢，千瓦造價降低到1.4萬元左右，而且光伏電價較高（1.15元／kWh），本工程適當(dāng)調(diào)高了光伏組件的比例，將裝機(jī)容量確定為49.5MW風(fēng)電＋22MW光伏電站，以達(dá)到減少投資和改善電能質(zhì)量的效果。

1.3 土地利用

在風(fēng)光資源滿足利用的情況下，應(yīng)選擇土地利用價值不高、人口密度低的荒漠或半荒漠地區(qū)，少占或不占用耕地，草場，林地等。通過對系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，在道路占用、房屋建筑等方面進(jìn)行了整合，降低了土地占用。所選場址所支付的土地補(bǔ)償費(fèi)較少，僅為90余萬元。由于共用一套進(jìn)場道路、升壓站、綜合樓等，在土地方面較單一能源投資減少150余萬元，見表3。

表3 土地使用對比分析

1.4 人工成本

風(fēng)光互補(bǔ)同期同場建設(shè)可以使用一套工程技術(shù)人員和一套運(yùn)行檢修維護(hù)人員。本工程按照基建期1年、運(yùn)營期20年，人均8萬元／年工資標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行計(jì)算，在基建期間，由于僅使用一套工程技術(shù)人員，可在一年工程建設(shè)期間節(jié)約人工成本64萬元。投入生產(chǎn)運(yùn)營后，使用一套運(yùn)行檢修人員，在20年生產(chǎn)運(yùn)營期內(nèi)，可節(jié)約人工成本1 920萬元。從基建期開始到生產(chǎn)運(yùn)營期結(jié)束，可降低人工成本近2 000萬元，參見表4。

表4 人工成本節(jié)約情況對比分析

1.5 工程造價

風(fēng)光同場建設(shè)可以大幅降低工程造價，主要表現(xiàn)在交通工程，房屋建筑工程，集電工程以及送出線路等方面。通過對本工程在基本建設(shè)期的投資情況分析，在工程造價方面與單一能源相比，可節(jié)約成本3 090萬元，參見表5。充分體現(xiàn)出風(fēng)光互補(bǔ)項(xiàng)目在投資方面比單一能源建設(shè)的優(yōu)勢。

表5 降低工程造價對比分析

2 運(yùn)行階段的優(yōu)化

2.1 建設(shè)制度標(biāo)準(zhǔn)體系

由于大型風(fēng)光互補(bǔ)電站的建設(shè)在近幾年剛剛興起，相對于傳統(tǒng)的火電、水電企業(yè)，其管理相對薄弱。因此，需從建立和完善管理體系入手，通過完備的制度、標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)，為企業(yè)實(shí)現(xiàn)價值最大化目標(biāo)奠定扎實(shí)基礎(chǔ)。華電二連公司進(jìn)入生產(chǎn)運(yùn)營期后，即著手進(jìn)行制度化標(biāo)準(zhǔn)化體系建設(shè)，在6個月的時間內(nèi)，共出臺各類制度及標(biāo)準(zhǔn)368項(xiàng)，涵蓋了生產(chǎn)經(jīng)營管理的各個層面，為各項(xiàng)工作的開展提供了制度上的支持和保證。

2.2 建立對標(biāo)管理體系

企業(yè)要全方位開展對標(biāo)管理活動，建立一套適用于風(fēng)光互補(bǔ)電場生產(chǎn)管理的指標(biāo)考核體系，用來客觀評價風(fēng)光互補(bǔ)電場的生產(chǎn)經(jīng)營管理狀況。華電二連公司的對標(biāo)體系包括安全管理指標(biāo)6項(xiàng)、生產(chǎn)管理指標(biāo)11項(xiàng)、經(jīng)營管理指標(biāo)8項(xiàng)、基建管理指標(biāo)4項(xiàng)、項(xiàng)目發(fā)展指標(biāo)6項(xiàng)，總計(jì)5大類35項(xiàng)。通過開展對標(biāo)管理活動，員工的主觀能動性得到了充分發(fā)揮，企業(yè)的管理基礎(chǔ)得以夯實(shí)，經(jīng)營管理水平以及效益水平不斷提高。

2.3 風(fēng)光資源利用最大化

風(fēng)光互補(bǔ)電場需加強(qiáng)對風(fēng)電機(jī)組及光伏組件的日常運(yùn)行維護(hù)管理工作，嚴(yán)密監(jiān)控、跟蹤設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，提高設(shè)備健康水平，在電網(wǎng)容量允許時，盡可能的多發(fā)滿發(fā)，降低設(shè)備的棄風(fēng)、棄光率。

華電二連公司通過一年的運(yùn)行，設(shè)備健康狀況保持在了一個良好水平，全年風(fēng)機(jī)設(shè)備可利用率達(dá)97.49%，光伏設(shè)備可利用率達(dá)99.71%，發(fā)電量水平受設(shè)備健康狀況影響較低。

2.4 整體效益明顯

1）經(jīng)濟(jì)效益 華電二連公司風(fēng)光互補(bǔ)電場2012年總發(fā)電量140.21GWh，其中：風(fēng)機(jī)98.29GWh，光伏41.91GWh。風(fēng)機(jī)部分的等效利用小時數(shù)為1 985h，低于設(shè)計(jì)值2 424h，這主要是由于受蒙西電網(wǎng)對風(fēng)電消納能力的影響，棄風(fēng)率較高，平均在20%以上。如果考慮棄風(fēng)因素，對發(fā)電量進(jìn)行修正，風(fēng)機(jī)的等效利用小時數(shù)約為2 380h，接近于設(shè)計(jì)值。光伏部分不存在棄光現(xiàn)象，全年等效利用小時數(shù)為1 905h，遠(yuǎn)高于設(shè)計(jì)值1 496h。按照風(fēng)機(jī)上網(wǎng)電價為0.51元／kWh，光伏上網(wǎng)電價為1.15元／kWh計(jì)算，公司全年累計(jì)實(shí)現(xiàn)利潤總額1 280萬元，投資收益率高達(dá)11.66%，明顯高于中國華電集團(tuán)公司要求新能源項(xiàng)目進(jìn)入運(yùn)營期收益率達(dá)到8%的標(biāo)準(zhǔn)。

2）節(jié)能減排效果 以火電廠每kWh電量消耗350g標(biāo)準(zhǔn)煤計(jì)算，二連公司全年發(fā)電量14 021萬kWh，可節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤49 073t／a。相對于同一地區(qū)同等發(fā)電量的火電機(jī)組，按當(dāng)?shù)仄骄济好嘿|(zhì)成分Sar為0.45%、Car為40.96%、Aar為13.43%時（不考慮電廠脫硫、除塵效率按99.3%）計(jì)算，每年可減排二氧化硫約817t、煙塵約92t、二氧化碳約16萬t、氮氧化物約291t，環(huán)境效益顯著。

3）社會效益 風(fēng)光互補(bǔ)電場的建設(shè)充分利用了當(dāng)?shù)氐娘L(fēng)光資源。得益于有光無風(fēng)，有風(fēng)無光的天然互補(bǔ)性，風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)可以在有光無風(fēng)時通過光伏發(fā)電系統(tǒng)供電，有風(fēng)無光時通過風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)供電，從而延長了平均供電時間，彌補(bǔ)了單一能源供電穩(wěn)定性差的缺陷，改善了當(dāng)?shù)氐沫h(huán)境狀況，減少了沙塵對環(huán)境的危害，同時帶動了地區(qū)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。

3 結(jié)論

對風(fēng)光互補(bǔ)電站在設(shè)計(jì)及運(yùn)行方面進(jìn)行優(yōu)化，可使風(fēng)光資源得到合理的配置，可在土地、人工成本方面減少投入，降低工程造價，增加經(jīng)濟(jì)收益，保護(hù)生態(tài)環(huán)境，改善電能質(zhì)量。華電二連風(fēng)光互補(bǔ)電站的成功運(yùn)作，起到了很好的工程示范作用，值得在新能源發(fā)展領(lǐng)域借鑒和推廣。