國(guó)網(wǎng)湖北省電力有限公司 王 楓 張 輝 周 斌 湖北省電力勘測(cè)設(shè)計(jì)院有限公司 李園林 范 黎

湖北省能源資源匱乏，缺煤、少油、乏氣，能源自給率不足20%?！笆濉逼陂g，隨著工業(yè)化、城鎮(zhèn)化進(jìn)程的加快，能源供需矛盾更加突出[1-2]。開(kāi)發(fā)利用新能源和可再生能源是建設(shè)資源節(jié)約型和環(huán)境友好型社會(huì)的重要途徑，是推動(dòng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展方式轉(zhuǎn)變，培育湖北省戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)的重要方式[3-4]?！笆奈濉逼冢凇疤歼_(dá)峰碳中和”政策的影響下，湖北新能源（本文新能源主要指風(fēng)電和太陽(yáng)能）將迎來(lái)快速發(fā)展。因此研究分析新能源的出力特性具有重要意義。

文獻(xiàn)[5]分析了我國(guó)新能源發(fā)電典型地區(qū)風(fēng)、光電站的出力特性，歸納了湖北地區(qū)機(jī)組的出力特征；文獻(xiàn)[6]根據(jù)美國(guó)德州2021年大停電事故分析，結(jié)合我國(guó)電網(wǎng)的實(shí)際發(fā)展，總結(jié)出高比例新能源接入對(duì)電網(wǎng)的影響，極端天氣下新能源不能可靠供電。

以上研究大多致力于我國(guó)風(fēng)能、光伏資源較為豐富且發(fā)展新能源較早的西北或沿海地區(qū)，或者只對(duì)湖北典型地區(qū)的風(fēng)電、光伏出力進(jìn)行研究，近年來(lái)我國(guó)中部地區(qū)風(fēng)、光等新能源發(fā)電也處于快速發(fā)展中，其中湖北省發(fā)展更是超出預(yù)期。因此，亟需對(duì)湖北省全省新能源出力特性進(jìn)行分析研究。

1 新能源發(fā)展現(xiàn)況

湖北省屬于Ⅳ類(lèi)風(fēng)資源區(qū)，湖北省地勢(shì)地貌類(lèi)型多樣，山地、丘陵、崗地和平原兼?zhèn)?，風(fēng)能資源分布不均、受地形影響較大。太陽(yáng)能資源屬于三類(lèi)資源區(qū)，從地域分布上看表現(xiàn)為北多南少、東多西少的格局，各地年太陽(yáng)總輻射量在3450～4800MJ/m2之間，年日照時(shí)數(shù)在1100～2000h之間。隨著“碳達(dá)峰碳中和”雙碳目標(biāo)的提出，湖北省風(fēng)電、光伏并網(wǎng)項(xiàng)目仍將繼續(xù)迎來(lái)建設(shè)高峰。至2020年湖北總裝機(jī)約為8278萬(wàn)kW，其中新能源裝機(jī)1200萬(wàn)kW。具體的新能源電源發(fā)展規(guī)劃如圖1所示。

圖1 風(fēng)電光伏歷史裝機(jī)

2016年以來(lái)湖北省新能源裝機(jī)發(fā)展迅速，截止2020年底，風(fēng)電裝機(jī)容量為2016年底的2.5倍，光伏裝機(jī)容量為2016年底的3.7倍。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2018年湖北省全省最大負(fù)荷時(shí)刻為7月29日21:00，此時(shí)風(fēng)電出力系數(shù)0.12、光伏為0；而在4月份最小負(fù)荷時(shí)刻為4月6號(hào)5：00，此時(shí)風(fēng)電出力系數(shù)達(dá)0.48。負(fù)荷高峰時(shí)段風(fēng)電光伏整體出力較低；負(fù)荷低谷時(shí)段風(fēng)電光伏整體出力較高。未來(lái)幾年湖北電網(wǎng)負(fù)荷水平預(yù)測(cè)如表1所示。

表1 湖北電網(wǎng)負(fù)荷預(yù)測(cè)表

目前湖北電網(wǎng)存在風(fēng)電光伏快速發(fā)展，而風(fēng)電光伏出力特性與負(fù)荷曲線不匹配的問(wèn)題。在系統(tǒng)調(diào)峰性能沒(méi)有改善之前，未來(lái)?xiàng)夛L(fēng)棄光的現(xiàn)象不可避免。由于風(fēng)電對(duì)系統(tǒng)呈現(xiàn)反調(diào)峰特性，本文重點(diǎn)對(duì)湖北省風(fēng)電參與電力電量平衡的容量進(jìn)行了分析。

圖2 2019年湖北省風(fēng)電出力統(tǒng)計(jì)概率曲線

2 風(fēng)電出力特性分析

場(chǎng)景分類(lèi)：本文將在以下基本場(chǎng)景和特定場(chǎng)景中進(jìn)行新能源出力特性分析：基本場(chǎng)景。全年；特定場(chǎng)景一。春季；特定場(chǎng)景二。夏季。

2.1 基本場(chǎng)景

本節(jié)將研究風(fēng)電全年出力概率特性。統(tǒng)計(jì)整理湖北省風(fēng)電2017～2020年8760歷史數(shù)據(jù)，得到逐年在不同出力系數(shù)下的風(fēng)電出力保證率和累計(jì)電量系數(shù)，以2019為例，其全年出力系數(shù)（%）、保證率（%）、累計(jì)電量系數(shù)（%）分別為10/70/9、20/43/26、30/27/44、40/16/61、50/9/77、60/3/90、70/0/100、80/0/100、90/0/100、100/0/100。

根據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果，2019年湖北省風(fēng)電出力保證率為95%時(shí)風(fēng)電的保證容量為5%，累計(jì)電量占全年總電量的95%時(shí)風(fēng)電的出力區(qū)間為0%～64%；根據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果，2020年湖北省風(fēng)電出力保證率為95%時(shí)風(fēng)電的保證容量為6%，累計(jì)電量占全年總電量的95%時(shí)風(fēng)電的出力區(qū)間為0%～62%。根據(jù)以上結(jié)果分析可得，在出力保證率為95%時(shí)，湖北省風(fēng)電的保證容量在5%比較合適；累計(jì)電量占全年總電量的95%時(shí)，風(fēng)電出力區(qū)間在0%～65%比較合適。

2.2 特定場(chǎng)景一

本節(jié)將研究風(fēng)電春季出力概率特性。統(tǒng)計(jì)整理湖北省風(fēng)電2017～2020年春季歷史數(shù)據(jù)，得到逐年在不同出力系數(shù)下的風(fēng)電出力保證率，如表3所示。根據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果，在出力保證率為95%時(shí)，湖北省風(fēng)電春季的保證容量在7%比較合適。

表2 2017～2020年湖北省風(fēng)電春季出力統(tǒng)計(jì)分析表

2.3 特定場(chǎng)景二

本節(jié)將研究風(fēng)電夏季出力概率特性。統(tǒng)計(jì)整理湖北省風(fēng)電2017～2020年夏季歷史數(shù)據(jù)，得到逐年在不同出力系數(shù)下的風(fēng)電出力保證率，如表3所示。根據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果，在出力保證率為95%時(shí)，湖北省風(fēng)電夏季的保證容量在5%比較合適。

表3 2017～2020年湖北省風(fēng)電夏季出力統(tǒng)計(jì)分析表

3 結(jié)語(yǔ)

本文通過(guò)對(duì)湖北省近年來(lái)風(fēng)電的大量統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，計(jì)算分析得到風(fēng)光參與全省電力平衡的裝機(jī)容量。從研究結(jié)果可看出，隨著國(guó)家對(duì)新能源的利好政策提出，新能源將迎來(lái)較大規(guī)模發(fā)展，但是對(duì)于湖北省，大負(fù)荷時(shí)期光伏基本不出力，風(fēng)電的可替代容量系數(shù)約為5%，新能源的可替代容量并不高，需要統(tǒng)籌考慮電源、電網(wǎng)發(fā)展，保證負(fù)荷供電可靠性同時(shí)保證新能源消納。