閆坤 胡浩 何堯璽 陳雪 胡文 康喆 張亞軍

摘 要：隨著中國(guó)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展和人民生活水平的提高，對(duì)清潔能源的需求逐漸增加，可再生能源在能源結(jié)構(gòu)中的地位愈發(fā)凸顯。以金沙江下游四川側(cè)地區(qū)為研究對(duì)象，通過(guò)對(duì)風(fēng)電和光伏的季、日出力特性展開(kāi)分析，深入了解該地區(qū)的可再生能源潛力，研究水風(fēng)光互補(bǔ)特性。研究成果可為可再生能源的高效利用提供科學(xué)依據(jù)。

關(guān)鍵詞：金沙江下游；可再生能源；出力特性；水風(fēng)光互補(bǔ)

中圖分類(lèi)號(hào)：TM73 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

0 引 言

在全球范圍內(nèi)，面對(duì)日益加劇的能源危機(jī)和環(huán)境污染問(wèn)題，可再生能源作為一種清潔、可持續(xù)的能源形式備受關(guān)注[1]。金沙江下游（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“金下”）地區(qū)是中國(guó)西南重要的能源基地之一，其豐富的水資源和獨(dú)特的地理?xiàng)l件為可再生能源的開(kāi)發(fā)提供了廣闊的空間[2]。在這一背景下，對(duì)金下地區(qū)可再生能源出力特性及水風(fēng)光互補(bǔ)特性進(jìn)行深入研究，對(duì)于推動(dòng)該地區(qū)清潔能源的高效利用，實(shí)現(xiàn)能源可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。

風(fēng)電和光伏作為金下地區(qū)主要的可再生能源形式，其出力特性直接影響著能源系統(tǒng)的穩(wěn)定性和經(jīng)濟(jì)性[3]。風(fēng)電和光伏一般具有明顯的間歇性、季節(jié)性和隨機(jī)性，對(duì)電網(wǎng)的調(diào)度和規(guī)劃提出了挑戰(zhàn)[4]。因此，深入了解風(fēng)電和光伏在不同季節(jié)和不同時(shí)間尺度上的出力規(guī)律，對(duì)于金下地區(qū)制定科學(xué)的能源規(guī)劃和管理策略至關(guān)重要。

水風(fēng)光互補(bǔ)作為一種整合多種可再生能源形式的發(fā)展模式，被認(rèn)為是提高可再生能源整體利用效率的重要途徑[5]。通過(guò)對(duì)水電、風(fēng)電和光伏在日內(nèi)的互補(bǔ)關(guān)系的深入研究，發(fā)現(xiàn)可再生能源之間具備協(xié)同作用，可以實(shí)現(xiàn)協(xié)同運(yùn)行[6-8]。金下地區(qū)具有豐富的水資源和適宜的風(fēng)光條件，因此水風(fēng)光互補(bǔ)在該地區(qū)具有巨大的潛力，有望成為推動(dòng)清潔能源發(fā)展的創(chuàng)新路徑。

1 風(fēng)光資源分布特性分析

1.1 風(fēng)光資源分布

以金下T3左（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“T3Z”）、T2為例，分析流域T3Z、T2近區(qū)風(fēng)光資源分布。風(fēng)電資源容量規(guī)劃方面，T3Z風(fēng)電資源主要位于昭覺(jué)縣、美姑縣以及雷波縣，風(fēng)電規(guī)劃容量共87.6萬(wàn)kW；T2水電站近區(qū)風(fēng)電資源主要位于會(huì)東縣、寧南縣、普格縣以及布拖縣，風(fēng)電規(guī)劃容量共145萬(wàn)kW，T3Z及T2電站近區(qū)風(fēng)電資源總規(guī)模為232.6萬(wàn)kW。光伏資源容量規(guī)劃方面，T3Z近區(qū)光伏資源主要位于美姑縣、昭覺(jué)縣及雷波縣，光伏規(guī)劃容量共367萬(wàn)kW；T2近區(qū)光伏資源主要位于會(huì)東縣、寧南縣、普格縣、布拖縣以及金陽(yáng)縣，規(guī)劃容量309萬(wàn)kW，T3Z及T2電站近區(qū)光伏資源總規(guī)模為676萬(wàn)kW。

豐富的可再生能源資源為該地區(qū)實(shí)現(xiàn)清潔能源轉(zhuǎn)型提供了強(qiáng)大的支持。通過(guò)科學(xué)規(guī)劃和有效管理，金下地區(qū)有望充分利用這些資源，推動(dòng)風(fēng)電和光伏發(fā)電項(xiàng)目的建設(shè)和運(yùn)營(yíng)[9]。

1.2 金沙江下游地區(qū)風(fēng)光資源規(guī)劃建議

（1）進(jìn)行綜合規(guī)劃。全面考慮T3Z和T2近區(qū)的風(fēng)光資源分布情況，通過(guò)科學(xué)規(guī)劃和制定發(fā)展策略，充分利用這一地區(qū)豐富的可再生能源。這將有助于推動(dòng)清潔能源項(xiàng)目的建設(shè)和運(yùn)營(yíng)，為實(shí)現(xiàn)清潔能源轉(zhuǎn)型奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)[10]。

（2）風(fēng)電容量布局。建議采取分布式布局。通過(guò)優(yōu)化風(fēng)電項(xiàng)目的位置，確保在昭覺(jué)縣、美姑縣、雷波縣、會(huì)東縣、寧南縣、普格縣、布拖縣以及金陽(yáng)縣等地最大化地發(fā)揮風(fēng)能資源的作用[11]。

（3）優(yōu)化風(fēng)電規(guī)劃。建議進(jìn)一步優(yōu)化風(fēng)電規(guī)劃，確保規(guī)劃容量與實(shí)際可利用風(fēng)電資源相匹配。同時(shí)在規(guī)劃中考慮設(shè)備更新和技術(shù)升級(jí)，以提高風(fēng)電站的整體效益[12]。

（4）進(jìn)行光伏容量布局。應(yīng)根據(jù)美姑縣、昭覺(jué)縣、雷波縣、會(huì)東縣、寧南縣、普格縣、布拖縣以及金陽(yáng)縣等地的實(shí)際光照條件進(jìn)行光伏容量布局。選擇合適的光伏項(xiàng)目位置，以確保光伏電站在白天能夠充分吸收陽(yáng)光資源[13]。

（5）整合風(fēng)光資源。在規(guī)劃中考慮風(fēng)電和光伏的協(xié)同運(yùn)行。通過(guò)智能電網(wǎng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)兩者之間的互補(bǔ)，提高系統(tǒng)的整體可靠性和穩(wěn)定性，減少電力系統(tǒng)的波動(dòng)性[14]。

（6）投入技術(shù)創(chuàng)新和研發(fā)。投資與風(fēng)光資源相關(guān)的技術(shù)創(chuàng)新和研發(fā)，以提高風(fēng)電和光伏的效能[15]。

2 可再生能源出力特性分析

2.1 風(fēng)電出力特性

2.1.1 季特性

金下流域風(fēng)能資源分布有明顯的季節(jié)性差異，風(fēng)速的季節(jié)變化直接導(dǎo)致風(fēng)電場(chǎng)出力的季節(jié)性差異。如圖1所示，風(fēng)電場(chǎng)月平均出力12—次年5月出力較大，6—11月的出力較小，風(fēng)電場(chǎng)出力月際變化較顯著，呈夏秋季小、冬春季大的特點(diǎn)。

2.1.2 日特性

如圖2所示，金下流域風(fēng)電場(chǎng)各月日內(nèi)出力基本一致，總體均呈“一峰一谷”的特征，各月日內(nèi)出力分布較均勻，變化幅度相對(duì)較小。一般在早晨8時(shí)風(fēng)速開(kāi)始加大，下午18—19時(shí)風(fēng)速達(dá)到最大，之后風(fēng)速開(kāi)始下降。

2.2 光伏出力特性

2.2.1 季特性

太陽(yáng)能資源年內(nèi)分布存在季節(jié)性差異，造成光伏電站出力也存在一定的季節(jié)性差異。如圖3所示，金下近區(qū)光伏年內(nèi)出力變化規(guī)律基本一致。冬春季受亞熱帶氣候影響，天氣較為寒冷，氣溫降低，太陽(yáng)電池組件效率隨溫度的降低而升高，而夏秋季，太陽(yáng)能輻射量較強(qiáng)，高溫多雨，太陽(yáng)電池組件效率較低，故一般冬春季（11—次年4月）出力較大，夏秋季（5—10月）的出力較小。

2.2.2 日特性

圖4為金下流域光伏電站全年各月日內(nèi)平均出力曲線。可知，光伏典型日出力特性較為一致，集中于6—18時(shí)，中午11—14時(shí)左右出力最大。

3 水風(fēng)光日內(nèi)互補(bǔ)特性分析及提升措施

風(fēng)電、光伏發(fā)電出力由于受氣象因素影響而具有隨機(jī)性、波動(dòng)性特征，大規(guī)模接入會(huì)增加電網(wǎng)的功率波動(dòng)，對(duì)電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行造成威脅，這是影響新能源發(fā)電規(guī)?；l(fā)展的重要因素。

水電與風(fēng)電、光伏的出力特性天然存在季節(jié)上的互補(bǔ)特性。水電出力特點(diǎn)為豐枯期、季節(jié)性波動(dòng)較大，而日內(nèi)出力較為平緩，波動(dòng)性較小；風(fēng)電、光伏受制于氣象條件，日內(nèi)波動(dòng)較大。對(duì)于具備調(diào)節(jié)庫(kù)容的水電站，通過(guò)水電站的調(diào)節(jié)能力可以平抑風(fēng)電及光伏的短期波動(dòng)，減少新能源棄電量。水風(fēng)光互補(bǔ)特性可以總結(jié)為：在年內(nèi)，通過(guò)風(fēng)光補(bǔ)充水電在枯期的出力不足，在日內(nèi)，通過(guò)水電平抑風(fēng)光出力的波動(dòng)性。

3.1 年內(nèi)互補(bǔ)特性分析

金下地區(qū)風(fēng)速和風(fēng)功率密度的年內(nèi)變化基本呈冬春季大、夏秋季小的特點(diǎn)，一般11—次年4月風(fēng)速、風(fēng)功率密度較大，5—10月的較小。與此對(duì)應(yīng)，風(fēng)速、風(fēng)功率密度大的月份發(fā)電量較多，而風(fēng)速、風(fēng)功率密度小的月份發(fā)電量較少。光伏發(fā)電雖沒(méi)有非常明顯的季節(jié)性差異，但也基本呈現(xiàn)冬季出力相比夏季略大的規(guī)律。水電站的出力根據(jù)來(lái)水情況分為豐水期和枯水期，每年的6—10月為豐水期，來(lái)水量大，相應(yīng)的發(fā)電量多，12—次年4月為枯水期，來(lái)水量小，相應(yīng)的發(fā)電量少。

T3Z水電站單獨(dú)運(yùn)行時(shí)月平均出力與一體化運(yùn)行后出力曲線如圖5所示。由于年內(nèi)風(fēng)電的“豐”“枯”恰好與水電的“枯”“豐”在時(shí)間上對(duì)應(yīng)，風(fēng)、水之間具有較好的互補(bǔ)關(guān)系，光伏發(fā)電的各月差異雖較小，但也呈現(xiàn)出與水電一定的豐枯互補(bǔ)關(guān)系，因此風(fēng)光水互補(bǔ)運(yùn)行后的年內(nèi)出力波動(dòng)有所減小。

3.2 日內(nèi)互補(bǔ)特性分析

由于豐水季節(jié)與枯水季節(jié)之間的入庫(kù)流量相差很大，金下地區(qū)梯級(jí)水電的出力特點(diǎn)是季節(jié)性波動(dòng)大，但日內(nèi)波動(dòng)較??；風(fēng)資源的短期波動(dòng)性較大，風(fēng)電出力的短期波動(dòng)性很大；光伏發(fā)電受氣候影響，日內(nèi)波動(dòng)較大，且只在白天發(fā)電，夜晚出力為0。

以T3水電站為例，水、風(fēng)、光互補(bǔ)運(yùn)行后，T3Z電站每月典型出力曲線如圖6所示，豐水期某典型日內(nèi)水風(fēng)光出力特性如圖7所示?？芍夥娬境隽性?—17時(shí)，晚上出力為0，風(fēng)電出力在夜間較大，9—20時(shí)較小，水風(fēng)光聯(lián)合運(yùn)行模式下，在白天光伏大發(fā)時(shí)段，水電站減少出力，以減少風(fēng)光棄電，平抑風(fēng)電、光電的短期波動(dòng)，提高系統(tǒng)整體出力的平穩(wěn)性。

3.3 提升水風(fēng)光日內(nèi)互補(bǔ)運(yùn)行效率措施

（1）進(jìn)行水電站靈活調(diào)度。充分發(fā)揮水電站的調(diào)節(jié)庫(kù)容，根據(jù)風(fēng)電和光伏出力的變化，通過(guò)靈活的調(diào)度策略，及時(shí)調(diào)整水電站的發(fā)電量。在風(fēng)光高產(chǎn)時(shí)段，降低水電站出力以減少風(fēng)光棄電，而在風(fēng)光弱時(shí)，增加水電站出力，提供穩(wěn)定電力支持。

（2）合理規(guī)劃光伏電站布局。根據(jù)日內(nèi)光照變化，合理規(guī)劃光伏電站布局，確保在白天最大化地利用光照資源。同時(shí)，盡可能考慮地理位置分布較為分散的光伏電站，減小因天氣變化引起的功率波動(dòng)。

（3）引入智能電網(wǎng)調(diào)度系統(tǒng)。通過(guò)先進(jìn)的預(yù)測(cè)和調(diào)度算法，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)各能源的出力情況，優(yōu)化電力分配方案，提高系統(tǒng)整體運(yùn)行效率。

（4）結(jié)合分布式儲(chǔ)能技術(shù)應(yīng)用。結(jié)合儲(chǔ)能技術(shù)，如電池儲(chǔ)能系統(tǒng)，儲(chǔ)存過(guò)剩電力并在需要時(shí)釋放，平抑風(fēng)光的瞬時(shí)波動(dòng)，提高能源利用效率。

（5）建立完善協(xié)同運(yùn)行機(jī)制。建立水、風(fēng)、光的協(xié)同運(yùn)行機(jī)制，通過(guò)信息共享和協(xié)同控制，實(shí)現(xiàn)更加精準(zhǔn)的調(diào)度和管理，提高系統(tǒng)整體可靠性和穩(wěn)定性。

4 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)對(duì)金下地區(qū)四川側(cè)地區(qū)風(fēng)電和光伏的季節(jié)性和日內(nèi)出力特性進(jìn)行詳細(xì)分析，深入探討了該地區(qū)可再生能源的潛力，揭示了水電、風(fēng)電和光伏在年內(nèi)和日內(nèi)的互補(bǔ)關(guān)系。主要結(jié)論如下：

（1）風(fēng)電方面，金下地區(qū)呈現(xiàn)出明顯的季節(jié)性差異，夏秋季的出力較小，而冬春季的出力較大。在日內(nèi)，風(fēng)電場(chǎng)整體呈現(xiàn)“一峰一谷”的特征，風(fēng)速在早晨8時(shí)開(kāi)始加大，下午18—19時(shí)達(dá)到最大，之后風(fēng)速逐漸下降。

（2）光伏方面，雖然季節(jié)性差異不如風(fēng)電顯著，但仍表現(xiàn)為冬季出力相對(duì)較大，夏季出力較小。在日內(nèi)，光伏電站出力集中于6—18時(shí)，中午11—14時(shí)左右出力最大。

（3）水風(fēng)光互補(bǔ)方面，通過(guò)對(duì)年內(nèi)和日內(nèi)的互補(bǔ)特性分析，發(fā)現(xiàn)水電、風(fēng)電和光伏之間存在良好的互補(bǔ)關(guān)系。水電在枯水期能夠彌補(bǔ)風(fēng)電、光伏的出力不足，而在日內(nèi)，水電的平緩出力能夠平抑風(fēng)電和光伏的波動(dòng)性，減少新能源的棄電量。

（4）金下四川側(cè)地區(qū)具有豐富的可再生能源資源，風(fēng)電、光伏和水電之間存在良好的互補(bǔ)關(guān)系，可實(shí)現(xiàn)更穩(wěn)定、可靠的清潔能源供應(yīng)。未來(lái)的可再生能源開(kāi)發(fā)和規(guī)劃中，應(yīng)充分考慮可再生能源出力特性，制定科學(xué)合理的能源管理策略，推動(dòng)可再生能源的高效利用。

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Renewable Energy Output and Hydro-wind-solar Complementary Characteristics in Lower Jinsha River

YAN Kun1，HU Hao2，HE Yaoxi1， CHEN Xue2，HU Wen1，KANG Zhe1，ZHANG Yajun1

（1. China Yangtze Power Co.，Ltd.，Wuhan 430010，China；2. Southwest Electric Power Design Institute Co.，Ltd.，China Power Engineering Consulting Group，Chengdu 610056，China）

Abstract：As China's economy advances and people's living standards improve，the demand for clean energy is gradually rising. Thus，renewable energy sources are becoming increasingly prominent in the energy structure. With a focus on the Sichuan region along the lower Jinsha River，we analyze the seasonal and daily output characteristics of wind and photovoltaic power. On this basis，we explore the renewable energy potential of the region and analyze the complementary characteristics of hydro and wind resources. The results provide a scientific basis for the efficient use of renewable energy.

Key words：lower Jinsha River；renewable energy；output characteristics；hydro-wind-solar complementary

基金項(xiàng)目：長(zhǎng)電新能有限責(zé)任公司項(xiàng)目（4223020056）

作者簡(jiǎn)介：閆? 坤，男，高級(jí)工程師，碩士，主要研究方向?yàn)樾履茉醇八姲l(fā)電技術(shù)。 E-mail：yan_kun@ctg.com.cn

通信作者：胡? 浩，男，高級(jí)工程師，碩士，主要從事電力系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計(jì)工作。E-mail：huhao@swepdi.com