風(fēng)電場(chǎng)內(nèi)建設(shè)光伏電站的可行性分析

綜合比較各類可再生能源的利用，光伏和風(fēng)電是其中技術(shù)最成熟的，也被視為未來最有前途的可再生能源利用技術(shù)。風(fēng)能資源和光照資源都具有間斷性和不穩(wěn)定性的特點(diǎn)，然而全球某些地區(qū)從宏觀上來看，風(fēng)能資源和光照資源在地理分布上具有較大一致性，比如我國(guó)的“三北地區(qū)”，既是風(fēng)能資源豐富的地區(qū)，又是太陽能資源豐富區(qū)，適合建設(shè)大規(guī)模風(fēng)電場(chǎng)和光伏發(fā)電站。在這些地區(qū)，可以充分利用風(fēng)能與太陽能在地域上的重合性及時(shí)間上的互補(bǔ)性，建設(shè)風(fēng)光互補(bǔ)電站，使電站整體出力區(qū)域平穩(wěn)的同時(shí)，還可以降低投資、提高效益。

本文對(duì)“三北地區(qū)”某10萬kW的風(fēng)電場(chǎng)進(jìn)行初步分析，從資源、土地、出力、送出和經(jīng)濟(jì)性幾個(gè)方面淺析其補(bǔ)充建設(shè)光伏的可行性。

一、風(fēng)電場(chǎng)概況

該風(fēng)電場(chǎng)所在區(qū)域地形十分平坦、交通便利、地質(zhì)條件良好。風(fēng)電總裝機(jī)規(guī)模10萬kW，共安裝了66臺(tái)1.5MW的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，場(chǎng)內(nèi)建設(shè)一座220kV升壓站，并安裝一臺(tái)100MVA主變壓器，220kV側(cè)電氣主接線采用單母線接線方式，以一回出線接入系統(tǒng)。

該風(fēng)電場(chǎng)場(chǎng)內(nèi)測(cè)風(fēng)塔70m高度年平均風(fēng)速分別為7.1m/s，年平均風(fēng)功率密度348.0W/m2，3~5月、10~11月風(fēng)速風(fēng)功率密度較大，6~9月風(fēng)速風(fēng)功率密度較小。從日變化上來看21：00~凌晨3：00風(fēng)速風(fēng)功率密度較大，8:00~19：00風(fēng)速風(fēng)功率密度相對(duì)較小。

可行性研究階段根據(jù)代表年逐小時(shí)風(fēng)速、風(fēng)向數(shù)據(jù)計(jì)算出風(fēng)電場(chǎng)滿發(fā)小時(shí)數(shù)約2360h(計(jì)算所采用的風(fēng)機(jī)與實(shí)際安裝廠家型號(hào)一致)，受限電影響，該風(fēng)電場(chǎng)2014年全年總發(fā)電量約17530萬kW，滿發(fā)小時(shí)數(shù)1770h。

二、風(fēng)電場(chǎng)所在區(qū)域太陽能資源

風(fēng)電場(chǎng)所在區(qū)域?qū)贉貛Т箨懶约撅L(fēng)氣候，多年均日照時(shí)數(shù)約2880小時(shí)，日照時(shí)間較長(zhǎng);多年平均太陽能總輻射量5300MJ/m2，屬于太陽能資源總量“很豐富帶”，適合光伏電站的建設(shè)。

三、風(fēng)電場(chǎng)內(nèi)可建設(shè)光伏場(chǎng)地

根據(jù)該風(fēng)電場(chǎng)的總平面布置圖及土地利用現(xiàn)狀圖，升壓站以南進(jìn)場(chǎng)道路以東約有1200畝閑置用地，土地性質(zhì)以荒草地為主。根據(jù)風(fēng)機(jī)實(shí)際的輪轂高度、葉片長(zhǎng)度，模擬出冬至日風(fēng)機(jī)陰影影響范圍，將風(fēng)機(jī)陰影遮擋范圍剔除后，可利用的閑置土地面積約750畝，不考慮其他因素初步判斷可開發(fā)光伏容量約2萬kW。

四、太陽輻射月變化及日變化

1、太陽輻射月變化

該地區(qū)近20年太陽能月總輻射量變化如下圖所示。5~8月太陽能輻射量較大，11~1月太陽能輻射量較小。

太陽輻射月變化圖

2、典型日太陽輻射日變化

對(duì)距離風(fēng)電場(chǎng)最近的輻射觀測(cè)站四個(gè)典型日的輻射日變化進(jìn)行分析，該站2014年春分、夏至、秋分、冬至四個(gè)典型日輻照度日變化見下圖。除秋分日受陰雨天氣影響外，其余三個(gè)典型日輻照在12：00~13:00出現(xiàn)全天最大值，主要集中在10:00~15:00，占全天的60%以上(夏至)，冬至日達(dá)90%以上。

從該風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)速風(fēng)功率月變化、日變化曲線(圖1~3)，以及輻射月變化、典型日日變化(圖5~9)，可以看出，風(fēng)光資源在季節(jié)和晝夜的變化上存在互補(bǔ)性，尤其是晝夜變化的互補(bǔ)性尤為明顯。在該風(fēng)電場(chǎng)內(nèi)建設(shè)光伏，可以起到平滑出力曲線，使得輸出功率趨于穩(wěn)定，緩解獨(dú)立采用風(fēng)電或光伏所產(chǎn)生的由季節(jié)、晝夜、天氣等因素帶來的波動(dòng)問題，使得風(fēng)電和光伏形成互補(bǔ)。

五、風(fēng)電場(chǎng)各月最大出力

該風(fēng)電場(chǎng)2014年各月最大出力發(fā)生的時(shí)間為：1月、2月、5月、12月發(fā)生在19:00，3月發(fā)生在20:00，4月、9月發(fā)生在12：00，6月、11月發(fā)生在17:00,7月發(fā)生在23:00，8月發(fā)生在6：00，10月發(fā)生在1:00，即除4月、9月，其他各月最大出力均發(fā)生在光伏電站不發(fā)電或者發(fā)電很少的時(shí)間。

(受該地區(qū)限電影響，獲取到的發(fā)電量并不能完全反映風(fēng)電場(chǎng)的真實(shí)情況)。

對(duì)光伏電站出力比較集中的時(shí)間段內(nèi)(9:00~15:00)，風(fēng)電場(chǎng)的出力進(jìn)行分析，篩選出風(fēng)電場(chǎng)出力大于9萬kW發(fā)生小時(shí)數(shù)見下表。

風(fēng)電場(chǎng)出力大于9萬kW發(fā)生小時(shí)數(shù)僅占光伏電站出力集中的時(shí)間段(9:00~15:00)的2.69%，考慮光伏電站的系統(tǒng)效率損失及逐年衰減，保守考慮可在風(fēng)電場(chǎng)場(chǎng)內(nèi)空地建設(shè)1萬kW光伏電站，以1回集電線路接入原有升壓站，與風(fēng)電場(chǎng)工程共用一臺(tái)100MVA的主變壓器。

六、經(jīng)濟(jì)性分析

若在該風(fēng)電場(chǎng)內(nèi)建設(shè)1萬kW光伏電站，可利用已建成的升壓站及主要電氣設(shè)備，站內(nèi)新增35kV開關(guān)柜及保護(hù)測(cè)控裝置、關(guān)口計(jì)量表、光功率預(yù)測(cè)系統(tǒng)以及協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)等設(shè)備即可。同時(shí)可利用風(fēng)電場(chǎng)內(nèi)已修建好的進(jìn)站道路和風(fēng)機(jī)之間的道路，運(yùn)行維護(hù)人員也可與風(fēng)電場(chǎng)共用。經(jīng)估算，與獨(dú)立建設(shè)的1萬kW光伏電站相比，投資可下降約8%~10%。

結(jié)語

初步分析，在不考慮未來限電的情況下，在該風(fēng)電場(chǎng)內(nèi)補(bǔ)充建設(shè)1萬kW光伏電站是可行的。