國家開發(fā)銀行資深能源專家 孫家康

當今世界正面臨能源發(fā)展與環(huán)境保護矛盾日益突出的風險。同樣，我國的能源生產(chǎn)與消費所帶來的環(huán)境問題也更為突出。為此調(diào)整能源結構，發(fā)展清潔可再生能源，減少化石能源消費已勢在必行。如何解決風、光等可再生能源的電能質量不高，隨機性、間歇性等對電網(wǎng)安全不利的影響，使風電、光電健康可持續(xù)發(fā)展已日顯重要。

龍羊峽水光互補項目的建成與成功運營的示范為我們提供了一定的啟示與借鑒。

龍羊峽水光互補

發(fā)電項目的基本情況

1.龍羊峽水光互補項目是國家水光互補示范工程項目，該項目的建設法人為中電投集團下屬黃河電力公司，項目建設地點位于青海省共和縣與貴南縣交界處。

該項目主要由三部分構成，其建設內(nèi)容及規(guī)模如下：

⑴太陽能光伏電站：建設裝機總容量為85萬千瓦的光伏發(fā)電站，全部建成后年平均發(fā)電量為13.03億千瓦時，其中：一期工程建設裝機總量為32萬千瓦（已于2013年12月6日建成投產(chǎn)），二期工程建設裝機總量為53萬千瓦（其中32萬千瓦已于2014年12月30日建成投產(chǎn)），將于2015年全部建成投產(chǎn)。

⑵建設電壓等級為330千伏的輸電線路，線路長度為48千米，將85萬千瓦光伏電站所發(fā)電能并入龍羊峽電站開關站。

⑶已建成的黃河上游龍頭水庫電站-龍羊峽水電站（4臺單機容量32萬千瓦，總裝機容量128萬千瓦），由業(yè)主中電投集團對其進行技術升級改造，加裝自行創(chuàng)新研制的水光互補協(xié)調(diào)運行的AGC（Automatic Generation Control，自動發(fā)電控制）和AVC（Automatic Voltage Control，自動電壓控制）控制技術軟件與裝置。龍羊峽水電站與光伏電站協(xié)調(diào)互補運行，對光伏電站出力進行快速補償，水光互補后的送出電能質量（電壓、頻率等）滿足電網(wǎng)對并網(wǎng)電能技術指標的要求，即在電源端解決光伏發(fā)電穩(wěn)定性差的問題，保證電能質量和電網(wǎng)運行的穩(wěn)定性，為電網(wǎng)提供優(yōu)質電能。

項目總投資90.9797億元，一期工程投資38.6685億元，二期工程投資52.3112億元。

2.項目實際運行情況與效果

龍羊峽水光互補電站一期工程32萬千瓦并網(wǎng)光伏電站于2013年12月6日并網(wǎng)發(fā)電，截至2014年11月底，實現(xiàn)累計發(fā)電量5.5億千瓦時，成為世界上最大的水光互補單體并網(wǎng)發(fā)電光伏電站。實現(xiàn)水光互補并網(wǎng)運行，相當于節(jié)約標準煤17.6萬噸，減少二氧化碳排放55萬噸；折合龍羊峽水庫水量17億立方米，相當于龍羊峽水電站4臺機組全年處于滿發(fā)狀態(tài)，節(jié)約了寶貴的水資源，為枯水期穩(wěn)定發(fā)電提供了保證；由于水光互補后的電量仍使用龍羊峽電站已有的送出線路送出，使得龍羊峽水電站送出線路年利用小時可由原來設計的4621小時提高到5019小時，提高了線路送出效率和經(jīng)濟性；既節(jié)省光伏電站送出的投資，也增加了電網(wǎng)的經(jīng)濟效益。

一期工程32萬千瓦示范作用很好，提高了光伏發(fā)電電能質量和電網(wǎng)外送效率；二期工程53萬千瓦正在建設中，下一步還將在黃河上游水電站群及國內(nèi)其他地區(qū)推廣。

水光互補項目的主要特點與優(yōu)勢

水光互補項目光伏電站所發(fā)電能不直接并入電網(wǎng)，而是接入水電站，利用水電站的AGC、AVC技術軟件裝置對其進行快速補償調(diào)節(jié)。

1.水光互補AGC控制，提高了光伏發(fā)電電能的質量。光伏電站在各種典型天氣工況下按自然條件變化發(fā)電，龍羊峽水電站水輪發(fā)電機組以單機或多機成組方式調(diào)節(jié)，補償光伏出力與調(diào)度發(fā)電計劃之間的出力，能夠保證全廠總出力與調(diào)度發(fā)電計劃相吻合，滿足調(diào)度對幅值響應誤差不超過3%的波動要求。

2.水光互補AVC控制，確保電壓偏差滿足要求。水光互補協(xié)調(diào)控制運行根據(jù)設定的母線電壓進行調(diào)整，當電壓偏差超出設定范圍時，水電機組勵磁系統(tǒng)及時調(diào)整機組無功，將母線電壓控制在設定范圍內(nèi)。

3.水光互補運行，不影響流域水量平衡。通過光伏電站功率預測與水電站的典型負荷曲線綜合后的日負荷曲線模式運行狀態(tài)下，在光伏預測有偏差和受天氣影響負荷波動時，水電站水電機組可以通過水光互補，嚴格按照計劃曲線調(diào)節(jié)后滿足電網(wǎng)對電站的負荷調(diào)管要求。同時，當日水電機組發(fā)電量對應的龍羊峽水庫下泄流量偏差可以通過隔日的發(fā)電計劃進行一定的修正，由于下泄流量的偏差較小，對拉西瓦水庫運行所產(chǎn)生的影響在容許范圍內(nèi)，對整個流域水量平衡和梯級電站的運行不產(chǎn)生影響。

綜上所述，通過水電站AGC、AVC軟件對光伏發(fā)電的快速補償調(diào)節(jié)，充分利用了水電站庫容大、調(diào)節(jié)能力強、水電機組啟動迅速、調(diào)節(jié)靈活、負荷響應快的優(yōu)勢，對光伏電站發(fā)電出力的變化進行快速補償與調(diào)節(jié)，使其光伏與水電發(fā)電出力相融合后的電能達到平滑穩(wěn)定的要求，其負荷曲線滿足電網(wǎng)對有功功率、無功功率、電壓波動范圍的要求，與常規(guī)的電源并網(wǎng)效果一樣，達到了并網(wǎng)后電能質量不影響電網(wǎng)穩(wěn)定性的要求，并做到了太陽能光伏電站所發(fā)電能百分之百被利用。

由圖1可見，光伏發(fā)電負荷曲線為水電廠負荷曲線全覆蓋，即光伏發(fā)電百分之百被利用，且水電與光伏互補后與全廠負荷曲線基本吻合，說明互補性能良好，電能質量與輸出功率符合電網(wǎng)要求。

4.避免了直接并網(wǎng)的光伏電站“被”限電棄光。有的地方電力公司因種種原因，不能百分之百履行國家電網(wǎng)公司下發(fā)的文件中對光伏發(fā)電等新能源電量實行全額收購的承諾，往往對光伏發(fā)電站給定的日負荷曲線與光伏電站實際發(fā)電的日負荷曲線不同，實際上本身就是使光伏發(fā)電企業(yè)“被”限電棄光。因為光伏發(fā)電的典型日負荷曲線的基本形狀為圖2所示，而有的地方電力公司給定的日負荷曲線為削去中午前后（一天光伏發(fā)電最好階段）的一定電量（如圖3），這不僅給光伏發(fā)電企業(yè)帶來了一定的經(jīng)濟損失，同時也浪費了本應合理利用的清潔能源資源。

本項目通過近一年的運行，發(fā)電情況良好，不僅保證了所發(fā)電能質量，符合電網(wǎng)要求，而且太陽能電站所發(fā)電量可以全部送出。

5.避免了電網(wǎng)大量吸納非優(yōu)質電能對電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行帶來的影響（或風險）。眾所周知，太陽能光伏發(fā)電因隨機性、間歇性造成電能質量不好，即沒有陽光便不能發(fā)電，形成夜間不發(fā)電，陰雨天基本上不發(fā)電，早晚間發(fā)電量少，天空中云量多少與不定時出現(xiàn)等使太陽能所發(fā)電量隨機、間歇不穩(wěn)定。同時，氣候、季節(jié)變化等因素，也會有一定影響，給電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行帶來了一定的風險，從而迫使電網(wǎng)因大量吸納光伏電能不得不增加旋轉備用容量，造成了電網(wǎng)運行成本的上升。而建設水光互補項目可為電網(wǎng)減少該不利影響及損失，并降低了運行成本。

水光互補項目開發(fā)建設的意義

1.加快水光互補項目建設有利于促進太陽能光伏發(fā)電項目的開發(fā)，落實我國大力發(fā)展清潔能源的戰(zhàn)略部署，落實到2020年我國單位國內(nèi)生產(chǎn)總值二氧化碳排放比2005年下降40%～45%，非化石能源消費比重占能源總消費的15%、2030年達到20%，落實習近平主席2014年11月在北京APEC會上承諾的2030年我國碳排放達到峰值的要求。

以龍羊峽水光互補項目為例，項目全部建成后，年均發(fā)電量可達到13.03億千瓦時，與相同發(fā)電量的燃煤電廠相比，每年可節(jié)約40萬噸以上的標準煤、可減少二氧化碳排放120余萬噸、二氧化硫排放4500余噸、氮氧化物排放4600余噸、煙塵排放約5400噸。將對節(jié)能減排及生態(tài)環(huán)境保護發(fā)揮重要作用。

2.我國西北部地區(qū)風、光、水資源十分豐富，加快開發(fā)清潔能源有著得天獨厚的自然資源優(yōu)勢，是我國新能源開發(fā)、能源結構調(diào)整的重點區(qū)域之一。加快該區(qū)域的清潔能源開發(fā)，可為國家節(jié)約大量的化石能源資源、為改變生態(tài)環(huán)境作出重要貢獻。

以青海省為例，一是黃河干流水電資源豐富。在青海省境內(nèi)的水電站規(guī)劃裝機27座，總裝機容量為2085.95萬千瓦，多年平均發(fā)電量為715億千瓦時；目前已建成12座，裝機容量1058.6萬千瓦，多年平均發(fā)電量為369.6億千瓦時；正在興建的4座，裝機容量為622萬千瓦。二是太陽能資源豐富。全省絕大部分地區(qū)屬于太陽能資源最豐富帶，年總輻照量≥1750千瓦時/平方米，年平均總輻照度為≥200瓦/平方米，在我國太陽能資源帶分類A、B、C、D（或Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ）四類中，除東部邊遠地區(qū)為B類外，均為A類地區(qū)。三是國有荒漠土地資源豐富。具有光伏電站及水光互補項目大規(guī)模開發(fā)利用的優(yōu)越條件。

目前，青海省與甘肅省已投產(chǎn)的電力項目中水電裝機容量與發(fā)電量均較多（見表1和表2），對建設水光風互補項目條件十分有利，有利于地區(qū)的綠色能源加快開發(fā)發(fā)展。

青海省僅4個水電站裝機容量就達870萬千瓦（見表3）；此外，還有眾多的中小水電站，如青海省的小三峽：尼娜、康楊、直崗拉卡三個水電站裝機容量共63.4萬千瓦，發(fā)電量為43.7億千瓦時，等等。

甘肅省的劉家峽、鹽鍋峽、八盤峽三個水電站的裝機容量共188.2萬千瓦，年發(fā)電量為87.8億千瓦時；甘肅小三峽：大峽、小峽、烏金峽三個水電站裝機容量為69.5萬千瓦，年均發(fā)電量為32億千瓦時。上述電站的特點是屬流域梯級開發(fā)，電站相對集中，較有利于開發(fā)建設水光互補項目。此外，新疆的風、光資源豐富，甘肅省的酒泉地區(qū)風電資源開發(fā)情況較好等，均有利于興建水風、水光或風光互補項目，并可建成具有一定規(guī)模的清潔能源基地。

國家應加強對水光互補項目的支持

鑒于水光互補項目成功運行的經(jīng)驗示范，既改善了光伏電站發(fā)電的電能質量，又使光伏發(fā)電企業(yè)、水力發(fā)電企業(yè)、電網(wǎng)企業(yè)實現(xiàn)了多贏，對節(jié)能減排、生態(tài)環(huán)境保護、調(diào)整能源結構作出了重要貢獻；更鑒于西北地區(qū)水、風、光等清潔能源資源非常豐富，加快開發(fā)不僅可為國家節(jié)約大量的化石能源資源，同時又可使西北部地區(qū)的資源優(yōu)勢轉變?yōu)榻?jīng)濟效益優(yōu)勢，解決地區(qū)經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展與民生就業(yè)的問題，對落實我國西部大開發(fā)政策具有重要的戰(zhàn)略意義。因此提出如下建議：

1.國家對中電投實施水光互補的光伏電站建設規(guī)模予以單列，不受各省指標限制；支持中電投集團繼續(xù)深化研究水光互補軟件開發(fā)、裝置的技改升級，進一步提高水光互補后的電能質量與能效，使綠色能源與電網(wǎng)的關系更為友好。

2.對黃河上游已建成及正在建設的水電站抓緊調(diào)研與統(tǒng)一規(guī)劃，對具備建設水光互補電站的項目，核實可利用的水電裝機容量及相應可建設的太陽能光伏電站的容量、配套的輸電線路規(guī)模等，及時啟動項目開發(fā)建設。

3.也可按省（區(qū)）落實建設綠色能源綜合基地，綜合利用各省區(qū)的水、風、光資源，實現(xiàn)水、風、光（或水風、水光、風光等）優(yōu)勢互補，使效率與效益最大化。如建設青海省綠色能源基地（主要以水光互補為主），甘肅省綠色能源基地（以水風光互補為主），生產(chǎn)的綠色電能既可供本地消納，也可外送。

4.國家責成并支持有關企業(yè)加快風光、水風、水風光等項目（含抽水蓄能電站）互補項目技術軟件裝置研發(fā)，探討與落實風光、水風、水風光等項目開發(fā)的可行性。因我國西北地區(qū)除水力資源和太陽能資源豐富之外風能資源也十分豐富，2014年我國風電裝機容量已達9581萬千瓦，發(fā)電量達1563億千瓦時，分別為太陽能發(fā)電裝機容量和發(fā)電量的3.61和6.76倍。如項目可行，不僅可為國家節(jié)約大量的化石能源資源，同時可為環(huán)境保護、調(diào)整能源結構作出重要的貢獻。同時可緩解目前風電的間歇性與隨機性對電網(wǎng)帶來的風險，減少限電棄風，提高電能質量。

5.國家電網(wǎng)規(guī)劃中應建設一批抽水蓄能電站（特別在西北地區(qū)），用以增加電網(wǎng)對吸納風、光等可再生能源的調(diào)節(jié)功能。

6.金融部門應加大對上述有關項目的規(guī)劃與開發(fā)的融資支持力度