國家開發(fā)銀行資深能源專家 孫家康

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

龍羊峽水光互補(bǔ)項(xiàng)目的建成與成功運(yùn)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(bǔ)

發(fā)電項(xiàng)目的基本情況

1.龍羊峽水光互補(bǔ)項(xiàng)目是國家水光互補(bǔ)示范工程項(xiàng)目，該項(xiàng)目的建設(shè)法人為中電投集團(tuán)下屬黃河電力公司，項(xiàng)目建設(shè)地點(diǎn)位于青海省共和縣與貴南縣交界處。

該項(xiàng)目主要由三部分構(gòu)成，其建設(shè)內(nèi)容及規(guī)模如下：

⑴太陽能光伏電站：建設(shè)裝機(jī)總?cè)萘繛?5萬千瓦的光伏發(fā)電站，全部建成后年平均發(fā)電量為13.03億千瓦時(shí)，其中：一期工程建設(shè)裝機(jī)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(shè)裝機(jī)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(shè)電壓等級(jí)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(guān)站。

⑶已建成的黃河上游龍頭水庫電站-龍羊峽水電站（4臺(tái)單機(jī)容量32萬千瓦，總裝機(jī)容量128萬千瓦），由業(yè)主中電投集團(tuán)對(duì)其進(jìn)行技術(shù)升級(jí)改造，加裝自行創(chuàng)新研制的水光互補(bǔ)協(xié)調(diào)運(yùn)行的AGC（Automatic Generation Control，自動(dòng)發(fā)電控制）和AVC（Automatic Voltage Control，自動(dòng)電壓控制）控制技術(shù)軟件與裝置。龍羊峽水電站與光伏電站協(xié)調(diào)互補(bǔ)運(yùn)行，對(duì)光伏電站出力進(jìn)行快速補(bǔ)償，水光互補(bǔ)后的送出電能質(zhì)量（電壓、頻率等）滿足電網(wǎng)對(duì)并網(wǎng)電能技術(shù)指標(biāo)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(zhì)量和電網(wǎng)運(yùn)行的穩(wěn)定性，為電網(wǎng)提供優(yōu)質(zhì)電能。

項(xiàng)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(xiàng)目實(shí)際運(yùn)行情況與效果

龍羊峽水光互補(bǔ)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(shí)現(xiàn)累計(jì)發(fā)電量5.5億千瓦時(shí)，成為世界上最大的水光互補(bǔ)單體并網(wǎng)發(fā)電光伏電站。實(shí)現(xiàn)水光互補(bǔ)并網(wǎng)運(yùn)行，相當(dāng)于節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)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(dāng)于龍羊峽水電站4臺(tái)機(jī)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(bǔ)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(shí)可由原來設(shè)計(jì)的4621小時(shí)提高到5019小時(shí)，提高了線路送出效率和經(jīng)濟(jì)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(jì)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(zhì)量和電網(wǎng)外送效率；二期工程53萬千瓦正在建設(shè)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(bǔ)項(xiàng)目的主要特點(diǎn)與優(yōu)勢

水光互補(bǔ)項(xiàng)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(shù)軟件裝置對(duì)其進(jìn)行快速補(bǔ)償調(diào)節(jié)。

1.水光互補(bǔ)AGC控制，提高了光伏發(fā)電電能的質(zhì)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(jī)組以單機(jī)或多機(jī)成組方式調(diào)節(jié)，補(bǔ)償光伏出力與調(diào)度發(fā)電計(jì)劃之間的出力，能夠保證全廠總出力與調(diào)度發(fā)電計(jì)劃相吻合，滿足調(diào)度對(duì)幅值響應(yīng)誤差不超過3%的波動(dòng)要求。

2.水光互補(bǔ)AVC控制，確保電壓偏差滿足要求。水光互補(bǔ)協(xié)調(diào)控制運(yùn)行根據(jù)設(shè)定的母線電壓進(jìn)行調(diào)整，當(dāng)電壓偏差超出設(shè)定范圍時(shí)，水電機(jī)組勵(lì)磁系統(tǒng)及時(shí)調(diào)整機(jī)組無功，將母線電壓控制在設(shè)定范圍內(nèi)。

3.水光互補(bǔ)運(yùn)行，不影響流域水量平衡。通過光伏電站功率預(yù)測與水電站的典型負(fù)荷曲線綜合后的日負(fù)荷曲線模式運(yùn)行狀態(tài)下，在光伏預(yù)測有偏差和受天氣影響負(fù)荷波動(dòng)時(shí)，水電站水電機(jī)組可以通過水光互補(bǔ)，嚴(yán)格按照計(jì)劃曲線調(diào)節(jié)后滿足電網(wǎng)對(duì)電站的負(fù)荷調(diào)管要求。同時(shí)，當(dāng)日水電機(jī)組發(fā)電量對(duì)應(yīng)的龍羊峽水庫下泄流量偏差可以通過隔日的發(fā)電計(jì)劃進(jìn)行一定的修正，由于下泄流量的偏差較小，對(duì)拉西瓦水庫運(yùn)行所產(chǎn)生的影響在容許范圍內(nèi)，對(duì)整個(gè)流域水量平衡和梯級(jí)電站的運(yùn)行不產(chǎn)生影響。

綜上所述，通過水電站AGC、AVC軟件對(duì)光伏發(fā)電的快速補(bǔ)償調(diào)節(jié)，充分利用了水電站庫容大、調(diào)節(jié)能力強(qiáng)、水電機(jī)組啟動(dòng)迅速、調(diào)節(jié)靈活、負(fù)荷響應(yīng)快的優(yōu)勢，對(duì)光伏電站發(fā)電出力的變化進(jìn)行快速補(bǔ)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(dá)到平滑穩(wěn)定的要求，其負(fù)荷曲線滿足電網(wǎng)對(duì)有功功率、無功功率、電壓波動(dòng)范圍的要求，與常規(guī)的電源并網(wǎng)效果一樣，達(dá)到了并網(wǎng)后電能質(zhì)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(fù)荷曲線為水電廠負(fù)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(bǔ)后與全廠負(fù)荷曲線基本吻合，說明互補(bǔ)性能良好，電能質(zhì)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(duì)光伏發(fā)電等新能源電量實(shí)行全額收購的承諾，往往對(duì)光伏發(fā)電站給定的日負(fù)荷曲線與光伏電站實(shí)際發(fā)電的日負(fù)荷曲線不同，實(shí)際上本身就是使光伏發(fā)電企業(yè)“被”限電棄光。因?yàn)楣夥l(fā)電的典型日負(fù)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(fù)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(jì)損失，同時(shí)也浪費(fèi)了本應(yīng)合理利用的清潔能源資源。

本項(xiàng)目通過近一年的運(yùn)行，發(fā)電情況良好，不僅保證了所發(fā)電能質(zhì)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(zhì)電能對(duì)電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行帶來的影響（或風(fēng)險(xiǎn)）。眾所周知，太陽能光伏發(fā)電因隨機(jī)性、間歇性造成電能質(zhì)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(shí)出現(xiàn)等使太陽能所發(fā)電量隨機(jī)、間歇不穩(wěn)定。同時(shí)，氣候、季節(jié)變化等因素，也會(huì)有一定影響，給電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行帶來了一定的風(fēng)險(xiǎn)，從而迫使電網(wǎng)因大量吸納光伏電能不得不增加旋轉(zhuǎn)備用容量，造成了電網(wǎng)運(yùn)行成本的上升。而建設(shè)水光互補(bǔ)項(xiàng)目可為電網(wǎng)減少該不利影響及損失，并降低了運(yùn)行成本。

水光互補(bǔ)項(xiàng)目開發(fā)建設(shè)的意義

1.加快水光互補(bǔ)項(xiàng)目建設(shè)有利于促進(jìn)太陽能光伏發(fā)電項(xiàng)目的開發(fā)，落實(shí)我國大力發(fā)展清潔能源的戰(zhàn)略部署，落實(shí)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(fèi)比重占能源總消費(fèi)的15%、2030年達(dá)到20%，落實(shí)習(xí)近平主席2014年11月在北京APEC會(huì)上承諾的2030年我國碳排放達(dá)到峰值的要求。

以龍羊峽水光互補(bǔ)項(xiàng)目為例，項(xiàng)目全部建成后，年均發(fā)電量可達(dá)到13.03億千瓦時(shí)，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(biāo)準(zhǔn)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(duì)節(jié)能減排及生態(tài)環(huán)境保護(hù)發(fā)揮重要作用。

2.我國西北部地區(qū)風(fēng)、光、水資源十分豐富，加快開發(fā)清潔能源有著得天獨(dú)厚的自然資源優(yōu)勢，是我國新能源開發(fā)、能源結(jié)構(gòu)調(diào)整的重點(diǎn)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(xiàn)。

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(jī)27座，總裝機(jī)容量為2085.95萬千瓦，多年平均發(fā)電量為715億千瓦時(shí)；目前已建成12座，裝機(jī)容量1058.6萬千瓦，多年平均發(fā)電量為369.6億千瓦時(shí)；正在興建的4座，裝機(jī)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(shí)/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(yuǎn)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(bǔ)項(xiàng)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(xiàng)目中水電裝機(jī)容量與發(fā)電量均較多（見表1和表2），對(duì)建設(shè)水光風(fēng)互補(bǔ)項(xiàng)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(gè)水電站裝機(jī)容量就達(dá)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(gè)水電站裝機(jī)容量共63.4萬千瓦，發(fā)電量為43.7億千瓦時(shí)，等等。

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

國家應(yīng)加強(qiáng)對(duì)水光互補(bǔ)項(xiàng)目的支持

鑒于水光互補(bǔ)項(xiàng)目成功運(yùn)行的經(jīng)驗(yàn)示范，既改善了光伏電站發(fā)電的電能質(zhì)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(shí)現(xiàn)了多贏，對(duì)節(jié)能減排、生態(tài)環(huán)境保護(hù)、調(diào)整能源結(jié)構(gòu)作出了重要貢獻(xiàn)；更鑒于西北地區(qū)水、風(fēng)、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(shí)又可使西北部地區(qū)的資源優(yōu)勢轉(zhuǎn)變?yōu)榻?jīng)濟(jì)效益優(yōu)勢，解決地區(qū)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展與民生就業(yè)的問題，對(duì)落實(shí)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(duì)中電投實(shí)施水光互補(bǔ)的光伏電站建設(shè)規(guī)模予以單列，不受各省指標(biāo)限制；支持中電投集團(tuán)繼續(xù)深化研究水光互補(bǔ)軟件開發(fā)、裝置的技改升級(jí)，進(jìn)一步提高水光互補(bǔ)后的電能質(zhì)量與能效，使綠色能源與電網(wǎng)的關(guān)系更為友好。

2.對(duì)黃河上游已建成及正在建設(shè)的水電站抓緊調(diào)研與統(tǒng)一規(guī)劃，對(duì)具備建設(shè)水光互補(bǔ)電站的項(xiàng)目，核實(shí)可利用的水電裝機(jī)容量及相應(yīng)可建設(shè)的太陽能光伏電站的容量、配套的輸電線路規(guī)模等，及時(shí)啟動(dòng)項(xiàng)目開發(fā)建設(shè)。

3.也可按省（區(qū)）落實(shí)建設(shè)綠色能源綜合基地，綜合利用各省區(qū)的水、風(fēng)、光資源，實(shí)現(xiàn)水、風(fēng)、光（或水風(fēng)、水光、風(fēng)光等）優(yōu)勢互補(bǔ)，使效率與效益最大化。如建設(shè)青海省綠色能源基地（主要以水光互補(bǔ)為主），甘肅省綠色能源基地（以水風(fēng)光互補(bǔ)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(zé)成并支持有關(guān)企業(yè)加快風(fēng)光、水風(fēng)、水風(fēng)光等項(xiàng)目（含抽水蓄能電站）互補(bǔ)項(xiàng)目技術(shù)軟件裝置研發(fā)，探討與落實(shí)風(fēng)光、水風(fēng)、水風(fēng)光等項(xiàng)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(fēng)能資源也十分豐富，2014年我國風(fēng)電裝機(jī)容量已達(dá)9581萬千瓦，發(fā)電量達(dá)1563億千瓦時(shí)，分別為太陽能發(fā)電裝機(jī)容量和發(fā)電量的3.61和6.76倍。如項(xiàng)目可行，不僅可為國家節(jié)約大量的化石能源資源，同時(shí)可為環(huán)境保護(hù)、調(diào)整能源結(jié)構(gòu)作出重要的貢獻(xiàn)。同時(shí)可緩解目前風(fēng)電的間歇性與隨機(jī)性對(duì)電網(wǎng)帶來的風(fēng)險(xiǎn)，減少限電棄風(fēng)，提高電能質(zhì)量。

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

6.金融部門應(yīng)加大對(duì)上述有關(guān)項(xiàng)目的規(guī)劃與開發(fā)的融資支持力度