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专家报告:黄上水电公司庞秀岚《水光互补技术研究与应用》
2017/1/13 11:04:03    新闻来源:中国水力发电工程学会
 

庞秀岚:

各位领导、各位专家、各位同仁,我和大家分享的内容是《水光互补技术研究与应用》。

    研究的背景:截止2015年世界一次能源消费总量是188亿吨标煤,化石能源占到83.9%,中国消费是43亿吨标煤,化石能源占到88.3%。截止2013年底,全球化石能源以探明的储存可开采年限煤炭是113年,石油是53年,天然气是55年。能源发展过度依赖于化石能源,使得能源安全、环境污染、气候变化日益突出,世界各国积极制定新的能源发展战略,能源多元化、清洁发展的需求迫切。

    2015年法国巴黎气候大会,中国承诺2020年非化石能源占一次能源比重15%203020%,近几年来,水电开发受资源的限制、环境和征地移民的影响,逐渐地在放缓,所以大力开发太阳能、风能为代表的新能源势在必行。全球清洁能源的容量大约每年15万万亿千瓦时,开发出千分之一,就能够满足全球人类发展对能源的需求。

    水电的优势:青海省是三江源发源地,水能蕴藏两是2187万千瓦,青海水电资源极为丰富,规划27座,已建成12座,在黄河上游总容量1079.32万千瓦。建成的16座电站里面,龙羊峡电站是调节库容247亿立方,还有单机70万的拉西瓦水电站。

    青海省有两大资源优势,一个是光伏资源优势,一个是地缘优势。光伏资源仅次于西藏,另外青海省地广人稀,地势平坦,未利用的荒漠化面积达到20万平方公里。按现有的光伏发电地区,每年可产生电量9万亿千瓦时,相当于2014年咱们国家总电量的1.6倍。黄河公司建有30座光伏电站,大到85万,小的到1万。

    光伏发电的特点受季节、环境、气候的影响,它们的发电局限具有随机性和波动性,这是晴天、这边是多云和小雨天气,在特别是恶劣天气下,它的变化曲线变幅比较大,这种先天性的缺陷,从技术层面假如不解决,对电网是带来一定的影响,必然限制新能源的发展。水电是操作灵活、水库调节容量大,承担着调峰调频的任务。

    基于以上的优势和特点,我们提出了水光互补研究及应用。这边是850兆瓦的电站,发电量14.3亿千瓦时(ppt)。龙羊峡水电站是80年代建成的,装有432万机组,出现5回,还留有一个330的备用间隔,高伏电站通过330光伏线路,作为龙羊峡的一台虚拟为龙羊峡的5号机组。这一台机组的性能是不可调的,而且出力随机在变化,将这个机组协调运行,将其调节为平滑稳定的输入电网。随着光伏电出力的上升,相应的出力减小,光伏电站加大,相应的出力调小,将其调节为平滑稳定的电源送入电网。蓝色的是光伏发电曲线,绿色是水电曲线,紫色是调度下发的区县,下面还有黄色的是水光互补协调以后的曲线,调节以后非常稳定、平滑地送入电网。

    光伏电站占地面积非常大,850兆瓦,刚才介绍24平方公里,它的设备储量非常地庞大。有将近340万块的组件,1700台的逆变器,850台的箱变,还有13600台的汇流箱,汇流支路达到了20万条支路。这么庞大的设备传输,如何解决能保证光伏电站每一块组件能高效地发电,这是光伏电站必须要研究解决的问题。我们依托于这个项目,研究了光伏电站设备选型、大量设备故障判别、海量数据的传输和水电规划总院研究的,和清华武汉大学研究的过电压仿真计算,光伏单元回流丰富、光伏单元接地系统的研究。光伏电站电压、电流是波动的,不像传统的电源是稳定的。这种大幅变动的电压电流的回路里边,如何保护回路,如何监测绝缘等情况,这设备是在整个全球行业里边是空白的。我们依据这个项目和各厂家进行了研究。因为研究了光伏发电特性、水电发电特性,水量运行平衡,水电站调节设备适应性的研究,对电网的影响的研究、控制策略的协调运行的研究。

    这是三条当时在做典型天气下的三条典型试验曲线,晴天、晴转多云和多云天气下,下面是光伏、中间是协调,下面是调动下发右行的曲线,协调得比较平滑。这一条是实际运行的曲线截图,下面蓝色是光伏、绿色是水电,上面是调动下发和协调控制运行以后的曲线,相当地平滑和平稳。

    有一些成果和大家分享一下,龙羊峡水电站是80年代建成的,常规的水电水容机能否满足光伏电站多变的性能?依据这个项目和厂家一起进行了理论上的分析和研究试验,提出了一些调节性的指标。龙羊峡是黄河上游的龙头电站,它对下游的梯级发电和下游综合水的利用影响是比较大的。通过水量研究的研究,对中型电站、10兆瓦的电站,大型电站需要7.2万方。

    另外是控制策略的提出,提出建立广电出力运行模型和协调运行数学模型,提出了控制原则和策略,和水科院一起开发了光伏发电模拟曲线,调节考核软件、水光组合发展曲线生成软件、编制了实验程序和实验方案,获得了一些数据。

    对电网的研究,旋转备用容量方面,研究通过测试和分析,备用容量节约了系统备用容量是光伏装机规模的70%,是在晴天、阴天、雨天下提升了18%9%5%,龙羊峡水电站投产以后送出线路从来没有达到过设计值,850兆瓦电网以后,送出线路的利用小时数提升了22.4%,通过水电互补提供了均衡优质稳定的电源。这个项目通过水科总院验收,成果大家一流水平,投入开发建设。

    第三部分是生态建设,光伏带动生态建设,因为光伏电站占地面积非常地大,如何高效地利用好土地,进行了两方面的研究。第一方面研究是对自然生态和自然植被恢复的研究。第二个是种植高效经济农作物的研究,光伏电站建成以后,测试风速降低了50%,蒸发量降低24%,光伏电站整个从设计规划施工阶段,不破坏高原植被为原则。电站建成以后,这边是原始地貌,现在是组件之间的自然植被恢复成长的情况,草现在长得比较好,太高是影响组件发电,所以羊放进去进行养殖,种植格尔木的黑小麦,再种植燕麦、血菊等,现在血菊长得非常好。

    下一步依据水光互补技术,全国能源局推动互补优化项目,下面在青海、海南、海西两个地方开展风水光互补的研究,还有光伏风电、光热互补的研究,根据半荒漠化和荒漠化恢复植被的研究,依托两个园区需求地面大型光伏电站研究,协同循环发展经济的新模式的研究。

    谢谢!

(稿件根据录音整理,尚未经本人审阅)

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