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專家報告:黃上水電公司龐秀嵐《水光互補技術研究與應用》
2017/1/13 11:04:03    新聞來源:中國水力發電工程學會
 

龐秀嵐:

各位領導、各位專家、各位同仁,我和大家分享的內容是《水光互補技術研究與應用》。

    研究的背景:截止2015年世界一次能源消費總量是188億噸標煤,化石能源占到83.9%,中國消費是43億噸標煤,化石能源占到88.3%。截止2013年底,全球化石能源以探明的儲存可開采年限煤炭是113年,石油是53年,天然氣是55年。能源發展過度依賴于化石能源,使得能源安全、環境污染、氣候變化日益突出,世界各國積極制定新的能源發展戰略,能源多元化、清潔發展的需求迫切。

    2015年法國巴黎氣候大會,中國承諾2020年非化石能源占一次能源比重15%203020%,近幾年來,水電開發受資源的限制、環境和征地移民的影響,逐漸地在放緩,所以大力開發太陽能、風能為代表的新能源勢在必行。全球清潔能源的容量大約每年15萬萬億千瓦時,開發出千分之一,就能夠滿足全球人類發展對能源的需求。

    水電的優勢:青海省是三江源發源地,水能蘊藏兩是2187萬千瓦,青海水電資源極為豐富,規劃27座,已建成12座,在黃河上游總容量1079.32萬千瓦。建成的16座電站里面,龍羊峽電站是調節庫容247億立方,還有單機70萬的拉西瓦水電站。

    青海省有兩大資源優勢,一個是光伏資源優勢,一個是地緣優勢。光伏資源僅次于西藏,另外青海省地廣人稀,地勢平坦,未利用的荒漠化面積達到20萬平方公里。按現有的光伏發電地區,每年可產生電量9萬億千瓦時,相當于2014年咱們國家總電量的1.6倍。黃河公司建有30座光伏電站,大到85萬,小的到1萬。

    光伏發電的特點受季節、環境、氣候的影響,它們的發電局限具有隨機性和波動性,這是晴天、這邊是多云和小雨天氣,在特別是惡劣天氣下,它的變化曲線變幅比較大,這種先天性的缺陷,從技術層面假如不解決,對電網是帶來一定的影響,必然限制新能源的發展。水電是操作靈活、水庫調節容量大,承擔著調峰調頻的任務。

    基于以上的優勢和特點,我們提出了水光互補研究及應用。這邊是850兆瓦的電站,發電量14.3億千瓦時(ppt)。龍羊峽水電站是80年代建成的,裝有432萬機組,出現5回,還留有一個330的備用間隔,高伏電站通過330光伏線路,作為龍羊峽的一臺虛擬為龍羊峽的5號機組。這一臺機組的性能是不可調的,而且出力隨機在變化,將這個機組協調運行,將其調節為平滑穩定的輸入電網。隨著光伏電出力的上升,相應的出力減小,光伏電站加大,相應的出力調小,將其調節為平滑穩定的電源送入電網。藍色的是光伏發電曲線,綠色是水電曲線,紫色是調度下發的區縣,下面還有黃色的是水光互補協調以后的曲線,調節以后非常穩定、平滑地送入電網。

    光伏電站占地面積非常大,850兆瓦,剛才介紹24平方公里,它的設備儲量非常地龐大。有將近340萬塊的組件,1700臺的逆變器,850臺的箱變,還有13600臺的匯流箱,匯流支路達到了20萬條支路。這么龐大的設備傳輸,如何解決能保證光伏電站每一塊組件能高效地發電,這是光伏電站必須要研究解決的問題。我們依托于這個項目,研究了光伏電站設備選型、大量設備故障判別、海量數據的傳輸和水電規劃總院研究的,和清華武漢大學研究的過電壓仿真計算,光伏單元回流豐富、光伏單元接地系統的研究。光伏電站電壓、電流是波動的,不像傳統的電源是穩定的。這種大幅變動的電壓電流的回路里邊,如何保護回路,如何監測絕緣等情況,這設備是在整個全球行業里邊是空白的。我們依據這個項目和各廠家進行了研究。因為研究了光伏發電特性、水電發電特性,水量運行平衡,水電站調節設備適應性的研究,對電網的影響的研究、控制策略的協調運行的研究。

    這是三條當時在做典型天氣下的三條典型試驗曲線,晴天、晴轉多云和多云天氣下,下面是光伏、中間是協調,下面是調動下發右行的曲線,協調得比較平滑。這一條是實際運行的曲線截圖,下面藍色是光伏、綠色是水電,上面是調動下發和協調控制運行以后的曲線,相當地平滑和平穩。

    有一些成果和大家分享一下,龍羊峽水電站是80年代建成的,常規的水電水容機能否滿足光伏電站多變的性能?依據這個項目和廠家一起進行了理論上的分析和研究試驗,提出了一些調節性的指標。龍羊峽是黃河上游的龍頭電站,它對下游的梯級發電和下游綜合水的利用影響是比較大的。通過水量研究的研究,對中型電站、10兆瓦的電站,大型電站需要7.2萬方。

    另外是控制策略的提出,提出建立廣電出力運行模型和協調運行數學模型,提出了控制原則和策略,和水科院一起開發了光伏發電模擬曲線,調節考核軟件、水光組合發展曲線生成軟件、編制了實驗程序和實驗方案,獲得了一些數據。

    對電網的研究,旋轉備用容量方面,研究通過測試和分析,備用容量節約了系統備用容量是光伏裝機規模的70%,是在晴天、陰天、雨天下提升了18%9%5%,龍羊峽水電站投產以后送出線路從來沒有達到過設計值,850兆瓦電網以后,送出線路的利用小時數提升了22.4%,通過水電互補提供了均衡優質穩定的電源。這個項目通過水科總院驗收,成果大家一流水平,投入開發建設。

    第三部分是生態建設,光伏帶動生態建設,因為光伏電站占地面積非常地大,如何高效地利用好土地,進行了兩方面的研究。第一方面研究是對自然生態和自然植被恢復的研究。第二個是種植高效經濟農作物的研究,光伏電站建成以后,測試風速降低了50%,蒸發量降低24%,光伏電站整個從設計規劃施工階段,不破壞高原植被為原則。電站建成以后,這邊是原始地貌,現在是組件之間的自然植被恢復成長的情況,草現在長得比較好,太高是影響組件發電,所以羊放進去進行養殖,種植格爾木的黑小麥,再種植燕麥、血菊等,現在血菊長得非常好。

    下一步依據水光互補技術,全國能源局推動互補優化項目,下面在青海、海南、海西兩個地方開展風水光互補的研究,還有光伏風電、光熱互補的研究,根據半荒漠化和荒漠化恢復植被的研究,依托兩個園區需求地面大型光伏電站研究,協同循環發展經濟的新模式的研究。

    謝謝!

(稿件根據錄音整理,尚未經本人審閱)

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