构建水电?风电互补系统

　　目，获自治区科技进步奖等奖项；发多箱学术论文。

　　实际上，带有调节水库的水力发电站可以起到同样作用，与风力发电实现互补，对电网可靠供电。年多来，笔者所参与的水电风电互补系统观测研究课组以下简称课组通过在新疆阿勒泰地区布尔津县进行的现场观测试验和理论分析得出结论由于阿勒泰地区此在该地区突破传统限制，在风电装机大大超出电网容量10的条件下建设水电风电互补系统，在技术上和经济上都是可行的。这将是对现有禁区的重要突破，有可能为阿勒泰及有类似条件地区的电源建设找到条多快好省的途径。

　　阿勒泰地区具有丰富的水能与风能资源，两者具有很强的互补性。

　　阿勒泰地区是新蜃水力资源丰富地区之。全地区6条大河水能理论蕴藏量为4520双，近期可开发10310呢，目前已建成大小电站十余座，总装机5.29，4撕，占近期可开发容量的5.1.

　　受气候条件影响，水力资源的季节性十分明显，冬夏季流置相差极大。由资料知布尔津河冬春水小，夏秋水大，流童相差可达21倍。

　　阿勒泰地区西部额尔齐斯河谷是新疆九大风区之，面积约12000.每年风能理论蕴藏量为7，104，估箅可装风机750父10年发电置210，10约相当目前全地区总发电量行年多，累计发电385，10取4，年利用小时数达2943实际验证了该地区风资源的可靠性。根据资料可知，该地区有明显的冬春季风大夏秋季风小的季节变化。

　　从总体上看，每年10月到来年4月的枯期，风能可提供可观互补系统，并有足够水库容量为储能水段，就可以实现稳定可靠的电力供应。

　　试验证明，在风电装机等于电力系统容量52.5的情况下，系统运行静态及动态仍是稳定的。

　　扩大风电在电网中装机容量的障碍之，是考虑风机出力随机性即瞬时变化幅值较大，可能会对电网运行稳定性产生不利影响。

　　为探讨解决这课，国家科委水利部下达了专铨项目，设立课组进行试验观测研究。课铨组选择新疆布尔津县为观测点，在该县力系统上进行试验，观测记录到了1台20，水电机组和7台150kW风电机组并联运行时的有关数据及曲线。从大量试验曲线及数据分析中可以得到以下结论由于风速在地域场及时序上分布的不均匀性，风机群的出力变化幅度小于单台风机，据实测数据，在相同时段5内，单风机出力变化达额定出力的92.8，而机群7台总出力变化仅为24.2，这就大大减轻了电网负荷调节负担。由此可推论电网中风机台数越多，则风机总出力变化幅度将会越小。

　　0501占原电网装机容量试验时为20，评高达52.5的情况下，电网能够稳定运行。试验中对此进行了多次观测，并录制了65和2的不同曲线，结果类同。

　　在电网正常负荷下，由于风速变化，影响风机出力变化，导致系统频率升降，水机调速系统迅即做出反应，使水机功率相应减增，保持系统频率在允许值之内在该小系统中频率变化为50±2出，小于正常运行，制值。试验期间，系统运行稳定，没有影响正常供电，频率波动最大值52.1出，最小值49.1出，没有超过该系统正常运行控制数值。

　　上述风电容量为电网容量52.5的系统，在强扰动条件下，仍然是稳定的。课组对上述系统进行了突加负荷250双突减负荷25取突停3台风机，以及在随机状况下7台风机逐台启动并网的多种强扰动试验，其运行始终稳定。仅频率变化幅度加大，但仍在4953压的允许范围之内。这说明只要调速系统性能良好，风电水电互补系统无论静态或者动态，都可以实现稳定运行。

　　上述试验结果，证实了在风电容量超过电网容量50的情况下，水电风电互补系统仍具有静态及动态稳定性。究竟风电装机从稳定性角度出发，其极限比例是多少，需要进行理论分析。课铨组已从建立风力发电机组数学模型人手，进行风电电力系统并联运行的数学模型推导和稳定性分析，以求得出相应结论。但这已经超出本文内容范围，将另有专文论述。

　　利用阿勒泰地区已建成及在建中的水电站和调节水库所组成的水电风电互补系统，可以圆满解决调峰及冬季稳定供电问铨。

　　制约风电装机容量扩大的另个重要因素是储能与调峰问铨。

　　对此，阿勒泰地区有着得天独厚的条件。该地区已建成的托洪台哈巴河山口电站以及正在建设中的乌伦古电站都具有定库容的调节水库，这是极好的储能手段。只要有适当数童的风机与上述水电站构成互补系统，就可以圆满解决全年均衡可靠供电及系统负荷调节问铨。该地区目前已投或将投运的水电装机为9.09104撕其中带调节水库的有6.3710，火电装机为1.8，10双。在夏秋季，河流水量充沛，各水电站几乎都可满发，不存在缺电问。到了冬春季，流，锐减，系统严重缺电，仅靠火电补充。因此，只要解决了冬春季用电，就解决了全年均衡供电问铨，这正是冬春季丰富的风资补系统为例进行分析首先，我们把水库的可调节库容倨妒以及水力供给电网的功率风力供给电网的功率，以及电网用电负荷功率都换算为功率及能量的关系联系起来，建立数学相关式。水库中所存水量，可等值视为储存能量，即电董14，对于已建成的电站，水头平均值已定，机组已选定，因此是个定值。对托洪台电站而言，3台机合计满发65，识时流量为33.768，通过简单推算，可得出1让评士电童需耗水或说等值于18.7水量。

　　水力供给电网的功率，取定于人库流量，是时间的函数，可用河流旬平均流量曲线代假设冬春季全都来水都入库，定义为风力供给电网的功率，决定于投人运行的风机容量及平均风速，当投运风机台数不变时，也是时间的函数，可以用当地逐日平均风速曲线及风机功率曲线换算后求得，定义为尽=20.严格说来，每年的日平均风速分布曲线是不同的，但根据实践经验，年度累积值差别并不大，故分析时可用已有年份资料代。布尔津因为已有建成风电场的运行数据，故可直接用1997年月1998年4月用电功率以，它也是时间的变量。但在分析整个冬春季电量平衡问时可忽略其日负荷曲线的变化，视其为恒定不变，即应保证供电负荷化评。如有可靠依据，也可以绘制其逐月或逐旬变化曲线。为如果4取在1至12时段内水库储能库容水量变化量，按上述的各项定义，必然有对任电站力⑴⑴⑴条曲线淡据汜知时，借助于计算机中时序函数的概念和操作，可计算出任意时段中的4妒值。如疋为正，则在该时段内储水增加，如4取为负，则月到次年4月底这时段内的值，并且应假设在此之前，水库为储满水状态，8讲=取。水库全部可调节库容。计算结果如，则能满足在整个冬春季供给3，所代的负荷曲线。如相反，则只能减少供电负荷量或增加风电装机。

　　课组根据上述方法对布尔津风水互补系统进行了实际计算，得出以下结论计算过程略7941041可调节库容得到充分利用，即每年月初储满水库，冬季来水全部入库，到来年4月上中旬，春汛到来之前，水库始终保证水位在死库容之上的前提下050旧，水电装机为65001的条件下，整个冬季能保证平均供电负荷6如将风电装机增加到3 15则冬春季可保证供电负荷将为71识。但这时，在供电负荷超过布尔津现水电装机6 50贾，又正值停风的情况下，需短时间从电网外购进所差电力，或者限制负荷。整个冬季此种状况不会出现很多。

　　如将风电装机增加到6 300kW，托洪台电站按计划扩建l台5000评机组，水电装机达到5，地，则水电风电系统可保证冬春季供电负荷为91对不同风电装机与水电装机情况下的保证负荷量，按以上方法都可以进行计算，得出相应结果。

　　以上仅为布尔津个县的情况。当其他几个电站投产后，阿勒泰地区水电总装机可达到9.0910评，具有的调节水库库容等值储能电量将达到1947，10评4，这是巨大的调节手段。计算明，当该地区风电装机达到2，10，并且实行水能风能统调度时，整个冬季的保证稳定出力可达3.410评未计人火电，下同，如风电装机达到5，10，则冬春季保证出力可达5.8，10取。夏秋季则仅依靠水电便可满足系统用电需要。风水互补电力系统的调峰问，也可由水电站解决。由此可，在阿勒泰地区构建水电风电互补系统，技术上不仅是可能的，而且是合理的。不仅能解决本地区用电问，而且在人类利用可再生能源的历史上是个新的突破，并且节约煤炭资源，保护生态环境，符合国家产业政策，从各方面看都将是功在当代利在千秋的宏伟事业。

　　在阿勒泰地区建设风电场与建设燃煤电厂的经济技术比较。

　　在阿勒泰地区解决冬季供电，除了前面所介绍的风水互补系统外，只能采取新建或扩建现有火电厂的方法。当地煤炭资源缺乏，已建成的北屯火电厂燃煤运距达156，建设及运行费用均较。

　　据了解火电厂千瓦投资般不会低于6 000元。因燃煤运距较远，运行成本偏，而且夏秋季有大量廉价水电供应，所以年设备利用小时数不会太，将在400以下。建设贷款还本付息压力也很大。以上情况决定了火电综合成本不会低。而且小火电本身又是国家产业政策限制发展的项目。如果按水电风电互补的思路建设风电场水电站已基本建成或由国家投资另行组织建设，与风电火电均无关，是可利用外国政府贷款的优惠条件，购买外国风机安装，虽然造价较高约1玩评，但其还款期较长1020年，利率较低，可降低利息负担及建设成本；是可利用已研制成功的国产化风机，使建设成本降低到7000元，接近火电。而且投产后无经常性消耗，运行成本低。就投资时间安排及强度而言，建设火电厂必须将所需投资在建设期内全部到位。而风电建设可根据负荷增长情况逐年投入，每年5台10台或20台均可，减轻投资压力和利息负担，循序渐进，这是火电所无法做到的。下给出了风电与火电项目的主要情况对比火电风电单位千瓦投资7000元国产化运行费用高低年设备利用小时数接近3000对环境影响污染严重无污染消耗资源按21.210评年燃煤6，10不消耗建设周期较长短运行人员多少大集中灵活可分期从上可，除了在单位千瓦投资及年设备利用小时数上火电略占优势外，其他指标均为风电占优势。这说明建设风水互补系统是可行的，既有良好的社会效益，也有相对较好的直接经济效益。

　　解决风电项目建设资金的途径。

　　风电建设所需资金从何而来，这是项目实施的关键，也是政府主管部门的最大难铨。其实只要充分发挥风电项目的优势，解放思想，突破旧投资观念的束缚，这问铨也不难解决。没有资金，可以用较好的软环境及优惠政策吸引投资。

　　首先，要根据负荷增长的预测，确定个风电装机逐年增长的计划，按计划每年投产批风机，这样既减少利息负担，减轻投资压力，又可使投产风机很快获得收益。扩建速度还可以根据实际负荷变化随时调整。这点是风电独有的优势，无论水电还是火电都难以做到。

　　其次，要靠政策吸纳投资资金。其中最主要的是按国务院新电新价的政策确定风电合理电价，让投资者能得到略于其他行业投资的回报率。当然，也要考虑当地经济发展的承受能力，把握好适当行，以取信于投资者，不断吸收更多的资金来源。应该看到，阿勒泰地处高寒区域，水电只能保证半年供电，另外半年必须依靠火电或者风电。另方面，全部用火电或风电供电既不可能，也不合理。因此就决定了发电设备年利用小时偏少，导致电价偏的实际情况，这是客观规律，应该在政策上予以认可。

　　根据本文观点，针对阿勒泰地区情况，现提出以下具体建议确定合理的电力工业发展方针及步骒近12年内，阿勒泰地区水电装机将达到910双，现火电装机1.5父10双，风电装机仅1050.因此，合理的方针是充分发挥现有水电站及其调节水库自然增长及特殊项目增长的需求，稳步发展风电，如每年投产300050001取，以水电风电互补系统满足冬春季基本负荷的可靠供电。保留现有火电装机，冬春季带部分基荷，同时作为系统的检修及应急备用容量。

　　确定经济合理的电力调度方针，实施地区电网统调度由地区有关部门统筹考虑，确定调度方针及原则，实现水风火电的统调度。冬季水电应尽量多蓄少发，尽可能保持水库高水位。各级电网均应允许合格风电上网，并使风电尽量多发，除非水库需要发电和弃水，风电冬季般不应停发。

　　确定合理的电价体系，对投产风电实施新电新价，有两个可选方案个是按4项成本确定风电电价，出目前平均上网电价部分，逐年平摊到全电网售电电价，以支持对风电的投资。以经济手段鼓励丰水期多用少发，枯水期少用多发，同时也支持了风力发电的发展。

　　为降低投资成本从而降低风电电价，吸引外来资金，建议除前述上网及电价政策外，还应出台些优惠政策，如税收上，对投资者所得税实行减免，增值税按小规模纳税人征收；土地使用按征用方综上所述，利用阿勒泰地区丰富的风能与水力资源以及调节水库容量，发展水电风电互补系统解决该地全年均衡供电问铨，在技术上是可行的，经济上是合理的，又可节约资源，减少污染，保护生态环境，是能源综合应用领域的个突破，具有十分良好的社会效益与经济效益。并可以在具有类似条件的地区推广。

　　于午铭。新疆风能开发的现状与前景。风力发电，19914，8