关于支持水光互补项目的建议

国家开发银行资深能源专家 孙家康

当今世界正面临能源发展与环境保护矛盾日益突出的风险。同样，我国的能源生产与消费所带来的环境问题也更为突出。为此调整能源结构，发展清洁可再生能源，减少化石能源消费已势在必行。如何解决风、光等可再生能源的电能质量不高，随机性、间歇性等对电网安全不利的影响，使风电、光电健康可持续发展已日显重要。

龙羊峡水光互补项目的建成与成功运营的示范为我们提供了一定的启示与借鉴。

龙羊峡水光互补

发电项目的基本情况

1.龙羊峡水光互补项目是国家水光互补示范工程项目，该项目的建设法人为中电投集团下属黄河电力公司，项目建设地点位于青海省共和县与贵南县交界处。

该项目主要由三部分构成，其建设内容及规模如下：

⑴太阳能光伏电站：建设装机总容量为85万千瓦的光伏发电站，全部建成后年平均发电量为13.03亿千瓦时，其中：一期工程建设装机总量为32万千瓦（已于2013年12月6日建成投产），二期工程建设装机总量为53万千瓦（其中32万千瓦已于2014年12月30日建成投产），将于2015年全部建成投产。

⑵建设电压等级为330千伏的输电线路，线路长度为48千米，将85万千瓦光伏电站所发电能并入龙羊峡电站开关站。

⑶已建成的黄河上游龙头水库电站-龙羊峡水电站（4台单机容量32万千瓦，总装机容量128万千瓦），由业主中电投集团对其进行技术升级改造，加装自行创新研制的水光互补协调运行的AGC（Automatic Generation Control，自动发电控制）和AVC（Automatic Voltage Control，自动电压控制）控制技术软件与装置。龙羊峡水电站与光伏电站协调互补运行，对光伏电站出力进行快速补偿，水光互补后的送出电能质量（电压、频率等）满足电网对并网电能技术指标的要求，即在电源端解决光伏发电稳定性差的问题，保证电能质量和电网运行的稳定性，为电网提供优质电能。

项目总投资90.9797亿元，一期工程投资38.6685亿元，二期工程投资52.3112亿元。

2.项目实际运行情况与效果

龙羊峡水光互补电站一期工程32万千瓦并网光伏电站于2013年12月6日并网发电，截至2014年11月底，实现累计发电量5.5亿千瓦时，成为世界上最大的水光互补单体并网发电光伏电站。实现水光互补并网运行，相当于节约标准煤17.6万吨，减少二氧化碳排放55万吨；折合龙羊峡水库水量17亿立方米，相当于龙羊峡水电站4台机组全年处于满发状态，节约了宝贵的水资源，为枯水期稳定发电提供了保证；由于水光互补后的电量仍使用龙羊峡电站已有的送出线路送出，使得龙羊峡水电站送出线路年利用小时可由原来设计的4621小时提高到5019小时，提高了线路送出效率和经济性；既节省光伏电站送出的投资，也增加了电网的经济效益。

一期工程32万千瓦示范作用很好，提高了光伏发电电能质量和电网外送效率；二期工程53万千瓦正在建设中，下一步还将在黄河上游水电站群及国内其他地区推广。

水光互补项目的主要特点与优势

水光互补项目光伏电站所发电能不直接并入电网，而是接入水电站，利用水电站的AGC、AVC技术软件装置对其进行快速补偿调节。

1.水光互补AGC控制，提高了光伏发电电能的质量。光伏电站在各种典型天气工况下按自然条件变化发电，龙羊峡水电站水轮发电机组以单机或多机成组方式调节，补偿光伏出力与调度发电计划之间的出力，能够保证全厂总出力与调度发电计划相吻合，满足调度对幅值响应误差不超过3%的波动要求。

2.水光互补AVC控制，确保电压偏差满足要求。水光互补协调控制运行根据设定的母线电压进行调整，当电压偏差超出设定范围时，水电机组励磁系统及时调整机组无功，将母线电压控制在设定范围内。

3.水光互补运行，不影响流域水量平衡。通过光伏电站功率预测与水电站的典型负荷曲线综合后的日负荷曲线模式运行状态下，在光伏预测有偏差和受天气影响负荷波动时，水电站水电机组可以通过水光互补，严格按照计划曲线调节后满足电网对电站的负荷调管要求。同时，当日水电机组发电量对应的龙羊峡水库下泄流量偏差可以通过隔日的发电计划进行一定的修正，由于下泄流量的偏差较小，对拉西瓦水库运行所产生的影响在容许范围内，对整个流域水量平衡和梯级电站的运行不产生影响。

综上所述，通过水电站AGC、AVC软件对光伏发电的快速补偿调节，充分利用了水电站库容大、调节能力强、水电机组启动迅速、调节灵活、负荷响应快的优势，对光伏电站发电出力的变化进行快速补偿与调节，使其光伏与水电发电出力相融合后的电能达到平滑稳定的要求，其负荷曲线满足电网对有功功率、无功功率、电压波动范围的要求，与常规的电源并网效果一样，达到了并网后电能质量不影响电网稳定性的要求，并做到了太阳能光伏电站所发电能百分之百被利用。

由图1可见，光伏发电负荷曲线为水电厂负荷曲线全覆盖，即光伏发电百分之百被利用，且水电与光伏互补后与全厂负荷曲线基本吻合，说明互补性能良好，电能质量与输出功率符合电网要求。

4.避免了直接并网的光伏电站“被”限电弃光。有的地方电力公司因种种原因，不能百分之百履行国家电网公司下发的文件中对光伏发电等新能源电量实行全额收购的承诺，往往对光伏发电站给定的日负荷曲线与光伏电站实际发电的日负荷曲线不同，实际上本身就是使光伏发电企业“被”限电弃光。因为光伏发电的典型日负荷曲线的基本形状为图2所示，而有的地方电力公司给定的日负荷曲线为削去中午前后（一天光伏发电最好阶段）的一定电量（如图3），这不仅给光伏发电企业带来了一定的经济损失，同时也浪费了本应合理利用的清洁能源资源。

本项目通过近一年的运行，发电情况良好，不仅保证了所发电能质量，符合电网要求，而且太阳能电站所发电量可以全部送出。

5.避免了电网大量吸纳非优质电能对电网安全稳定运行带来的影响（或风险）。众所周知，太阳能光伏发电因随机性、间歇性造成电能质量不好，即没有阳光便不能发电，形成夜间不发电，阴雨天基本上不发电，早晚间发电量少，天空中云量多少与不定时出现等使太阳能所发电量随机、间歇不稳定。同时，气候、季节变化等因素，也会有一定影响，给电网的安全稳定运行带来了一定的风险，从而迫使电网因大量吸纳光伏电能不得不增加旋转备用容量，造成了电网运行成本的上升。而建设水光互补项目可为电网减少该不利影响及损失，并降低了运行成本。

水光互补项目开发建设的意义

1.加快水光互补项目建设有利于促进太阳能光伏发电项目的开发，落实我国大力发展清洁能源的战略部署，落实到2020年我国单位国内生产总值二氧化碳排放比2005年下降40%～45%，非化石能源消费比重占能源总消费的15%、2030年达到20%，落实习近平主席2014年11月在北京APEC会上承诺的2030年我国碳排放达到峰值的要求。

以龙羊峡水光互补项目为例，项目全部建成后，年均发电量可达到13.03亿千瓦时，与相同发电量的燃煤电厂相比，每年可节约40万吨以上的标准煤、可减少二氧化碳排放120余万吨、二氧化硫排放4500余吨、氮氧化物排放4600余吨、烟尘排放约5400吨。将对节能减排及生态环境保护发挥重要作用。

2.我国西北部地区风、光、水资源十分丰富，加快开发清洁能源有着得天独厚的自然资源优势，是我国新能源开发、能源结构调整的重点区域之一。加快该区域的清洁能源开发，可为国家节约大量的化石能源资源、为改变生态环境作出重要贡献。

以青海省为例，一是黄河干流水电资源丰富。在青海省境内的水电站规划装机27座，总装机容量为2085.95万千瓦，多年平均发电量为715亿千瓦时；目前已建成12座，装机容量1058.6万千瓦，多年平均发电量为369.6亿千瓦时；正在兴建的4座，装机容量为622万千瓦。二是太阳能资源丰富。全省绝大部分地区属于太阳能资源最丰富带，年总辐照量≥1750千瓦时/平方米，年平均总辐照度为≥200瓦/平方米，在我国太阳能资源带分类A、B、C、D（或Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ）四类中，除东部边远地区为B类外，均为A类地区。三是国有荒漠土地资源丰富。具有光伏电站及水光互补项目大规模开发利用的优越条件。

目前，青海省与甘肃省已投产的电力项目中水电装机容量与发电量均较多（见表1和表2），对建设水光风互补项目条件十分有利，有利于地区的绿色能源加快开发发展。

青海省仅4个水电站装机容量就达870万千瓦（见表3）；此外，还有众多的中小水电站，如青海省的小三峡：尼娜、康杨、直岗拉卡三个水电站装机容量共63.4万千瓦，发电量为43.7亿千瓦时，等等。

甘肃省的刘家峡、盐锅峡、八盘峡三个水电站的装机容量共188.2万千瓦，年发电量为87.8亿千瓦时；甘肃小三峡：大峡、小峡、乌金峡三个水电站装机容量为69.5万千瓦，年均发电量为32亿千瓦时。上述电站的特点是属流域梯级开发，电站相对集中，较有利于开发建设水光互补项目。此外，新疆的风、光资源丰富，甘肃省的酒泉地区风电资源开发情况较好等，均有利于兴建水风、水光或风光互补项目，并可建成具有一定规模的清洁能源基地。

国家应加强对水光互补项目的支持

鉴于水光互补项目成功运行的经验示范，既改善了光伏电站发电的电能质量，又使光伏发电企业、水力发电企业、电网企业实现了多赢，对节能减排、生态环境保护、调整能源结构作出了重要贡献；更鉴于西北地区水、风、光等清洁能源资源非常丰富，加快开发不仅可为国家节约大量的化石能源资源，同时又可使西北部地区的资源优势转变为经济效益优势，解决地区经济可持续发展与民生就业的问题，对落实我国西部大开发政策具有重要的战略意义。因此提出如下建议：

1.国家对中电投实施水光互补的光伏电站建设规模予以单列，不受各省指标限制；支持中电投集团继续深化研究水光互补软件开发、装置的技改升级，进一步提高水光互补后的电能质量与能效，使绿色能源与电网的关系更为友好。

2.对黄河上游已建成及正在建设的水电站抓紧调研与统一规划，对具备建设水光互补电站的项目，核实可利用的水电装机容量及相应可建设的太阳能光伏电站的容量、配套的输电线路规模等，及时启动项目开发建设。

3.也可按省（区）落实建设绿色能源综合基地，综合利用各省区的水、风、光资源，实现水、风、光（或水风、水光、风光等）优势互补，使效率与效益最大化。如建设青海省绿色能源基地（主要以水光互补为主），甘肃省绿色能源基地（以水风光互补为主），生产的绿色电能既可供本地消纳，也可外送。

4.国家责成并支持有关企业加快风光、水风、水风光等项目（含抽水蓄能电站）互补项目技术软件装置研发，探讨与落实风光、水风、水风光等项目开发的可行性。因我国西北地区除水力资源和太阳能资源丰富之外风能资源也十分丰富，2014年我国风电装机容量已达9581万千瓦，发电量达1563亿千瓦时，分别为太阳能发电装机容量和发电量的3.61和6.76倍。如项目可行，不仅可为国家节约大量的化石能源资源，同时可为环境保护、调整能源结构作出重要的贡献。同时可缓解目前风电的间歇性与随机性对电网带来的风险，减少限电弃风，提高电能质量。

5.国家电网规划中应建设一批抽水蓄能电站（特别在西北地区），用以增加电网对吸纳风、光等可再生能源的调节功能。

6.金融部门应加大对上述有关项目的规划与开发的融资支持力度