风光资源互补性研究

说明：本文由2012年发表在《太阳能》杂志上的一篇文章改编而成，写作期间得到王云彬、焦娇等人的帮助。在此对以...



说明：本文由2012年发表在《太阳能》杂志上的一篇文章改编而成，写作期间得到王云彬、焦娇等人的帮助。在此对以前一起战斗过的战友表示感谢！

一、风光互补想法的初衷

在青海、内蒙古、新疆等西部地区进行光伏电站项目考察时，经常会路过风电场，发现风机跟风机之间，有大片大片的空地。也许是出于职业惯性，我感觉风机之间的空地完全可以建设光伏电站！

在风电场内做光伏项目有两个优点：

1）风资源和光资源能形成互补，减少中长（＞24h）时间段内由资源变化引起对电网的冲击；

2）风电场的用地虽然是点征，但风机中间的空地很难用作其他用途，用做光伏可以增加土地的利用率

二、风、光资源真的有互补性吗？

最初，我就这个问题请教了资源界的泰斗朱瑞兆老师。他的回答是肯定的。风光互补的根本原因是我国的季风气候，他在80年代就做过相关的研究。为了从理论上对“风光资源互补性”加以论证，我收集了青海的风资源、光资源数据。

1风光资源在一年之内的互补性

所选风电场的风能、太阳能资源30统计情况如下所示。

从上面这两张图可以看出：一年之中，春季的风功率相对较好，而太阳能总辐射量较低；夏季的风功率相对较差，而太阳能总辐射量较高。

2风光资源在一天之内的互补性

所选风电场的风能、太阳能资源1年实测数据平均情况如下所示。 

从上面这两张图中可以看出：

一天之中，白天的风功率相对较差，而太阳能总辐射量较高；夜间的风功率相对较好，而太阳能总辐射量较低。

3风光资源互补性的定量分析

基于上述的定性分析，又采用完整1年的逐时数据进行定量分析，并采用了“平均值标准偏差”来表达数据的波动性。

所有资源统计数据，波动越大，标准偏差越大。平均值标准偏差越小，则资源的波动性相对稳定。

对单独的风资源、单独的光资源、风、光按一定配比输出时的标准偏差进行计算，如下图所示。其中，横轴是风、光的比例。 

从上图发现，以当地的风光资源条件，当风：光=0.9，标准偏差最小，即输出最稳定。因此，按风：光=0.9做了一个模型，并计算了春分、夏至、秋分、冬至4个典型日的风光资源拟合曲线。








上面四张图可以直观的感受到，风光资源互补后更加稳定；下表是不同条件下的“平均值标准偏差”计算结果。

从上表可以看出，在4个典型日内，复合出力的标准偏差远小于风火光的单独出力。

经过上述分析，在所选项目场址，风和光是具有互补性的！

必须要强调一下：

由于各地的风资源、太阳能资源差异性大，青海省的风、光资源互补性并不能代表全国状况；风、光资源互补的最佳比例，在全国不同地区也有很大的差异。

三、风电场中间的空地够用吗？

光伏项目占地很大，风电场的风机和风机之间，刨掉阴影的地方，能够满足光伏项目的场址面积要求吗？

为了验证这点，首先，将风机抽象为“一个以机箱为圆心、叶片为半径的圆饼”+“一个柱体”，并用Sunlight对这个模型进行阴影模拟。

下图是风机模型在四个典型日的阴影范围图。



下图就是我们用一个实际风机的布点图，刨掉了风机阴影（蓝色范围），任意一个红色范围就是1.4平方公里的土地。



可以看出，在地势平坦的风电场内建设光伏电站，场地面积是完全够用的。

四、投资和运维成本

在风电场内建设光伏电站，虽然可以用一个升压变电站送出，但还是要另外增加设备，所以虽然会节省一部分资金，但节省的资金有限。

运维时，具体的技术人员基本节省不了，似乎只能节省总经理等管理人员。

五、总结

通过分析可以发现，在某些地区，风、光资源具有一定的互补性，在风电场内建设光伏电站可以充分利用土地资源，在中长期时间段内功率变化较少。

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