风电场内补充建设光伏电站的可行性分析

综合比较各类可再生能源的利用，光伏和风电是其中技术最成熟的，也被视为未来最有前途的可再生能源利用技术。风能资源和光照资源都具有间断性和不稳定性的特点，然而全球某些地区从宏观上来看，风能资源和光照资源在地理分布上具有较大一致性，比如我国的“三北地区”，既是风能资源丰富的地区，又是太阳能资源丰富区，适合建设大规模风电场和光伏发电站。在这些地区，可以充分利用风能与太阳能在地域上的重合性及时间上的互补性，建设风光互补电站，使电站整体出力区域平稳的同时，还可以降低投资、提高效益。

本文对“三北地区”某10万kW的风电场进行初步分析，从资源、土地、出力、送出和经济性几个方面浅析其补充建设光伏的可行性。

一、风电场概况

该风电场所在区域地形十分平坦、交通便利、地质条件良好。风电总装机规模10万kW，共安装了66台1.5MW的风力发电机组，场内建设一座220kV升压站，并安装一台100MVA主变压器，220kV侧电气主接线采用单母线接线方式，以一回出线接入系统。

该风电场场内测风塔70m高度年平均风速分别为7.1m/s，年平均风功率密度348.0W/m2，3~5月、10~11月风速风功率密度较大，6~9月风速风功率密度较小。从日变化上来看21：00~凌晨3：00风速风功率密度较大，8:00~19：00风速风功率密度相对较小。 

可行性研究阶段根据代表年逐小时风速、风向数据计算出风电场满发小时数约2360h（计算所采用的风机与实际安装厂家型号一致），受限电影响，该风电场2014年全年总发电量约17530万kW，满发小时数1770h。

二、风电场所在区域太阳能资源

风电场所在区域属温带大陆性季风气候，多年均日照时数约2880小时，日照时间较长；多年平均太阳能总辐射量5300MJ/m2，属于太阳能资源总量“很丰富带”，适合光伏电站的建设。

三、风电场内可建设光伏场地

根据该风电场的总平面布置图及土地利用现状图，升压站以南进场道路以东约有1200亩闲置用地，土地性质以荒草地为主。根据风机实际的轮毂高度、叶片长度，模拟出冬至日风机阴影影响范围，将风机阴影遮挡范围剔除后，可利用的闲置土地面积约750亩，不考虑其他因素初步判断可开发光伏容量约2万kW。

四、太阳辐射月变化及日变化

1、太阳辐射月变化

该地区近20年太阳能月总辐射量变化如下图所示。5~8月太阳能辐射量较大，11~1月太阳能辐射量较小。


2、典型日太阳辐射日变化

对距离风电场最近的辐射观测站四个典型日的辐射日变化进行分析，该站2014年春分、夏至、秋分、冬至四个典型日辐照度日变化见下图。除秋分日受阴雨天气影响外，其余三个典型日辐照在12：00~13:00出现全天最大值，主要集中在10:00~15:00，占全天的60%以上（夏至），冬至日达90%以上。



从该风电场风速风功率月变化、日变化曲线（图1~3），以及辐射月变化、典型日日变化（图5~9），可以看出，风光资源在季节和昼夜的变化上存在互补性，尤其是昼夜变化的互补性尤为明显。在该风电场内建设光伏，可以起到平滑出力曲线，使得输出功率趋于稳定，缓解独立采用风电或光伏所产生的由季节、昼夜、天气等因素带来的波动问题，使得风电和光伏形成互补。

五、风电场各月最大出力

该风电场2014年各月最大出力发生的时间为：1月、2月、5月、12月发生在19:00，3月发生在20:00，4月、9月发生在12：00，6月、11月发生在17:00,7月发生在23:00，8月发生在6：00，10月发生在1:00，即除4月、9月，其他各月最大出力均发生在光伏电站不发电或者发电很少的时间。

（受该地区限电影响，获取到的发电量并不能完全反映风电场的真实情况）。

对光伏电站出力比较集中的时间段内（9:00~15:00），风电场的出力进行分析，筛选出风电场出力大于9万kW发生小时数见下表。


风电场出力大于9万kW发生小时数仅占光伏电站出力集中的时间段（9:00~15:00）的2.69%，考虑光伏电站的系统效率损失及逐年衰减，保守考虑可在风电场场内空地建设1万kW光伏电站，以1回集电线路接入原有升压站，与风电场工程共用一台100MVA的主变压器。

六、经济性分析

若在该风电场内建设1万kW光伏电站，可利用已建成的升压站及主要电气设备，站内新增35kV开关柜及保护测控装置、关口计量表、光功率预测系统以及协调控制系统等设备即可。同时可利用风电场内已修建好的进站道路和风机之间的道路，运行维护人员也可与风电场共用。经估算，与独立建设的1万kW光伏电站相比，投资可下降约8%~10%。

结语

初步分析，在不考虑未来限电的情况下，在该风电场内补充建设1万kW光伏电站是可行的。