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开展“水光互补”运行研究
象鼻岭“水光多能互补”项目建成后,实现“水光互补”运行成为项目能否见效的关键,通过前期的“水光互补”运行研究,积累了大量的经验,同时借鉴其他公司 “水光互补”项目的先进经验,实现了项目的科学和高效运行(见图2)。
主要研究内容。一是“水光互补”自动运行控制技术研究。根据水电和光伏电站的运行特点,研究水电光伏自动发电控制(AGC)和自动电压控制(AVC)的控制模式、负荷优化分配策略及保护闭锁逻辑。研究在水光协调互补运行模式下,满足电网发电要求,以最大限度利用太阳能、减少弃水和弃光为目标的光伏与水电AGC、AVC的联合控制模型和控制策略。
二是“水光互补”经济运行发电计划研究。通过收集和分析区域地理、气候、水文、气象等历史信息,分析光伏、水电能源特性和运行情况研究项目中光伏、水电能源的互补特性。建立相应的水光联合调度模型,在满足电网安全稳定运行情况下,充分利用清洁能源,减少弃光、弃水。
根据光伏区的气象信息和发电历史信息,分析研究光伏功率预测的准确性,研究逆变器光伏发电功率因数控制、有功功率和无功功率控制;研究“水光互补”联合运行特性,水电站对光伏电站出力变化的补偿能力,主要是不同季节、天气时的补偿程度等;分析评价水电机组在光伏随机波动和突变时的跟随互补性能,主要是天气变化导致光伏出力突变时水电机组的调节速率、互补效果;研究“水光互补”叠加出力的电能质量,评价水电对光伏出力电能质量提升的作用;研究发电效益最大化的“水光互补”运行方案。
创新点。一是研究一种高效可靠的水光联合发电控制模型,利用水电机组的连续可调节特性,平抑光伏发电出力,保持新能源区域发电系统功率的稳定输出,提高电网电能质量,减少对电网的冲击。二是通过该研究,在电网调度层面,充分利用区域水、光互补协调,实现联合调度技术及运行管理,提高清洁能源有效利用率。三是将光伏、水电两种不同类型的电源整合为一个电源,通过水轮发电机组的快速响应能力和水电站水库调节能力,弥补光伏发电不稳定、出力变化大的缺点,使叠加出力平滑、稳定,减少电力系统为吸纳独立光伏电站发电所需的旋转备用容量,提高电力系统的安全性和稳定性。
研究方法和实施方案。一是记录运行期的各种气象数据;记录春夏秋冬四季、晴雨多云等天气,以及昼夜等不同条件下的光伏电站运行数据;记录丰、平、枯水年,不同时节水电站的运行数据。二是对光伏电站、水电站记录数据进行整理,得出不同时间、气象条件下光伏和水电站的运行特性。三是根据光伏、水电站运行特性,研究分析适合于本项目的联合运行调度方案。四是开发“水光互补”协调运行控制软件,实现“水光互补”协调运行AGC控制、AVC控制及水量平衡控制。
研究成果。“水光互补”分析:基于水光联合出力不大于240兆瓦,在除丰水年7~9月象鼻岭水电站无调节性能存在弃光或者弃水的可能外,其他时段和水文年情况下,象鼻岭水电站与光伏电站联合运行均具有良好的互补能力。
送出线路输送能力分析:在光伏电站接入后,丰水年7~9月电站送出线路最大输送功率不超过300兆瓦;其余时节,电站送出线路最大输送功率不超过240兆瓦,均低于电网调度允许的线路最大输送容量370兆瓦。光伏接入后,象鼻岭—威宁220千伏送出线路可以满足水电及光伏全额送出的要求。
象鼻岭水电站装机240兆瓦,多年平均电量约9.3亿千瓦时,象鼻岭—威宁线路年利用小时约3875小时。光伏电站年发电量约0.63亿千瓦时,与象鼻岭水电站打捆送出后,象鼻岭—威宁线路年利用小时提高至约4175小时。
算好经济账,确保经济效益
“水光多能互补”不仅仅是运行方式上的互补,从财务角度来说,更是体现了投资短期与长期的互补、现金流和利润的互补。
短期投资与长期投资的互补。水电站的建设是一个长期过程,其投资回报也是一个长期过程,基本上水电站投产后几年都处于亏损状态,随着经营年限的增加,固定资产折旧及财务费用减少后,盈利能力逐渐增强。光伏电站属于短周期项目,一般建设期都在6个月内,投产当年即可实现盈利,但随着经营年限增加,发电量及电价补贴下降,盈利能力逐渐降低。利用水电和光伏这一前一后的特性,以及象鼻岭水电厂统一管理的模式,可将部分运营成本先计入光伏电站,实现水电和光伏的双盈利,待水电度过财务成本高峰期后,反过来弥补光伏前期的成本支出,达到两个项目的盈利合理性。
现金流和利润的互补。水电站年发电量9.3亿千瓦时,按0.2924元/千瓦时计,可产生2.72亿元的现金,但由于固定资产折旧较高,导致利润较低甚至亏损。光伏电站年发电量0.63亿千瓦时,按0.86元/千瓦时计,可产生0.54亿元的收入,但由于国家补贴滞后,实际回收现金只有0.22亿元,支付财务费用和运营成本后,实际现金流短缺,但账面盈利能力强。象鼻岭“水光互补”项目通过分析这一互补特性,有效运用财务手段,减少了财务费用,利用水电强大的现金流,支持后续新能源项目的建设,同时得益于光伏项目的盈利能力,实现了水电项目投产即盈利的目标。
实施效果
贵州首个“水光多能互补”项目建成。自2017年2月13日象鼻岭光伏电站全面开工建设以来,首个方阵于2017年6月17日并网发电,6月30日实现全容量(48兆瓦)并网,用了不到5个月的时间。2017年4月26日象鼻岭水电站开始下闸蓄水,同年8月15日2号机组(120兆瓦)通过72小时试运,8月18日1号机组(120兆瓦)通过72小时试运,标志着贵州首个“水光多能互补”项目(288兆瓦)全部建成投产。下一步,象鼻岭水电厂将建设15兆瓦分散式风电场,届时将会形成全国首个“风光水多能互补”项目。
取得了显著的经济效益。象鼻岭“水光多能互补”项目利用已有的象鼻岭—威宁220千伏送出线路,水光互补后线路年利用小时将由3875小时提高至约4175小时。通过“水光互补”联合调度,使光伏发电效益最大化。2017年象鼻岭水电站发电2.7亿千瓦时,光伏电站发电0.34亿千瓦时,创造产值9891万元,产生效益1010万元,其中象鼻岭光伏电站盈利1289万元,象鼻岭水电站亏损279万元。
此项工作通过管理创新,产生直接效益:1010万元。
取得了显著的社会效益。一是象鼻岭“水光多能互补”项目的建成,有利于落实我国大力发展清洁能源的战略部署,符合国家发改委、国家能源局《关于推进多能互补集成优化示范工程建设的实施意见》的要求,具有良好的示范效应。二是象鼻岭“水光多能互补”项目的建成,是贵州金元践行“绿色发展、清洁发展”的成果,为贵州金元优化结构、转型升级、扭亏脱困创立的新的模式,同时也为贵州清洁能源开发总结了经验、开创了先河。三是象鼻岭“水光多能互补”项目的建成,带动了地方经济的发展,项目总投资30亿元,通过移民搬迁、交通还建、工程外包、劳务用工等方式,带动当地人民脱贫致富。
本文刊载于《中国电力企业管理》2018年10期,黄鹤、秦岭、魏道万供职于国家电投集团贵州金元股份有限公司
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