关于风电、光伏发电与水力发电结合的研究

王兰蕊

     国电投（天津）分布式能源有限公司  天津市300380

摘要：为最大限度合理利用资源，要将现代科技与可再生能源相结合，逐步实现绿色能源系统建设。在风电、光伏、水电的独特优势基础上，结合这三类资源和科技支持，逐步实现联合发电系统的构建。建设多能互补项目是未来建设智慧能源系统的重要任务，有利于提高能源供需协调能力,对于建设安全高效现代能源体系具有关键作用。

关键词：风电；光伏发电；水力发电

风电、光伏和水电的结合能确保可再生资源的可持续利用，帮助减少弃风、弃光、弃水限电，减少促进可再生能源消纳，是提高能源系统综合效率的重要方式。在确定三者的结合策略后，可以建立风电、光伏和水电的相关评价体系，从而为电力系统运行和调度提供参考。基于此，本文详细分析了风电、光伏发电与水力发电的结合。

一、风电、光伏发电与水力发电结合的研究框架

风光水互补发电系统是风力、光伏和水力相结合产物，三者可被视为一个整体，风光水互补发电系统的各个组成部分也可被看作是独立的发电单元。将风电、光伏发电和水力发电相结合后，可使用系统化指标评价体系，分析每个系统的运行特性，并从整个系统分析风光水互补发电系统的并网运行。针对风力发电、光伏发电、水力发电系统运行特点和相关指标侧重点的差异性，可以把三者结合的互补发电系统评价指标划分为分系统评价指数、联合发电系统评价指标两类。其中，评价指标稳定性、分布特性、功率预测误差是系统指标分析研究中不可忽视的重要内容。

在风电、光伏发电和水力发电相结合后，从互补系统可靠性、负载匹配和有功功率入手，完成指标框架体系的构建。在选取相关指标时，要注意指标体系全面性、代表性和目的性，使指标评价体系能涵盖评价对象各方面特征。

二、风电、光伏发电与水力发电结合的必要性

1、构建互补的发电系统。当前，优势互补的绿色能源发电系统显示出显著的现实意义和深远的战略意义。风能、太阳能、水能具有可再生绿色环保优势，将上述三种绿色清洁的新能源结合起来，实现电能转化目标，有利于清洁能源的发电系统实现最佳互补发电效果，提高能源供需协调能力。互补能源发电系统的推广应用，

综合考虑热力学、经济学以及环境效应等多目标的综合智慧能源，助于深入研发新型可再生清洁能源。

目前，可再生能源渗透率、能源转化设备效率和容量配置结构、冷/热/电负荷需求结构以及输入输出的能源价格是影响综合智慧能源绩效的核心要素。未来，随着落实“碳达峰、碳中和”目标，综合智慧能源的环境影响评价将尤为突出，以智能电网、配电网为载体，聚焦国内智能能源体系结构、模型、技术标准、通行协议和实施计划等方面。

2、提升可再生能源的发电运用比例。与传统煤炭发电能源相比，风能、水能、光能三种互补发电能源都具有清洁、环保、可循环使用优势。当前，传统发电能源已不能完全满足发电能源的基本供给需求，可再生新型发电能源需在更大程度上投入使用。通过结合各种类型的清洁可循环发电能源，能显著促进现有发电技术模式的创新，转变传统发电运行实施方案的高能耗和高污染现状，全方位全过程推行绿色规划、绿色设计、绿色投资、绿色建设、绿色生产、绿色流通，使发展建立在高效利用资源、严格保护生态环境、有效控制温室气体排放的基础上，统筹推进高质量发展和高水平保护。由此可见，提高可再生清洁环保能源的投产使用比例，离不开上述三种发电能源相结合的必要支持。

提高可再生清洁能源在发电中的比重，重点是加强宏观经济调控的切实措施。产业的内部结构对产业健康发展进程会产生重大影响，现有清洁发电产业结构不能达到最佳合理水平，可能导致新能源经济缺乏长期可持续发展动力。当前，在新能源发电市场运行中，优化经济内部结构的重点体现在完善新能源发电运行保障规定，运用规范化、精细化管理模式支撑市场稳定运行。

三、风电、光伏发电与水力发电结合的设计方案要点

1、建设风光水互补发电系统。在将风电、光伏发电和水力发电三者结合前，需构建科学的互补发电系统，以实现风、光、水可再生资源的互补。建立这种互补的发电系统首先要高度利用科学协作评估机制的有效性，同时检测各分系统，确保系统运行合理性。目前，互补发电系统运行特性评估机制已逐渐成熟，对于互补程度的分析，先要明确水电“水光互补”，另外，在当前互联网背景下，需高度利用互联网技术，实现“智能光伏+大数据应用”互补，确保数据信息的高度完善。此外，一些基地也在积极建设互补发电系统，如国家电投“百兆瓦国家极太阳能发电实证基地”建设，也在实现高度互补创新。

2、灵活调节备用发电能源。备用发电能源是互补结合发电系统的重要组成部分，将三种清洁可循环能源相结合的大规模发电网络结构很难避免突发性的网络运行故障。若发电系统突然出现故障停机状态，则需在短时间内立即实施备用电源接入操作，以维持新能源发电网络的正常运行。在风力与水力发电机组或光伏入网系统突发故障情况下，其他备用发电机组可投入运行，有效协调各种清洁能源发电运行模式，防止发电系统发电运行长期中断的后果。

3、分析互补系统运行特征。互补发电系统建成且完善化发展后，还需专业技术人员推进指标评价体系建设，所以要利用分系统指标价值及作用，根据实际互补性调整指标数据，同时，促进分系统与互补系统间指标协调统一，确保指标的合理性。考虑多时间尺度和多能流系统多能源耦合特性，用户侧需求响应模型、考虑多类实际约束的储能模型，要想充分挖掘系统的能力，在分布指标时，要有效确保误差指标值的基准，综合考虑能源资源禀赋、基础条件等，制定合理的能源规划，完成多元能流的集成优化。提高预测准确性及完整性，充分利用分系统指标累积概率曲线，为整个策略的准确性奠定坚实的数据基础，了解可再生能源在输出中的功率值，确保各系统的均衡耦合。

四、风电、光伏发电与水力发电结合的评估技术指标

1、符合匹配度。利用风力光伏和水力联合发电需求，必须注意匹配度指标的分析。新一代信息通信技术广泛应用于源、网、荷、储各环节，对设备状态的智能化监测与调控贯穿分析中工作的全过程，因此，需要进行综合全面分析，以确保整个分析结果的真实性、准确性、先进性，保证指标选取与时俱进，基于能源流及数据流的变化，满足当前社会环境实际要求。此外，还要注重科学调整指标的调峰能力，并在此基础上推动其负荷匹配度的不断提高。

2、可靠性。在融合风电、水电、光电前，专业人员应建立科学完整的系统评估指标，有效利用评估指标对风电、水电、光电稳定性进行综合分析。当前我国电力系统发展形势相对优越乐观，总体指标显示出良好稳定性和性能，发电概率性指标表现良好。依托大数据、云计算、物联网、移动互联网、人工智能等新型基础设施建设，服务能源系统规划设计、建设、运营以及运维检修等各流程，打造风电、水电、光电综合应用智慧人力、智慧物力与智慧决策管理平台，搭建能源系统运营过程中的业务流程，全面提高作业质量与效率，进而提高各类型能源供给服务水平。因此，在掌握风力、光伏和水力可再生资源发电优势后，密切关注电网的稳定可靠性，构建各地区实际情况的综合发电系统，以推动指标框架体系建设。

3、系统节能性。发电系统整体节能性直接关系到新能源发电运行实施效率，评估应结合各种清洁能源在发电系统节能性指标。具有互补优势的发电系统能确保现有智能网络中各项发电能源的均衡配置，并且还能依赖备用系统电源来维持发电的平稳持续。不断完善评估分析发电节能性指标的合理性，以确保评估结论的科学性。

参考文献：

[1]王红亮.联合互补发电系统优化策略研究[J].东北电力技术,2021,42(08):20-24.