摘要：新能源是指传统能源之外的各种能源形式，包括太阳能、风能、地热能等，长期以来以煤炭等化石能源为主导的能源结构给我国生态环境带来了巨大的破坏。随着节能减排等问题的日益突出，国家愈来愈重视新能源结构问题，从十三五规划到十九大召开，政府致力于发展以新能源为主导的能源结构体系，推动经济发展与生态环境的和谐相处。鉴于目前我国的新能源使用受市场消纳能力与调峰能力的影响，我们必须充分掌握新能源基地的出力特征，从中研究多源互补与源网荷协同发展的策略，进而实现大规模新能源发电基地的长效发展。
关键词：大规模；新能源发电基地；出力特征
引言
经研究发现，基地能源中，风电与光伏存在明显的互补性，我们在建立风光三大评价指标的基础上采用多时空场景划分的方式对发电基地的出力特征进行研究，以此获得提高其效益的办法。在现有的设备资源条件下，大幅提高光伏基地上网比例可以缓解资源浪费或资源使用不充分问题，把基地中所有的三维出力模型与气象数据有机结合起来，可以对发电基地的阶段性出力特性进行预测，进而为大规模新能源发电提供可靠参考数据。
一、大规模新能源基地出力场景划分
为了探究发电基地出力特征须得先进行场景划分，基地出力场景的划分具有随机性，我们期望采用最少的场景实现对新能源发电的最大限度拟合，以此提高工作的简洁性。从发展起源上看，大规模新能源基地是伴随着规模化、集中式新能源开发所产生的概念，这种基地的运行模式与传统新能源电站有本质的区别，它可以实现规模化发电基地的集中上网模式，从基地内部收集的信息实现优化调度，保证基地出力的可靠性，同时亦可以缓解区域电网的压力。新能源发电基地的主要出力来源于风电场和光伏电站，因此我们在分析出力特征时必须将太阳辐射的能量作为重要参考数据，由于它投射到地球的能量并不平衡，所以还应在分析数据的基础上增加太阳高度角、大气透明度等参数。除此之外，它们形成的发电机制也不相同，太阳能直接受太阳辐射影响，而风能的能量来源是间接的，它因太阳辐射产生的温差和压力差而来，且太阳辐射并不是它能源来源的唯一。换言之，风能与太阳能之间具有千丝万缕的联系，研究两者的出力特性必须充分考虑各种因素，我们以广东为例，广东的新能源发展一直走在国内前列，该地区的大规模新能源发电基地甚多，我们以广东陆丰甲湖湾新能源基地为例，对该基地风电场、光伏电站四个季节的出力场景进行分析，具体如图1所示。从图中可知，风电场与光伏电站在不同季节与不同时间尺度的出力特征差异明显，总体可知，风电场的出力特性为白天低夜间高，而光伏则反之，白天高，夜间低且不规律，两者相较存在明显的互补性，虽然从图中能发现较大的波动，但是整体曲度是明显的。
图1 不同时间尺度下风电场、光伏电站出力场景
二、大规模新能源发电基地出力模型构建
（一）风电基地出力模型
风电基地出力模型的构建必须从测风数据、风电基地出力数据分析，然后以此建立曲线模型，通过模型构建可知，风电基地的出力特性与风速呈正相关，但同时也受其他因素影响，譬如有时限电会导致风速变化，会出现高风速低出力的情况
（二）光伏基地出力模型
光伏基地出力模型的构建必须从平均日照辐射、光伏基地处理系数分析，然后依次建立曲线模型，通过对建模的分析可知，光伏基地出力特性与日照辐射呈线性正相关，但同时也受其他因素影响，譬如存在部分限电问题，导致高辐照低出力的情况发生。
（三）新能源发电基地三维出力模型
这风电基地出力模型与光伏基地出力模型构建的基础上，我们拟合出新能源发电基地三维出力模型，根据风速与太阳辐射的性状和对大规模新能源发电基站的影响进行建模，并以典型的春分月提高数据的可靠性和真实性，所构建模型如图2所示。本三维拟合建模采用薄板样条函数法进行，通过多次试验与多次数据分析，克服振荡现象，因此所呈现的数据具有真实性和稳定性。
图2 春分月新能源基地出力三维散点拟合曲面
三、实际案例分析
为了增加说服性，我们以广东陆丰甲湖湾新能源基地为例，对它进行多时空尺度出力特性分析，最终得出结论如下：首先，该基地的总装机容量为955万千瓦，其中包括陆丰甲湖湾陆上风电场、陆丰甲湖湾海上风电场等，在分析中发现，相应装机容量分别为133.1千瓦与40千瓦。其次，通过计算不同基地的四季数据发现，风电—光伏新能源发电系统出力在夏秋两季存在明显的负相关关系，冬春季节则弱很多，这与广东亚热带季风气候有很大关联，因此冬春两季的置信水平低也不足为怪。如果在同一时间维度下，风电—光伏基地的出力特性要明显优于风电场—光伏电站的尺度，毕竟它们在季节上有互补性。但在平均互补指标上发现两者的出力互补程度差异明显，当指标值越小则说明两者的互补性越强，反之则互补性越弱。结合上述文章内容可知，在大规模新能源发电基地出力特性中，风电与光伏的出力特性在不同衡量尺度下存在明显的互补性，其中以夏秋两季为主。不过值得注意的是，我们研究的是广东地区的发电基地，而我国秋冬季节为北方供暖季节，这时需要火电厂发挥供暖功能，因此北方地区秋冬季节的调峰调频能力会有所下降，这不同与广东地区情况一概而论。
四、结语
节能减排与生态环境问题是近几年的国际热点，我国作为一个负责任的大国必将起到模范带头作用，不断加大对新能源的利用于开发。本文就大规模新能源发电基地出力特性进行了研究，从多方面数据分析可知风电与光伏基地在出力特性上存在互补性，夏秋两季的互补性明显高于其他两季，且基地尺度的互补性高于电站尺度。这说明，我们在现有资源侧需求的基础上，需要不断提高光伏组分上网容量比，以此推动发电基地的发展。
参考文献：
［1］罗庆，晁勤，王一波，等.基于场景划分方法的风光出力耦合特性机理［J］.电力自动化设备，2014，34（8）：42-46.
［2］李剑楠，乔 颖，鲁宗相，等.多时空尺度风电统计特性评价指标体系及其应用［J］.中国电机工程学报，2013，33（13）：53-61.
［3］赵继超，袁 越，傅质馨，等.基于Copula 理论的风光互补发电系统可靠性评估［J］.电力自动化设备，2013，33（1）：124-129.
论文作者:史波
论文发表刊物:《基层建设》2019年第17期
论文发表时间:2019/9/11
标签：基地论文; 新能源论文; 光伏论文; 互补性论文; 模型论文; 特性论文; 陆丰论文; 《基层建设》2019年第17期论文;