（中国能源建设集团广东省电力设计研究院有限公司 广东广州 510663）
摘要：海上风电是“十三五”及中长期广东最具规模化发展潜力的可再生能源，对于推动全省能源结构转型升级具有重要意义。充分分析海上风电的出力特性是开展后续研究先决条件。本文从风速、出力概率、出力特性等方面深入分析广东中部沿海某海上风电的出力情况，提出在对于电源替代及网架校核不同目的时，海上风电场出力率的选择方案并提出相关建议。
关键词：风速；出力概率；出力特性
Research on the Development and Power Output Characteristics of Offshore Wind in Guangdong
WANG Yijun1，LU Geng2
（China Energy Engineering Group Guangdong Electric Power Design Institute Co.，Ltd.，Guangzhou 510663，China）
Abstract：Offshore wind power is the renewable energy with the greatest potential for scale development，which has the great significance to promote the transformation and upgrading of Guangdong energy structure during “13th Five-Year” and the long-term. A thorough analysis of the output characteristics of offshore wind power is a prerequisite for the follow-up studies. This paper analyzes the wind speed characteristics，output probability，output characteristics of a certain offshore wind power in Guangdong central coast. Propose the selection scheme of the offshore wind output rate in power replacement study and grid check study，as well as the relevant suggestions.
Keywords：wind speed；output probability；output characteristics
引言
随着能源供给侧改革的不断深入，清洁能源的开发利用已成为我国能源产业的发展方向，成为推动社会可持续绿色发展的战略举措。广东省海上风电资源丰富，发电利用小时数相对较高，技术相对高端，是清洁能源发展的前沿领域，具备规模化发展的潜力。
广东省拥有4114公里海岸线和41.93万平方公里辽阔海域，沿海风力资源丰富。《广东省海上风电发展规划（2017-2030修编）》提出，“十三五”期间广东省规划开工建设海上风电1200万千瓦，投产海上风电200万千瓦，到2030年底，建成投产海上风电装机容量约3000万千瓦。
目前，广东省尚无完全投产的海上风电项目，缺乏实际运行数据，基于实测风速对于广东海上风电出力的预测及特性分析研究较少。本研究基于广东省中部沿海某规划海上风电测风数据，对其出力进行预测并分析其特性，为海上风电场确定送电方向、拟定输电方案提供技术支撑。
1、海上风电发展情况
2017年，全球海上风电装机容量达1881.4万千瓦，占风电总装机的比重由2011年的1.73%上升至2017年的3.49%。14个国家已建海上风电场，欧洲占据10席，尤以英国、德国、丹麦、荷兰、比利时五国为主，亚洲国家以中国、日本、韩国三国为主，美国在2016年实现海上风电零的突破。截止2017年底，欧洲共有4149个并网海上风电机组，分布于11个国家的92个海上风电场，装机容量占全球装机的87%。
2017年，中国海上风电取得突破进展，新增装机共319台，新增装机容量达到116万千瓦，同比增长97%，累计装机达到279万千瓦。
进入“十三五”以来，广东海上风电发展迅速，目前广东省首个海上风电示范项目珠海桂山海上风电项目12万千瓦已有3台风机并网发电。广东省规划海上风电场址23个，总装机容量6685万千瓦，包括：近海浅水区（35米水深以内）海上风电场址15个，装机容量985万千瓦；近海深水区（35-50米水深）规划海上风电场址8个，装机容量5700万千瓦。
2、风速特性分析
广东沿海处于亚热带和南亚热带海洋性季风气候区，冬、夏季季候风特征十分明显。沿海海面100米高度层年平均风速达7米/秒以上，并呈现出自东向西递减、自近岸向海中递增的趋势。
通过对广东中部沿海某海上风电场2016年6月~2017年6月全年测风数据的分析，可知：该地区冬季风速较大，平均风速为8m/s左右，最大风速超过15m/s；夏季平均风速为6m/s左右，8月受台风影响出现全年最大风速约22m/s。全年风速集中出现在4~9m/s，风速超过12m/s的概率较低。
3、海上风电出力特性分析
3.1海上风速与风电出力数据转换
目前，广东开展前期工作的海上风电场主要采用单机5.5MW的机组，当风速超过3m/s后，风机开始出力，当风速为10.5m/s~25m/s时机组达满出力，此后风机出力逐步下降，风速超过30m/s后风机切出运行。
3.2 出力特性分析
1）海上风电场出力概率分布
从风电场全年出力概率分布来看，风电大发的概率偏小，50%以上的概率风电场出力在20%以下，全年满出力的保证率仅为4%，出力不低于90%的保证率为6%，出力不低于10%的保证率为67%。
图1 海上风电场全年出力概率分布图
2）海上风电场年出力特性
月平均出力：按风电场年出力数据，计算各月平均出力。月最大出力：将各月出力数据按从小到大排序，去除前5%的最大出力，取保证率95%时对应的出力作为月最大出力。月最小出力：将各月出力数据按从大到小排序，去除前5%的最小出力，取保证率95%时对应的出力作为月最小出力。
风电场冬季月最大出力约为在100%左右，8月最大出力为97%，夏季其他月份最大出力明显低于冬季，在50%~65%左右。冬季月最小出力约2%~4%，夏季月最小出力基本为0%。平均出力年内分布不均，整体呈冬大夏小的特点。
图3 海上风电场夏季、冬季日出力特性曲线
4）负荷高峰时段保证容量
将负荷高峰时段风电场出力按从大到小排列，去除前5%最小出力，取保证率95%时所对应的出力。反映风电场在负荷高峰时段所能提供的具有保障性的出力，建议用以校验风电对系统电力平衡的影响。
高峰负荷时段夏季和冬季风电场出力均在5%以下，其中8月和12月高峰时段保证容量分别为2%和4%左右。可见，海上风电场能够提供的保障性容量很小，其电源替代效应不明显。
图4 负荷高峰时段风电场出力保证率分布
4、结论及建议
海上风电电源替代效应不明显，广东中部某海上风电8月及12月可替代电源装机容量分别为2%和4%。为保障风电的全额送出，需结合负荷特性，按风电最大出力率对近区局部网架进行校核，区域电网需考虑规模风电的同时效应。
受测风数据不足的影响，现阶段研究成果代表性不足。为适应广东海上风电的大规模发展，建议尽快于各海上风电规划场址建立测风塔，开展海上风速的长期性监测。
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作者简介：
王一钧（1986-），女，江苏东台人，工程师，工学硕士，主要从事能源咨询、电力系统规划工作。
论文作者:王一钧,卢赓
论文发表刊物:《河南电力》2018年8期
论文发表时间:2018/10/17
标签：海上论文; 风电论文; 风速论文; 风电场论文; 广东论文; 广东省论文; 特性论文; 《河南电力》2018年8期论文;