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[摘 要]我国太阳能和风能资源极为丰富，并且许多地方具备太阳能和风能互补的天然条件，研究开发大型风光互补发电系统是当前我国能源开发的重大课题，应用前景十分广阔。本文就大理巨龙山、晴云山、九龙坡、斗顶山风电场和宾川干海子光伏电站形成的风光互补发电系统进行总结分析，为类似风光互补项目建设提供相关经验。
[关键词]风光互补、发电系统、开发、应用
中图分类号：TM614；TM615 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）31-0371-02
0.引言
地球上的风能和太阳能都是取之不尽、用之不竭的清洁能源，都具有能量密度低、能量稳定性差的特点。但是两者的变化趋势基本相反：太阳能和风能在时间分布上有很强的互补性。白天太阳光最强时，风很小；晚上，光照很弱，但由于地表温差变化大而风能增强。在夏季，太阳光强度大而风速较低，冬季太阳光强度弱而风速大。风光互补发电系统就是充分利用风能和太阳能资源的互补性，因此具有很好的开发应用前景。
在我国离网型风光互补发电系统技术比较成熟，已经广泛应用于电网覆盖不到的边缘村落、通信基站、路灯、边防哨所等边远地区和独立供电系统。大型（兆瓦级以上）风光互补发电系统还比较少，大型并网电站自2004年底我国的第一个并网运行风光互补示范电站——华能南澳54MW/100KWp风光互补电站投运以来，经过多年风光示范电站运行经验的积累，同时伴随国内太阳能光伏组件价格的下降以及技术研究的不断深入，2012年以来，国内开始逐步推进大型并网风光互补电站建设，具不完全统计，国内目前规划建设的大型风光互补电站已超过3000MW。
1 大理巨龙山、晴云山、九龙坡、斗顶山风电场和宾川干海子光伏电站风光互补发电系统开发情况
大理巨龙山、晴云山、斗顶山、九龙坡风电场与宾川干海子光伏电站风光互补发电系统，位于云南省大理市、宾川县和祥云县交界区域，装机规模为218MW（4×49.5MW风电+1×20MW光电），汇集项目所发电能通过共用一座110kV升压站（规模为2×120MVA）和一条110kV送出线路接入云南电网。
1.1 风光互补发电系统规划设计概况
2012年，在完成大理巨龙山、晴云山、九龙坡、斗顶山风电场和宾川干海子光伏电站的风光资源数据收集后，通过资源评估，了解到区域风能和太阳能在时间分布上有良好的互补性，同时综合考虑项目布局和接入电网条件，区域具备建设风电和太阳能光伏发电工程项目的条件。为提高资源利用效率，加强对新技术、新工艺的开发和攻关力度，项目业主联合设计院探索并推进大型并网 “风光互补”发电系统建设模式，同步开展风电和光伏发电项目设计工作，按照规划设计方案和现行风电光伏项目审批要求，最终形成有序开发建设大理巨龙山、晴云山、九龙坡、斗顶山风电场和宾川干海子光伏电站等五个项目，五个项目共用一座升压站和一条送出线路，形成风光互补发电系统。
大理巨龙山、晴云山、斗顶山、九龙坡风电场与宾川干海子光伏电站风光互补发电系统，主要电力设备有132台1500kW风力发电机组、66960块300W多晶硅组件、154台箱式变电站、240台直流防雷汇流箱、20套逆变器和9条35kV集电线路组成。系统采用综合集中管理运维模式，其控制系统布置在110kV升压站中控室内，可以通过操作能量管理系统对风力、光伏发电生产进行有效控制、统一调度，同时还可以通过视频监视系统监测各设备运行的实时状况。
1.2 风光互补发电系统风光互补特性
1.2.1 单独风电出力特性
根据大理巨龙山、晴云山、斗顶山和九龙坡风电场测风数据分析，分析单独风电出力特性如下：
（1）风电场风速和风功率密度年内变化呈冬春季大，夏秋季小，季节变化较大，具有明显的全年两季风特征。与此对应，发电功率在12月～次年4月较大，7月～11月较小。
（2）风速、发电功率日变化基本一致，总体呈波浪型。从全年日变化来看，风速、发电功率最大值出现在14时～次日2时，最小值出现在6时～12时；从各月日变化看，大风季（12月～次年4月）风速、发电功率日内变化较大；小风季（7月～11月），风速、发电功率日内变化较小。
1.2.2 单独光伏发电出力特性
根据干海子光伏电站项目测光数据分析，分析单独光伏项目出力特性如下：
（1）光伏电站日照时数在年内主要表现为“冬大夏小”，冬季降雨日数少，晴天日数多，夏季出于雨季的旺盛期，降水频繁，阴天日数多；从太阳辐射的年内变化看，夏季太阳直射北半球，地表单位面积获得的太阳总辐射量多，冬季则相反。夏季因受云雨影响，太阳总辐射并非全年最多，冬、夏太阳总辐射量季节差别不大，年内太阳总辐射值变化基本平稳，光伏电站发电量年内变化不明显。
（2）太陽辐射、发电功率日变化基本一致，太阳辐射、发电量集中在白天6时～17时，中午11、12时达到全天的最大。
1.2.3 风光互补发电系统出力特性分析
（1）风电、光伏电站出力年内互补
风电场12月～次年4月风速、风功率密度较大，7月～11月的风速、风功率密度较小。月风功率密度最大月与最小月的差距较大，根据测风资料统计月风功率密度最大月与最小月的比值达6，具有明显的全年两季风特征。与此对应，风速、风功率密度大的月份，发电量较多；风速、风功率密度小的月份，发电量较少，年内发电量最大月与最小月比值在5.5以上，7月～11月发电量明显减小。
而光伏电站冬季（旱季）日照时数大，夏季（雨季）日照时数小，但夏季太阳直射北半球，地表单位面积获得的太阳总辐射量多，冬季则相反。因此，冬、夏太阳总辐射量季节差别不大，年内太阳总辐射值变化基本平稳，发电量年内变化不明显，发电量最大月与最小月比值仅为1.5左右。在风电场7月～11月发电量明显减少的情况下，光伏电站发电量稳定在较高的水平，有利于电能在年内稳定输出。 （2）风电、光伏电站出力日互补
风电场风速、风功率密度以及发电功率日变化总体呈波浪型，从0时至9时之间逐渐减小，最小值出现在6时～12时；之后逐渐增大，最大值出现在14时～次日2时。与风电变化趋势相反，光伏电站发电功率在6时～12时逐渐增大，并在11时、12时达到全天的最大，此后逐渐减小。风电、光伏电站发电功率日内互补趋势明显，日出力变化趋于平稳，有利于电能的稳定输出。
（3）发电功率叠加
光伏电站与风电场出力过程在年内及日内变化趋势相反，但具体到各时刻，由于旱季风能、太阳能资源均较好，风光互补电站逐小时出力过程，风电场、光伏电站发电功率均较高，存在发电功率极大值叠加的情况。其中1月～4月以及12月电站满发的情况较多。
2 大理巨龙山、晴云山、斗顶山和九龙坡风电场与宾川干海子光伏电站风光互补发电系统应用情况
2.1风光互补发电系统建设情况
大理巨龙山、晴云山、斗顶山和九龙坡风电场与宾川干海子光伏电站风光互补发电系统，于2013年8月至2015年12月先后分期完成建设，投产后的互补发电系统运行情况良好。
2.2 风光互补发电系统应用成效
（1）风光互补发电系统，使得风电和光伏发电出力叠加，其输出电能的稳定性和持续性相对于独立风电和光伏发电有明显的改善，弥补了独立风电和光电系统的不足，可以向电网提供更加稳定的电源；
（2）风光互补发电系统，使用一套升压变电设备和送出线路，提高了变电设备和送出通道的利用率，节约了工程建设造价；
（2）风光互补发电系统采用综合集中管理和运维模式，相对于独立风电和光伏发电，极大的提高了劳动效率，降低了运行成本。
（4）风光互补发电系统实行统一调度、统一管理，降到了电网调度电厂的难度。
（5）风光互补发电系统充分利用区域自然资源，符合资源综合开发、环境保护兼顾的可持续发展理念。
（6）大理巨龙山、晴云山、斗顶山和九龙坡风电场与宾川干海子光伏电站风光互补发电系统每年完成上网电量约5亿度，上缴国家税金约6000万元，同时与燃煤火电相比每年节约标准煤16.15万吨、减少排放二氧化碳39.53万吨、二氧化硫338吨。
3 总结
本文通过对大理巨龙山、晴云山、斗顶山和九龙坡风电场与宾川干海子光伏电站风光互补发电系统开发及应用情况介绍，重点说明风光互补发电系统一定程度上克服了风电、光伏发电的波动性、随机性、间隙性等不利影响，减少了大规模风电、光伏发电接入电网对电力系统的冲击；同时也阐述了风光互补发电系统在设备综合利用、运行管理等方面的优势。但由于国内大型风光互补系统起步较晚，无论是科研成果还是工程实践都需要进一步加强，相信未来我国风光互补发电系统定能为国家经济发展、节能减排做出应有的贡献。
参考文献
[1] 杜荣华、张婧等，风光互补发电系统简介，节能，2007（03）.
[2] 張薇薇 风光互补发电系统的发展与应用 现代工业经济和信心化，2015（12）.
[3] 范立张、杨晓鹏等 《大理州五福山风电场风能资源评估报告》.
作者简介
曹学华，1978年4月，男，水电十四局大理聚能投资有限公司 ，目前从事风电、光伏发电新能源项目开发管理工作，工程师，本科。
[关键词]风光互补、发电系统、开发、应用
中图分类号：TM614；TM615 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）31-0371-02
0.引言
地球上的风能和太阳能都是取之不尽、用之不竭的清洁能源，都具有能量密度低、能量稳定性差的特点。但是两者的变化趋势基本相反：太阳能和风能在时间分布上有很强的互补性。白天太阳光最强时，风很小；晚上，光照很弱，但由于地表温差变化大而风能增强。在夏季，太阳光强度大而风速较低，冬季太阳光强度弱而风速大。风光互补发电系统就是充分利用风能和太阳能资源的互补性，因此具有很好的开发应用前景。
在我国离网型风光互补发电系统技术比较成熟，已经广泛应用于电网覆盖不到的边缘村落、通信基站、路灯、边防哨所等边远地区和独立供电系统。大型（兆瓦级以上）风光互补发电系统还比较少，大型并网电站自2004年底我国的第一个并网运行风光互补示范电站——华能南澳54MW/100KWp风光互补电站投运以来，经过多年风光示范电站运行经验的积累，同时伴随国内太阳能光伏组件价格的下降以及技术研究的不断深入，2012年以来，国内开始逐步推进大型并网风光互补电站建设，具不完全统计，国内目前规划建设的大型风光互补电站已超过3000MW。
1 大理巨龙山、晴云山、九龙坡、斗顶山风电场和宾川干海子光伏电站风光互补发电系统开发情况
大理巨龙山、晴云山、斗顶山、九龙坡风电场与宾川干海子光伏电站风光互补发电系统，位于云南省大理市、宾川县和祥云县交界区域，装机规模为218MW（4×49.5MW风电+1×20MW光电），汇集项目所发电能通过共用一座110kV升压站（规模为2×120MVA）和一条110kV送出线路接入云南电网。
1.1 风光互补发电系统规划设计概况
2012年，在完成大理巨龙山、晴云山、九龙坡、斗顶山风电场和宾川干海子光伏电站的风光资源数据收集后，通过资源评估，了解到区域风能和太阳能在时间分布上有良好的互补性，同时综合考虑项目布局和接入电网条件，区域具备建设风电和太阳能光伏发电工程项目的条件。为提高资源利用效率，加强对新技术、新工艺的开发和攻关力度，项目业主联合设计院探索并推进大型并网 “风光互补”发电系统建设模式，同步开展风电和光伏发电项目设计工作，按照规划设计方案和现行风电光伏项目审批要求，最终形成有序开发建设大理巨龙山、晴云山、九龙坡、斗顶山风电场和宾川干海子光伏电站等五个项目，五个项目共用一座升压站和一条送出线路，形成风光互补发电系统。
大理巨龙山、晴云山、斗顶山、九龙坡风电场与宾川干海子光伏电站风光互补发电系统，主要电力设备有132台1500kW风力发电机组、66960块300W多晶硅组件、154台箱式变电站、240台直流防雷汇流箱、20套逆变器和9条35kV集电线路组成。系统采用综合集中管理运维模式，其控制系统布置在110kV升压站中控室内，可以通过操作能量管理系统对风力、光伏发电生产进行有效控制、统一调度，同时还可以通过视频监视系统监测各设备运行的实时状况。
1.2 风光互补发电系统风光互补特性
1.2.1 单独风电出力特性
根据大理巨龙山、晴云山、斗顶山和九龙坡风电场测风数据分析，分析单独风电出力特性如下：
（1）风电场风速和风功率密度年内变化呈冬春季大，夏秋季小，季节变化较大，具有明显的全年两季风特征。与此对应，发电功率在12月～次年4月较大，7月～11月较小。
（2）风速、发电功率日变化基本一致，总体呈波浪型。从全年日变化来看，风速、发电功率最大值出现在14时～次日2时，最小值出现在6时～12时；从各月日变化看，大风季（12月～次年4月）风速、发电功率日内变化较大；小风季（7月～11月），风速、发电功率日内变化较小。
1.2.2 单独光伏发电出力特性
根据干海子光伏电站项目测光数据分析，分析单独光伏项目出力特性如下：
（1）光伏电站日照时数在年内主要表现为“冬大夏小”，冬季降雨日数少，晴天日数多，夏季出于雨季的旺盛期，降水频繁，阴天日数多；从太阳辐射的年内变化看，夏季太阳直射北半球，地表单位面积获得的太阳总辐射量多，冬季则相反。夏季因受云雨影响，太阳总辐射并非全年最多，冬、夏太阳总辐射量季节差别不大，年内太阳总辐射值变化基本平稳，光伏电站发电量年内变化不明显。
（2）太陽辐射、发电功率日变化基本一致，太阳辐射、发电量集中在白天6时～17时，中午11、12时达到全天的最大。
1.2.3 风光互补发电系统出力特性分析
（1）风电、光伏电站出力年内互补
风电场12月～次年4月风速、风功率密度较大，7月～11月的风速、风功率密度较小。月风功率密度最大月与最小月的差距较大，根据测风资料统计月风功率密度最大月与最小月的比值达6，具有明显的全年两季风特征。与此对应，风速、风功率密度大的月份，发电量较多；风速、风功率密度小的月份，发电量较少，年内发电量最大月与最小月比值在5.5以上，7月～11月发电量明显减小。
而光伏电站冬季（旱季）日照时数大，夏季（雨季）日照时数小，但夏季太阳直射北半球，地表单位面积获得的太阳总辐射量多，冬季则相反。因此，冬、夏太阳总辐射量季节差别不大，年内太阳总辐射值变化基本平稳，发电量年内变化不明显，发电量最大月与最小月比值仅为1.5左右。在风电场7月～11月发电量明显减少的情况下，光伏电站发电量稳定在较高的水平，有利于电能在年内稳定输出。 （2）风电、光伏电站出力日互补
风电场风速、风功率密度以及发电功率日变化总体呈波浪型，从0时至9时之间逐渐减小，最小值出现在6时～12时；之后逐渐增大，最大值出现在14时～次日2时。与风电变化趋势相反，光伏电站发电功率在6时～12时逐渐增大，并在11时、12时达到全天的最大，此后逐渐减小。风电、光伏电站发电功率日内互补趋势明显，日出力变化趋于平稳，有利于电能的稳定输出。
（3）发电功率叠加
光伏电站与风电场出力过程在年内及日内变化趋势相反，但具体到各时刻，由于旱季风能、太阳能资源均较好，风光互补电站逐小时出力过程，风电场、光伏电站发电功率均较高，存在发电功率极大值叠加的情况。其中1月～4月以及12月电站满发的情况较多。
2 大理巨龙山、晴云山、斗顶山和九龙坡风电场与宾川干海子光伏电站风光互补发电系统应用情况
2.1风光互补发电系统建设情况
大理巨龙山、晴云山、斗顶山和九龙坡风电场与宾川干海子光伏电站风光互补发电系统，于2013年8月至2015年12月先后分期完成建设，投产后的互补发电系统运行情况良好。
2.2 风光互补发电系统应用成效
（1）风光互补发电系统，使得风电和光伏发电出力叠加，其输出电能的稳定性和持续性相对于独立风电和光伏发电有明显的改善，弥补了独立风电和光电系统的不足，可以向电网提供更加稳定的电源；
（2）风光互补发电系统，使用一套升压变电设备和送出线路，提高了变电设备和送出通道的利用率，节约了工程建设造价；
（2）风光互补发电系统采用综合集中管理和运维模式，相对于独立风电和光伏发电，极大的提高了劳动效率，降低了运行成本。
（4）风光互补发电系统实行统一调度、统一管理，降到了电网调度电厂的难度。
（5）风光互补发电系统充分利用区域自然资源，符合资源综合开发、环境保护兼顾的可持续发展理念。
（6）大理巨龙山、晴云山、斗顶山和九龙坡风电场与宾川干海子光伏电站风光互补发电系统每年完成上网电量约5亿度，上缴国家税金约6000万元，同时与燃煤火电相比每年节约标准煤16.15万吨、减少排放二氧化碳39.53万吨、二氧化硫338吨。
3 总结
本文通过对大理巨龙山、晴云山、斗顶山和九龙坡风电场与宾川干海子光伏电站风光互补发电系统开发及应用情况介绍，重点说明风光互补发电系统一定程度上克服了风电、光伏发电的波动性、随机性、间隙性等不利影响，减少了大规模风电、光伏发电接入电网对电力系统的冲击；同时也阐述了风光互补发电系统在设备综合利用、运行管理等方面的优势。但由于国内大型风光互补系统起步较晚，无论是科研成果还是工程实践都需要进一步加强，相信未来我国风光互补发电系统定能为国家经济发展、节能减排做出应有的贡献。
参考文献
[1] 杜荣华、张婧等，风光互补发电系统简介，节能，2007（03）.
[2] 張薇薇 风光互补发电系统的发展与应用 现代工业经济和信心化，2015（12）.
[3] 范立张、杨晓鹏等 《大理州五福山风电场风能资源评估报告》.
作者简介
曹学华，1978年4月，男，水电十四局大理聚能投资有限公司 ，目前从事风电、光伏发电新能源项目开发管理工作，工程师，本科。