风力发电和太阳能发电是目前我国应用最广、商业化程度最好的新能源利用形式，但风能、太阳能均属于低密度、随机性强、稳定性差的能源。风电、光伏项目的建设带来土地利用率低、出力不稳定、电网调度困难等问题。为解决出力稳定性问题，分布式能源、智能微网、风光储一体化、风光互补、风水互补等研究和实验都在展开。
风光互补尤其是理论研究和工程实践研究的热点。我国的季风气候、地理位置和地形分布是太阳能、风能资源形成的根本原因。
全国陆续建设了华能南澳风光互补电站、河北尚义国华风光互补并网发电电站、山西国际电力右玉小五台风电场风光互补项目、国网张北风光储输项目等。
由于风电发展的相对较早，目前已经建成的风电场内有大面积的可利用土地，为建设光伏电站提供了大量的可利用土地;风电场已经建成的基础设施、风电场的管理人员都为光伏电站建设提供基础，节约初始投资和运营管理成本。
我们采用建模计算的方法讨论了青海省某风电场内建设光伏电站、共同输出对平稳输出功率的意义，及风电场内建设光伏电站的可行性。
一、资源基本情况介绍
该风电场周围为戈壁滩，地势平坦开阔。根据青海省气象局提供的30年统计数据，项目场址70m高多年平均风速为6.8m/s，年平均有效风能220.9W/m2，年总辐射量为6614MJ/m2。
图1、图2分别为根据所选风电场的风资源、太阳能资源30年统计数据做的资源月际变化图和根据1年实测的逐时数据做出的资源日变化曲线。
图 1 所选风电场的风能、太阳能资源30统计情况
图 2 所选风电场的风能、太阳能资源1年实测数据
从图中可以看出，当地的资源特点为：
一年之中，春季的风功率相对较好，而太阳能总辐射量较低;夏季的风功率相对较差，而太阳能总辐射量较高。一天之中，白天的风功率相对较差，而太阳能总辐射量较高;夜间的风功率相对较好，而太阳能总辐射量较低。可见，两种新能源的资源有一定的互补性，一同送出可以在一定程度上减少对电网的冲击。
为了进一步深入研究风电、光电共同输送带来的平稳出力、减少电网冲击效果，本文选用了所选场址1年逐时的风资源数据和太阳能资源数据进行分析。
二、复合输出功率模拟分析
2.1分析方法
1)根据当地资源情况，分别计算风机、光伏的逐时出力;2)计算不同容量配比下风电、光电复合的逐时出力;3)计算1年内不同容量配比下风电和光电复合出力的逐日相对标准偏差，并将全年365个数据进行平均，获得平均值Vσ1;4)通过对不同配比下相对标准偏差的分析，获得风电、光电最佳匹配系数;5)计算1年内逐日风电出力相对标准偏差的平均值Vσ2，光电逐日出力相对标准偏差的平均值Vσ3;6)通过比较Vσ2、Vσ3和最佳匹配系数下的Vσ1，研究风光互补是否具有平稳出力的优势。
2.2 计算方法
2.2.1相对标准偏差Vσ
该指标用来反映样本中个体的离散程度，相对标准差值越小，表明样本个体越稳定[7]。相对标准差的计算公式为：
Vσ = σ/ u ×100% (1)
式中，Vσ——相对标准差;σ——标准差;u ——平均值。
大量统计数据的平均相对标准偏差值越小，说明统计的数据越趋于平均值、越稳定。
2.2.2风电、光伏复合出力模型
1)风电出力Y
风机出力与所选设备、轮毂处风速以及空气密度有关，一般按照下式来计算：
2)光电出力X
影响光伏电站输出功率的因素一般有辐照强度、安装倾角、系统效率等。本文光伏电站的输出功率通过下式计算：
2.3 计算结果
2.3.1最佳匹配系数
按匹配系数c在0.1~10范围内，以0.1为步长变化，计算出在当地实测的风功率密度和辐照强度下，风电出力、光电出力与复合出力稳定性的对比，如图3所示。
图3风电出力、光伏出力与复合出力时的稳定性对比
从图3中可以看出：
1)光伏和风电共同输送时的逐时出力的Vσ1低于单独光伏、单独风电逐时出力的Vσ3和Vσ2，即复合出力的数据离散度低，在平均值附近以相对较小的幅度波动，说明复合出力更稳定，更有利于电网的接纳;
2)在所选场址风资源、光伏资源条件下，c=0.9时，复合出力的相对标准偏差达到最低值0.75，相对于Vσ2(1.33)和Vσ3(1.17)，逐时出力的离散度分别下降了43%和36%，说明最佳容量配比下的复合出力稳定性远优于单独光伏、单独风电的出力稳定性。
2.3.2典型日计算结果
选取春分日、夏至日、秋分日、冬至日作为4个典型日，并以风电(1350W)、光伏(1500W)、风电/光伏=0.9(1350W+1500W)为例，计算了4个典型日内所选场址处的3中情形下的理论出力特性，结果如图4所示。
图4 四个典型日内风电出力、光伏出力与复合出力对比
从图4可以看出，4个典型日内复合出力的稳定性优于单独风电或者单独光伏的出力稳定性。单独光伏出力、单独风电出力和光伏、风电复合出力的相对标准偏差值如表1所示。
表1 四个典型日内光伏、风电和复合出力的相对标准偏差
通过表1中不同情形下相对标准偏差的对比也可以看出，复合出力Vσ在4个典型日的值及全年出力的值都远低于风电、光伏的单独出力的Vσ，说明复合的逐时出力稳定性大幅提高。
通过上述分析可以看出，风电、光电按一定容量配比的复合出力更加平稳，会减少对电网的冲击，有利于提高电网接纳可再生能源的积极性。在不同地区，光伏、风电的比例会随风资源、太阳能资源情况的变化而不同。
三、用地方案研究
风电、光电要共同输出，需要共用1个升压变电站，即风电场、光伏电站在同一场区内建设，或者邻近建设。目前，国内风电装机已经超过50GW，主要位于在内蒙古、新疆、宁夏、甘肃等西北地区，这些地区太阳能资源也十分丰富。因此，十分有利于建设风、光共同输送的风光互补电站。为了进一步探讨风光同场的可行性，本文尝试在所选风电场的风机布点图上选取光伏电站场址。
首先，需要考虑风机的阴影问题。本风电场选用金风2.5MW风机，本文用Sunlight软件建模分析其阴影情况。将风轮等效为一个2m厚的圆盘，叶轮直径及轮毂高度均按100m考虑。计算时段为9:00~15:00，风机朝向为WNW，分别计算春分、夏至、秋分、冬至日的风机阴影范围。经过计算，在所选风电场内，所选风机在4个典型日内的投影一个700×500的矩形范围之内。风机模型的全年投影的俯视图如图5所示。
图 5风机模型全年投影俯视图
实际风电场中的风机布点一般根据地形和风向等因素进行布置。图6为所选风电场的风机布点图，在图中做出每个风机的阴影面积如图6所示。该风电场的总装机容量为50MW，大概需要安装55MWp光伏组件可达到在当地资源条件下的最优配比。按照工程经验，光伏电站的占地面积大约需要1.4平方公里的土地。图6中场址1、2、3、4均为1.2km×1.2km的矩形，范围内可以建设一个55MWp的光伏电站。除上述4块场地外，在风电场内可选出多块光伏电站场址。
图 6在风机布点图上选择光伏电站场址
通过上述分析，在风电场的空地中建设一个集中式、规模最优、可通过同一个升压变电站共同送出的光伏电站是可行的。由于靠近升压变电站会节省输电线路，因此在其他条件相同的情况下，越靠近升压变电站的位置越优。
风电项目业主在自己已有的风电场内，选择合适的场址建设光伏电站，可以集约利用土地，提高土地的利用效率。其次，对已建成的升压变电站进行改造，实现风电、光电共同输出，可以节约一定的土建投资;减少项目的管理人员和运营时的管理成本，从而提高项目的收益。
四、结论
通过对风电、光电复合出力特性的研究、对现有风电场内建设光伏电站项目可行性研究，得出以下结论：
1)风电、光电按一定容量配比的复合出力更加平稳，会减少对电网的冲击，有利于电网接纳可再生能源的积极性。
2)在不同地区，风电、光电的容量比会随风资源、太阳能资源情况的变化而不同，本项目所选场址两者的最优配比为0.9。
3)结合风电场内的空余面积，可以集中布置下容量配比最优的光伏电站。
4)业主通过改造现有风电场，实现风光同场、共同送出，可节约投资、减少管理成本，提高项目收益。
原标题：风光互补项目的应用性研究
