綜合比較各類可再生能源的利用，光伏和風電是其中技術最成熟的，也被視為未來最有前途的可再生能源利用技術。風能資源和光照資源都具有間斷性和不穩定性的特點，然而全球某些地區從宏觀上來看，風能資源和光照資源在地理分布上具有較大一致性，比如我國的“三北地區”，既是風能資源豐富的地區，又是太陽能資源豐富區風速與風力發電機組輸出功率的數學模型，適合建設大規模風電場和光伏發電站。在這些地區，可以充分利用風能與太陽能在地域上的重合性及時間上的互補性，建設風光互補電站，使電站整體出力區域平穩的同時，還可以降低投資、提高效益。

本文對“三北地區”某10萬kW的風電場進行初步分析，從資源、土地、出力、送出和經濟性幾個方面淺析其補充建設光伏的可行性。

一、風電場概況

該風電場所在區域地形十分平坦、交通便利、地質條件良好。風電總裝機規模10萬kW，共安裝了66臺1.5MW的風力發電機組，場內建設一座220kV升壓站，并安裝一臺100MVA主變壓器吊車出租，220kV側電氣主接線采用單母線接線方式，以一回出線接入系統。

該風電場場內測風塔70m高度年平均風速分別為7.1m/s，年平均風功率密度348.0W/m2， 3~5月、10~11月風速風功率密度較大，6~9月風速風功率密度較小。從日變化上來看21：00~凌晨3：00風速風功率密度較大，8:00~19：00風速風功率密度相對較小。

測風塔70m高度風速月變化曲線

測風塔70m高度風功率密度月變化曲線

測風塔70m高度風速日變化曲線

可行性研究階段根據代表年逐小時風速、風向數據計算出風電場滿發小時數約2360h(計算所采用的風機與實際安裝廠家型號一致)，受限電影響，該風電場2014年全年總發電量約17530萬kW，滿發小時數1770h。

二、風電場所在區域太陽能資源

風電場所在區域屬溫帶大陸性季風氣候風速與風力發電機組輸出功率的數學模型，多年均日照時數約2880小時，日照時間較長;多年平均太陽能總輻射量5300MJ/m2，屬于太陽能資源總量“很豐富帶”，適合光伏電站的建設。

三、風電場內可建設光伏場地

根據該風電場的總平面布置圖及土地利用現狀圖，升壓站以南進場道路以東約有1200畝閑置用地，土地性質以荒草地為主。根據風機實際的輪轂高度、葉片長度，模擬出冬至日風機陰影影響范圍，將風機陰影遮擋范圍剔除后，可利用的閑置土地面積約750畝，不考慮其他因素初步判斷可開發光伏容量約2萬kW。

四、太陽輻射月變化及日變化

1、太陽輻射月變化

該地區近20年太陽能月總輻射量變化如下圖所示。5~8月太陽能輻射量較大，11~1月太陽能輻射量較小。

太陽輻射月變化圖

2、典型日太陽輻射日變化

對距離風電場最近的輻射觀測站四個典型日的輻射日變化進行分析，該站2014年春分、夏至、秋分、冬至四個典型日輻照度日變化見下圖。除秋分日受陰雨天氣影響外，其余三個典型日輻照在12：00~13:00出現全天最大值，主要集中在10:00~15:00，占全天的60%以上(夏至)，冬至日達90%以上。

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春分(3月21日-晴)

夏至(6月21日-晴)

秋分(9月23日-小雨轉多云)

冬至(12月22日-晴)

從該風電場風速風功率月變化、日變化曲線(圖1~ 3)，以及輻射月變化、典型日日變化(圖5~ 9)，可以看出，風光資源在季節和晝夜的變化上存在互補性，尤其是晝夜變化的互補性尤為明顯。在該風電場內建設光伏二手吊車，可以起到平滑出力曲線，使得輸出功率趨于穩定，緩解獨立采用風電或光伏所產生的由季節、晝夜、天氣等因素帶來的波動問題，使得風電和光伏形成互補。

五、風電場各月最大出力

該風電場2014年各月最大出力發生的時間為：1月、2月、5月、12月發生在19:00，3月發生在20:00，4月、9月發生在12：00，6月、11月發生在17:00,7月發生在23:00，8月發生在6：00，10月發生在1:00，即除4月、9月，其他各月最大出力均發生在光伏電站不發電或者發電很少的時間。

(受該地區限電影響，獲取到的發電量并不能完全反映風電場的真實情況)。

對光伏電站出力比較集中的時間段內(9:00~15:00)，風電場的出力進行分析，篩選出風電場出力大于9萬kW發生小時數見下表。

風電場出力大于9萬kW發生小時數僅占光伏電站出力集中的時間段(9:00~15:00)的2.69%，考慮光伏電站的系統效率損失及逐年衰減，保守考慮可在風電場場內空地建設1萬kW光伏電站，以1回集電線路接入原有升壓站，與風電場工程共用一臺100MVA的主變壓器。

六、經濟性分析

若在該風電場內建設1萬kW光伏電站，可利用已建成的升壓站及主要電氣設備，站內新增35kV開關柜及保護測控裝置、關口計量表、光功率預測系統以及協調控制系統等設備即可。同時可利用風電場內已修建好的進站道路和風機之間的道路，運行維護人員也可與風電場共用。經估算，與獨立建設的1萬kW光伏電站相比，投資可下降約8%~10%。

結語

初步分析，在不考慮未來限電的情況下，在該風電場內補充建設1萬kW光伏電站是可行的。