“水光多能互補”清潔能源創(chuàng)新發(fā)展的內(nèi)涵和做法
“水光多能互補”清潔能源創(chuàng)新發(fā)展的內(nèi)涵：將水電長周期建設(shè)和光伏短周期建設(shè)相結(jié)合，利用水電先行建設(shè)的場地、資金和送出優(yōu)勢，結(jié)合地處云貴交界的氣候和地域優(yōu)勢，依托國家發(fā)展新能源的電價補貼政策，依靠國家電投、貴州金元及政府支持，借助“水光互補”的科學(xué)調(diào)度，實現(xiàn)水電與光伏的協(xié)同建設(shè)，創(chuàng)新清潔能源發(fā)展的模式，達(dá)到促進(jìn)企業(yè)健康發(fā)展的任務(wù)目標(biāo)。
這項創(chuàng)新管理有四大特點：一是模式創(chuàng)新，實現(xiàn)了貴州省首個“水光多能互補”項目的建成;二是決策科學(xué)，按照工程建設(shè)的客觀規(guī)律，實現(xiàn)了水電和光伏的協(xié)調(diào)建設(shè)和按期投產(chǎn);三是技術(shù)領(lǐng)先，利用水電和光伏的互補特性，優(yōu)化調(diào)度、減少棄光、增加效益;四是財務(wù)優(yōu)化，通過成本控制和資金優(yōu)化，實現(xiàn)了水電和光伏互補運行的盈利。
領(lǐng)導(dǎo)班子決策，明確目標(biāo)和分工
為了建成“水光多能互補”項目，2016年初象鼻嶺水電廠領(lǐng)導(dǎo)班子開展了“頭腦風(fēng)暴”，全面、審慎、積極地分析各方面的問題和條件。
首先，分析象鼻嶺水電站區(qū)域光伏開發(fā)的便利條件，一是可充分利用水電站已征地的施工生活區(qū)土地和水電站220千伏送出線路的容量富裕，共用控制室和出線通道降低工程造價;二是對水電站周邊光伏開發(fā)具備良好的管理優(yōu)勢，最大限度地節(jié)約管理成本，降低運行費用;三是將光伏資源和水電資源整合為一個電源，不僅優(yōu)化了光伏電站的電能質(zhì)量，還為探索“水光互補”的運行模式積累了經(jīng)驗。
其次，分析象鼻嶺水電站區(qū)域光伏開發(fā)的政策條件，一是符合國家對新能源開發(fā)的大政策，可獲取較高的電價;二是國家電投集團目前在光伏開發(fā)上態(tài)度積極，使項目立項和推進(jìn)更加容易;三是符合貴州省及威寧縣的發(fā)展需要，通過投資帶動項目區(qū)域的群眾脫貧致富。
最后，分析象鼻嶺水電站區(qū)域光伏開發(fā)的經(jīng)濟效益，根據(jù)該地區(qū)的總輻射年均值約5000 兆焦/平方米，判斷光伏電站的利用小時數(shù)可達(dá)到1100小時，滿足投資開發(fā)的收益需求，在象鼻嶺進(jìn)行“水光多能互補”項目開發(fā)是切實可行的。
經(jīng)過認(rèn)真討論研究后，象鼻嶺水電廠決定由廠長和黨總支書記分別負(fù)責(zé)牽頭光伏和水電的相關(guān)工作，并明確2016年底前光伏項目立項，2017年6月30日前實現(xiàn)光伏電站投產(chǎn)發(fā)電，同年水電站“雙投”，象鼻嶺“水光多能互補”項目建成。
用好用活新能源政策，加快光伏項目立項
在貴州省、國家電投、貴州金元和威寧縣大力發(fā)展新能源項目的政策支持下，經(jīng)前期測光并進(jìn)行光資源評估后，擬利用水電站施工區(qū)已征用土地和租用水電站周邊土地建設(shè)48兆瓦農(nóng)業(yè)光伏電站。項目采用“水光農(nóng)”互補開發(fā)模式，具有光伏、水電出力協(xié)調(diào)互補和土地綜合利用的特點，同時利用項目土地進(jìn)行農(nóng)業(yè)開發(fā)，解決當(dāng)?shù)匕傩站蜆I(yè)問題。
由于資源豐富，且項目“水光農(nóng)”的概念獨特，都屬于清潔能源項目，加上農(nóng)業(yè)項目的實施能有效助推當(dāng)?shù)剞r(nóng)戶脫貧致富。因此該項目從可研階段就得到各級政府和能源局、電網(wǎng)公司的大力支持，從立項到取得備案，僅耗時3個月，充分體現(xiàn)了項目的“生命力”優(yōu)勢。
做好項目管理，確保如期投產(chǎn)
要實現(xiàn)“水光多能互補”就得分別建設(shè)好水電和光伏兩個電站，其中水電是基礎(chǔ)，光伏是發(fā)展(見圖1)。
做好水電站長周期建設(shè)安全和質(zhì)量管控。象鼻嶺水電站是“十二五”至“十三五”期間，貴州省開工建設(shè)的最大水電站工程，庫容和裝機都是貴州金元水電板塊的翹楚，大壩和地下廠房都是目前貴州省同類型規(guī)模最大的工程。在漫長的建設(shè)期內(nèi)，通過以下幾方面做好工程的安全和質(zhì)量管控：
一是長周期中嚴(yán)控安全。象鼻嶺的工程安全管理十分困難，水電站周邊地質(zhì)條件十分復(fù)雜。自進(jìn)場以來，一直飽受自然災(zāi)害困擾，其中2014～2016年均有相當(dāng)規(guī)模的泥石流和水毀事件發(fā)生，期間還經(jīng)歷過兩次大地震。施工現(xiàn)場交通條件復(fù)雜，213國道穿越現(xiàn)場，聯(lián)絡(luò)兩岸的多條民用道路橫跨整個施工區(qū)域;電站地質(zhì)條件復(fù)雜，是貴州少見的玄武巖地貌，施工區(qū)域內(nèi)溝壑縱橫，崩塌體比比皆是，雨季常常形成中小規(guī)模的泥石流。面對困難，象鼻嶺水電站在6年多的建設(shè)歷程中，通過強化安全意識、嚴(yán)格安全管理等手段，一直保持著工程“零死亡”的記錄。
二是充分相信和依靠地方政府。象鼻嶺水電站位于云貴交界的牛欄江上，周邊漢、彝、苗、回等多民族雜處，民情復(fù)雜、民風(fēng)彪悍，征地移民、工程建設(shè)等工作阻力大。通過兩地政府的協(xié)調(diào)，工程得以順利開展。
三是依靠建管處和監(jiān)理，加強質(zhì)量監(jiān)督。水電站采用碾壓混凝土拱壩的壩型方案，較其他方案可以節(jié)約近1/3的投資，效益顯著的同時，工程建設(shè)的難度也大幅度增加。
首先碾壓混凝土拱壩的溫控要求極高，需實時監(jiān)控壩體溫度;其次雙曲碾壓混凝土拱壩，縱向、豎向均是雙曲線構(gòu)造，確保施工進(jìn)度的同時，保持優(yōu)美外形牽涉到的放線工藝、模板工藝等需要進(jìn)行開創(chuàng)性工作。通過建管處和監(jiān)理協(xié)同管理，各參建單位從細(xì)節(jié)入手，嚴(yán)把驗收關(guān)。
四是水電廠作為業(yè)主，不等不靠、自己動手。因機電設(shè)備大多為業(yè)主自行采購，且電廠人員經(jīng)過前期的生產(chǎn)準(zhǔn)備，形成了一支敢打硬仗的運行和調(diào)試隊伍，為工程的順利投產(chǎn)奠定了堅實的基礎(chǔ)。
做好光伏電站短周期質(zhì)量和進(jìn)度管控。光伏電站的建設(shè)相比其他工程建設(shè)項目而言，其投資金額大、建設(shè)周期短的獨特性使得電站的建設(shè)管理難度加大，安全、質(zhì)量、進(jìn)度和成本是工程實施過程中需要控制的幾個方面。
施工進(jìn)度控制方面，由于光伏項目建設(shè)期只有幾個月，施工進(jìn)度的控制尤為重要，進(jìn)度的控制主要是根據(jù)工期總目標(biāo)的要求，督促施工單位按周報送每周應(yīng)完成施工進(jìn)度計劃，并將進(jìn)度計劃分為里程碑、橫道圖和網(wǎng)絡(luò)圖計劃。
工程質(zhì)量控制方面，質(zhì)量控制是各項工作的重中之重，是項目在存續(xù)期間內(nèi)實現(xiàn)營業(yè)利潤的保證，質(zhì)量控制重點抓好以下幾個環(huán)節(jié)：質(zhì)量控制要從源頭上抓起，即從基礎(chǔ)工程開始施工就嚴(yán)格控制，對樁的軸線、距離及樁的標(biāo)高進(jìn)行認(rèn)真復(fù)核。重點控制鋼支架的垂直度、鋼支架與埋件連接的牢固度;接地主要是埋深度、焊接焊縫的飽滿度的要求;匯流箱的安裝不但要控制接線的規(guī)范要求，還要控制標(biāo)高的一致性和支架牢固性。要求監(jiān)理單位根據(jù)合同內(nèi)容及相關(guān)規(guī)范寫出監(jiān)理規(guī)劃、專業(yè)監(jiān)理工程師對整個工程寫出監(jiān)理實施細(xì)則，對重要分部工程要有專項監(jiān)理實施細(xì)則;責(zé)令施工單位撰寫符合實際的施工組織總設(shè)計、重點和關(guān)鍵部位要有專項施工方案。資料的收集保管要貫穿施工過程的始終，重點是采用的標(biāo)準(zhǔn)和資料的完整性。驗收工作以升壓站、箱變、電纜溝道、土建為分部工程進(jìn)行驗收，確保每一單項子工程質(zhì)量合格、優(yōu)良，進(jìn)而保證分部工程和整體工程的質(zhì)量合格、優(yōu)良。
施工安全控制方面，項目堅決貫徹“安全第一，預(yù)防為主”的安全方針。認(rèn)真學(xué)習(xí)，貫徹國家、行業(yè)、集團公司各項法律、法規(guī)及管理制度，要求監(jiān)理單位、施工單位、勞務(wù)分包單位組織安全學(xué)習(xí)，樹立安全意識，掌握安全技能，嚴(yán)格按照操作規(guī)程，特殊工種作業(yè)人員必須持證上崗，危險性較大的作業(yè)要有專項安全施工方案。重點抓好交通安全、工程機械安全。
資金的使用控制方面，在簽訂EPC總承包合同時，明確了總承包單位需墊資半年，有效地解決了建設(shè)資金來源的問題。光伏電站建設(shè)的管理還涉及到地勘、設(shè)計、監(jiān)理、施工、廠家、當(dāng)?shù)鼐用瘛⒂嘘P(guān)政府部門等方方面面的關(guān)系協(xié)調(diào)和處理，需要投入更多的人力、物力和財力。
開展“水光互補”運行研究
象鼻嶺“水光多能互補”項目建成后，實現(xiàn)“水光互補”運行成為項目能否見效的關(guān)鍵，通過前期的“水光互補”運行研究，積累了大量的經(jīng)驗，同時借鑒其他公司 “水光互補”項目的先進(jìn)經(jīng)驗，實現(xiàn)了項目的科學(xué)和高效運行(見圖2)。
主要研究內(nèi)容。一是“水光互補”自動運行控制技術(shù)研究。根據(jù)水電和光伏電站的運行特點，研究水電光伏自動發(fā)電控制(AGC)和自動電壓控制(AVC)的控制模式、負(fù)荷優(yōu)化分配策略及保護閉鎖邏輯。研究在水光協(xié)調(diào)互補運行模式下，滿足電網(wǎng)發(fā)電要求，以最大限度利用太陽能、減少棄水和棄光為目標(biāo)的光伏與水電AGC、AVC的聯(lián)合控制模型和控制策略。
二是“水光互補”經(jīng)濟運行發(fā)電計劃研究。通過收集和分析區(qū)域地理、氣候、水文、氣象等歷史信息，分析光伏、水電能源特性和運行情況研究項目中光伏、水電能源的互補特性。建立相應(yīng)的水光聯(lián)合調(diào)度模型，在滿足電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行情況下，充分利用清潔能源，減少棄光、棄水。
根據(jù)光伏區(qū)的氣象信息和發(fā)電歷史信息，分析研究光伏功率預(yù)測的準(zhǔn)確性，研究逆變器光伏發(fā)電功率因數(shù)控制、有功功率和無功功率控制;研究“水光互補”聯(lián)合運行特性，水電站對光伏電站出力變化的補償能力，主要是不同季節(jié)、天氣時的補償程度等;分析評價水電機組在光伏隨機波動和突變時的跟隨互補性能，主要是天氣變化導(dǎo)致光伏出力突變時水電機組的調(diào)節(jié)速率、互補效果;研究“水光互補”疊加出力的電能質(zhì)量，評價水電對光伏出力電能質(zhì)量提升的作用;研究發(fā)電效益最大化的“水光互補”運行方案。
創(chuàng)新點。一是研究一種高效可靠的水光聯(lián)合發(fā)電控制模型，利用水電機組的連續(xù)可調(diào)節(jié)特性，平抑光伏發(fā)電出力，保持新能源區(qū)域發(fā)電系統(tǒng)功率的穩(wěn)定輸出，提高電網(wǎng)電能質(zhì)量，減少對電網(wǎng)的沖擊。二是通過該研究，在電網(wǎng)調(diào)度層面，充分利用區(qū)域水、光互補協(xié)調(diào)，實現(xiàn)聯(lián)合調(diào)度技術(shù)及運行管理，提高清潔能源有效利用率。三是將光伏、水電兩種不同類型的電源整合為一個電源，通過水輪發(fā)電機組的快速響應(yīng)能力和水電站水庫調(diào)節(jié)能力，彌補光伏發(fā)電不穩(wěn)定、出力變化大的缺點，使疊加出力平滑、穩(wěn)定，減少電力系統(tǒng)為吸納獨立光伏電站發(fā)電所需的旋轉(zhuǎn)備用容量，提高電力系統(tǒng)的安全性和穩(wěn)定性。
研究方法和實施方案。一是記錄運行期的各種氣象數(shù)據(jù);記錄春夏秋冬四季、晴雨多云等天氣，以及晝夜等不同條件下的光伏電站運行數(shù)據(jù);記錄豐、平、枯水年，不同時節(jié)水電站的運行數(shù)據(jù)。二是對光伏電站、水電站記錄數(shù)據(jù)進(jìn)行整理，得出不同時間、氣象條件下光伏和水電站的運行特性。三是根據(jù)光伏、水電站運行特性，研究分析適合于本項目的聯(lián)合運行調(diào)度方案。四是開發(fā)“水光互補”協(xié)調(diào)運行控制軟件，實現(xiàn)“水光互補”協(xié)調(diào)運行AGC控制、AVC控制及水量平衡控制。
研究成果。“水光互補”分析：基于水光聯(lián)合出力不大于240兆瓦，在除豐水年7～9月象鼻嶺水電站無調(diào)節(jié)性能存在棄光或者棄水的可能外，其他時段和水文年情況下，象鼻嶺水電站與光伏電站聯(lián)合運行均具有良好的互補能力。
送出線路輸送能力分析：在光伏電站接入后，豐水年7～9月電站送出線路最大輸送功率不超過300兆瓦;其余時節(jié)，電站送出線路最大輸送功率不超過240兆瓦，均低于電網(wǎng)調(diào)度允許的線路最大輸送容量370兆瓦。光伏接入后，象鼻嶺—威寧220千伏送出線路可以滿足水電及光伏全額送出的要求。
象鼻嶺水電站裝機240兆瓦，多年平均電量約9.3億千瓦時，象鼻嶺—威寧線路年利用小時約3875小時。光伏電站年發(fā)電量約0.63億千瓦時，與象鼻嶺水電站打捆送出后，象鼻嶺—威寧線路年利用小時提高至約4175小時。
算好經(jīng)濟賬，確保經(jīng)濟效益
“水光多能互補”不僅僅是運行方式上的互補，從財務(wù)角度來說，更是體現(xiàn)了投資短期與長期的互補、現(xiàn)金流和利潤的互補。
短期投資與長期投資的互補。水電站的建設(shè)是一個長期過程，其投資回報也是一個長期過程，基本上水電站投產(chǎn)后幾年都處于虧損狀態(tài)，隨著經(jīng)營年限的增加，固定資產(chǎn)折舊及財務(wù)費用減少后，盈利能力逐漸增強。光伏電站屬于短周期項目，一般建設(shè)期都在6個月內(nèi)，投產(chǎn)當(dāng)年即可實現(xiàn)盈利，但隨著經(jīng)營年限增加，發(fā)電量及電價補貼下降，盈利能力逐漸降低。利用水電和光伏這一前一后的特性，以及象鼻嶺水電廠統(tǒng)一管理的模式，可將部分運營成本先計入光伏電站，實現(xiàn)水電和光伏的雙盈利，待水電度過財務(wù)成本高峰期后，反過來彌補光伏前期的成本支出，達(dá)到兩個項目的盈利合理性。
現(xiàn)金流和利潤的互補。水電站年發(fā)電量9.3億千瓦時，按0.2924元/千瓦時計，可產(chǎn)生2.72億元的現(xiàn)金，但由于固定資產(chǎn)折舊較高，導(dǎo)致利潤較低甚至虧損。光伏電站年發(fā)電量0.63億千瓦時，按0.86元/千瓦時計，可產(chǎn)生0.54億元的收入，但由于國家補貼滯后，實際回收現(xiàn)金只有0.22億元，支付財務(wù)費用和運營成本后，實際現(xiàn)金流短缺，但賬面盈利能力強。象鼻嶺“水光互補”項目通過分析這一互補特性，有效運用財務(wù)手段，減少了財務(wù)費用，利用水電強大的現(xiàn)金流，支持后續(xù)新能源項目的建設(shè)，同時得益于光伏項目的盈利能力，實現(xiàn)了水電項目投產(chǎn)即盈利的目標(biāo)。
實施效果
貴州首個“水光多能互補”項目建成。自2017年2月13日象鼻嶺光伏電站全面開工建設(shè)以來，首個方陣于2017年6月17日并網(wǎng)發(fā)電，6月30日實現(xiàn)全容量(48兆瓦)并網(wǎng)，用了不到5個月的時間。2017年4月26日象鼻嶺水電站開始下閘蓄水，同年8月15日2號機組(120兆瓦)通過72小時試運，8月18日1號機組(120兆瓦)通過72小時試運，標(biāo)志著貴州首個“水光多能互補”項目(288兆瓦)全部建成投產(chǎn)。下一步，象鼻嶺水電廠將建設(shè)15兆瓦分散式風(fēng)電場，屆時將會形成全國首個“風(fēng)光水多能互補”項目。
取得了顯著的經(jīng)濟效益。象鼻嶺“水光多能互補”項目利用已有的象鼻嶺—威寧220千伏送出線路，水光互補后線路年利用小時將由3875小時提高至約4175小時。通過“水光互補”聯(lián)合調(diào)度，使光伏發(fā)電效益最大化。2017年象鼻嶺水電站發(fā)電2.7億千瓦時，光伏電站發(fā)電0.34億千瓦時，創(chuàng)造產(chǎn)值9891萬元，產(chǎn)生效益1010萬元，其中象鼻嶺光伏電站盈利1289萬元，象鼻嶺水電站虧損279萬元。
此項工作通過管理創(chuàng)新，產(chǎn)生直接效益：1010萬元。
取得了顯著的社會效益。一是象鼻嶺“水光多能互補”項目的建成，有利于落實我國大力發(fā)展清潔能源的戰(zhàn)略部署，符合國家發(fā)改委、國家能源局《關(guān)于推進(jìn)多能互補集成優(yōu)化示范工程建設(shè)的實施意見》的要求，具有良好的示范效應(yīng)。二是象鼻嶺“水光多能互補”項目的建成，是貴州金元踐行“綠色發(fā)展、清潔發(fā)展”的成果，為貴州金元優(yōu)化結(jié)構(gòu)、轉(zhuǎn)型升級、扭虧脫困創(chuàng)立的新的模式，同時也為貴州清潔能源開發(fā)總結(jié)了經(jīng)驗、開創(chuàng)了先河。三是象鼻嶺“水光多能互補”項目的建成，帶動了地方經(jīng)濟的發(fā)展，項目總投資30億元，通過移民搬遷、交通還建、工程外包、勞務(wù)用工等方式，帶動當(dāng)?shù)厝嗣衩撠氈赂弧?/p>
