， ，，，， (.中國(guó)電力工程顧問集團(tuán)西南電力設(shè)計(jì)院有限公司,四川 成都 600；.國(guó)網(wǎng)西藏電力有限公司,西藏 拉薩 850000)

邊遠(yuǎn)地區(qū)局域電網(wǎng)供電問題研究

何志強(qiáng)1，鄭勇1，張立鋒2，益西措姆2，晏小彬1，范宇1
(1.中國(guó)電力工程顧問集團(tuán)西南電力設(shè)計(jì)院有限公司,四川 成都 610021；2.國(guó)網(wǎng)西藏電力有限公司,西藏 拉薩 850000)

邊遠(yuǎn)地區(qū)局域電網(wǎng)供電問題可供選擇的解決方案有建設(shè)當(dāng)?shù)仉娫春团c其他電網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)兩類，需要結(jié)合當(dāng)?shù)啬茉促Y源及電網(wǎng)建設(shè)條件進(jìn)行多方面綜合比較后采納最優(yōu)方案。以西藏阿里電網(wǎng)為例，根據(jù)其能源資源和電網(wǎng)現(xiàn)狀及發(fā)展規(guī)劃，對(duì)其供電問題解決方案進(jìn)行了分析比較，最后提出推薦方案并對(duì)相關(guān)問題進(jìn)行了總結(jié)。

邊遠(yuǎn)局域電網(wǎng)；供電問題；聯(lián)網(wǎng)；本地電源

0 引 言

目前，中國(guó)絕大部分區(qū)域已經(jīng)被大電網(wǎng)覆蓋，但是在一些邊遠(yuǎn)海島、邊防地區(qū)和西部邊遠(yuǎn)山區(qū)仍然存在獨(dú)立供電的局域電網(wǎng)，主要采用柴油機(jī)、小水電或者風(fēng)光儲(chǔ)系統(tǒng)進(jìn)行供電。隨著局域電網(wǎng)用電負(fù)荷的增加及其對(duì)供電可靠性要求的提高，加之大電網(wǎng)向這些區(qū)域周邊地區(qū)的進(jìn)一步延伸，選擇自身建設(shè)電源繼續(xù)保持孤網(wǎng)運(yùn)行還是與大電網(wǎng)實(shí)現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)是值得研究的問題。

邊遠(yuǎn)地區(qū)局域電網(wǎng)本質(zhì)上屬于微電網(wǎng)。目前關(guān)于微電網(wǎng)規(guī)劃的研究已有很多，其研究主要集中在可再生能源代替?zhèn)鹘y(tǒng)能源發(fā)電組成孤立系統(tǒng)，如許多文獻(xiàn)對(duì)獨(dú)立運(yùn)行的風(fēng)力發(fā)電、光伏發(fā)電、風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電的小型孤立系統(tǒng)做了研究，重點(diǎn)探討了小型孤立系統(tǒng)的可靠性計(jì)算和能源優(yōu)化配置問題[1-2]?，F(xiàn)有研究成果表明，將微電網(wǎng)接入大電網(wǎng)運(yùn)行，也是發(fā)揮微電網(wǎng)效能的重要手段之一。最終需要結(jié)合當(dāng)?shù)赜秒娦枨?、能源資源及電網(wǎng)建設(shè)條件進(jìn)行多方面綜合比較后采納最優(yōu)方案。下面將以西藏阿里電網(wǎng)為例，根據(jù)其能源資源和電網(wǎng)現(xiàn)狀及發(fā)展規(guī)劃，對(duì)其供電問題解決方案進(jìn)行了分析比較，最后提出推薦方案并對(duì)相關(guān)問題進(jìn)行了總結(jié)。

1 阿里地區(qū)電力系統(tǒng)概況

1.1 能源資源和主要電源現(xiàn)狀

阿里地區(qū)的能源資源種類較多，其中水能、太陽(yáng)能、風(fēng)能和地?zé)崮躘2]較為豐富，煤炭、天然氣等化石能源則較為貧乏。

阿里地區(qū)已建電源主要包括獅泉河水電站、阿里光伏電站和柴油機(jī)組。其中獅泉河水電站裝機(jī)容量為6.4 MW，年均發(fā)電量約13.4 GWh。阿里光伏電站總裝機(jī)容量10 MW，電站多年平均年發(fā)電量18.37 GWh。阿里地區(qū)柴油機(jī)組包括阿里過渡電源、阿里應(yīng)急電源和阿里渡冬電源，合計(jì)裝機(jī)容量28.2 MW。

1.2 電網(wǎng)現(xiàn)狀

目前，西藏自治區(qū)形成了覆蓋拉薩、山南、日喀則、那曲、林芝5個(gè)地市的西藏中部電網(wǎng)和昌都、阿里共“一大二小”3個(gè)地市級(jí)獨(dú)立電網(wǎng)以及由農(nóng)村小水電、太陽(yáng)能光伏電站供電的眾多獨(dú)立小電網(wǎng)和分散戶用系統(tǒng)，構(gòu)成了大電網(wǎng)供電和分散獨(dú)立電源供電相結(jié)合，多能互補(bǔ)的供電格局。

阿里地區(qū)位于中國(guó)西藏自治區(qū)的西部，面積超過30×104km2，平均海拔4 500 m，共轄噶爾、普蘭等7個(gè)縣，人口僅80 000人，是世界上人口密度最小的地區(qū)。目前，阿里電網(wǎng)最高電壓等級(jí)為110 kV，僅覆蓋阿里地區(qū)行署所在地噶爾縣獅泉河鎮(zhèn)及周邊部分地區(qū)。

截止到2016年年底，阿里電網(wǎng)電源裝機(jī)容量為44.6 MW。2016年，阿里電網(wǎng)最大用電需求約為10.1 MW，電量需求約為4.7 GWh。

“十三五”期間阿里電網(wǎng)覆蓋范圍將擴(kuò)大到全部7個(gè)縣。由于負(fù)荷快速增長(zhǎng)，阿里電網(wǎng)電力供需矛盾將十分突出。

1.3 電網(wǎng)規(guī)劃簡(jiǎn)述[3]

1)負(fù)荷預(yù)測(cè)

2020年阿里電網(wǎng)需電量為70 GWh，最大負(fù)荷為19.7 MW；2025年阿里電網(wǎng)需電量為90 GWh，最大負(fù)荷為25.1 MW；2030年阿里電網(wǎng)需電量為110 GWh，最大負(fù)荷為31.3 MW。

2)電源規(guī)劃

阿里電網(wǎng)2017年規(guī)劃投產(chǎn)阿里熱電聯(lián)產(chǎn)項(xiàng)目(12 MW)；2020年左右將投產(chǎn)阿青電站(4×8.25 MW)，新增裝機(jī)33 MW。

“十三五”以后阿里電網(wǎng)暫無明確的規(guī)劃電源投產(chǎn)。

3)電力供需平衡

根據(jù)阿里電網(wǎng)負(fù)荷預(yù)測(cè)和電源規(guī)劃，其電力電量平衡結(jié)果見表1和表2。為便于聯(lián)網(wǎng)方案與其他建設(shè)電源方案進(jìn)行比較，同時(shí)考慮到規(guī)劃電源的不確定性，平衡只納入現(xiàn)狀電源。從電力平衡結(jié)果來看，如果只考慮現(xiàn)狀電源，阿里電網(wǎng)缺電問題將十分嚴(yán)重。

表1 阿里電網(wǎng)電力平衡

表2 阿里電網(wǎng)電量平衡

1.4 可選電源概況

根據(jù)阿里地區(qū)能源資源狀況，除阿青水電站外，暫無其他規(guī)劃水電電源；再建設(shè)柴油機(jī)組存在可能性；建設(shè)地?zé)犭娬竞凸鉄犭娬咀鳛橹髁﹄娫蠢碚撋鲜强尚械?，但由于目前前期工作開展程度較低，其開發(fā)存在一定的不確定性。

2 阿里電網(wǎng)供電問題解決方案研究

2.1 概述

根據(jù)前述阿里電網(wǎng)電力空間分析計(jì)算結(jié)果，如果只考慮現(xiàn)狀電源，“十三五”期及以后阿里電網(wǎng)將一直存在電力缺額。

除本地建設(shè)電源外，解決阿里電網(wǎng)供電問題可供選擇的方案還包括與其他電網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)[5-8]。與阿里電網(wǎng)毗鄰的新疆電網(wǎng)和西藏中部電網(wǎng)規(guī)模均為阿里電網(wǎng)的數(shù)十倍以上，具備補(bǔ)充其電力缺額的條件。

2.2 電源建設(shè)方案選擇

1)建設(shè)熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組

阿里熱電聯(lián)產(chǎn)項(xiàng)目初期建設(shè)規(guī)模為2×6 MW，最大可用出力為9.5 MW。為滿足直到2030年阿里電網(wǎng)負(fù)荷發(fā)展需要，需至少分批投產(chǎn)6臺(tái)6 MW機(jī)組。

建設(shè)阿里熱電聯(lián)產(chǎn)項(xiàng)目存在的問題是需要解決煤炭運(yùn)輸和電廠運(yùn)行過程中的環(huán)保問題。

2)建設(shè)地?zé)犭娬緳C(jī)組

可以根據(jù)阿里電網(wǎng)電力空間分批分步建設(shè)地?zé)釞C(jī)組。阿里地區(qū)建設(shè)地?zé)犭娬敬嬖诘膯栴}是地?zé)豳Y源未探明，具體開發(fā)方案無法確定。

3)建設(shè)太陽(yáng)能熱機(jī)組

阿里地區(qū)建設(shè)光熱電站的問題在于阿里電網(wǎng)所需容量相對(duì)較小，而一般太陽(yáng)能熱發(fā)電需要大規(guī)模建設(shè)才能降低單位造價(jià)，此外阿里地區(qū)建設(shè)光熱電站采用何種技術(shù)還需要進(jìn)一步研究。

4)建設(shè)水電機(jī)組

除阿青水電站外，阿里地區(qū)暫無其他較大規(guī)模的規(guī)劃水電電源。

建設(shè)阿青水電站存在如下問題：

①建設(shè)周期較長(zhǎng)，不能及時(shí)滿足阿里電網(wǎng)負(fù)荷發(fā)展需要；

②由于阿里電網(wǎng)規(guī)模相對(duì)阿青水電站容量較小，阿青水電站投產(chǎn)后較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)存在大量棄水的問題；

③由于長(zhǎng)期棄水，阿青水電站實(shí)際單位成本電價(jià)將大大提高。按照運(yùn)行期內(nèi)年均棄水電量60%考慮，其單位成本電價(jià)將增加到6.9元/kWh左右。

5)燃油機(jī)組開機(jī)方案

根據(jù)阿里電網(wǎng)電力市場(chǎng)空間分析結(jié)果，阿里地區(qū)柴油機(jī)組全部修復(fù)后，可滿足阿里電網(wǎng)直到2020年的電力負(fù)荷發(fā)展需求。

根據(jù)目前運(yùn)行資料，按年運(yùn)行小時(shí)數(shù)1 000～3 000 h考慮，其單位成本電價(jià)約為4.0～5.0元/kW。

阿里地區(qū)燃油機(jī)組開機(jī)存在如下問題：

①運(yùn)行成本較高，長(zhǎng)期需要對(duì)其進(jìn)行燃油補(bǔ)貼。

②阿里地區(qū)海拔高、氣壓低、空氣稀薄，燃油機(jī)組燃燒狀況惡化和燃燒不充分，這會(huì)加速柴油機(jī)組零部件的磨損，縮短了其空濾器等部件的使用壽命，因此阿里地區(qū)柴油機(jī)組故障率極高，運(yùn)維檢修難度極大。

③燃油機(jī)組的運(yùn)行會(huì)產(chǎn)生碳煙排放，將會(huì)帶來環(huán)保問題。

2.3 聯(lián)網(wǎng)方案選擇

1)聯(lián)網(wǎng)方向分析

根據(jù)周邊電網(wǎng)現(xiàn)狀及規(guī)劃，阿里電網(wǎng)與其他電網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)，有3個(gè)可能的方向。

①通過日喀則電網(wǎng)與西藏中部電網(wǎng)相連。

其一是經(jīng)門士鄉(xiāng)通過仲巴縣與西藏中部電網(wǎng)相連(噶爾縣門士鄉(xiāng)到日喀則仲巴縣帕羊區(qū)公路距離370 km)。

其二是經(jīng)革吉縣、改則縣、措勤縣通過薩嘎縣與西藏中部電網(wǎng)相連(革吉縣到改則縣公路距離約360 km)。

②通過南疆三地州電網(wǎng)與新疆電網(wǎng)相連。

相比之下與新疆電網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)方案線路距離遠(yuǎn)長(zhǎng)于其他兩個(gè)方案，可行性明顯較低。

與西藏中部電網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)兩個(gè)方案中，通過仲巴縣與西藏中部電網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)實(shí)際聯(lián)網(wǎng)距離短，并且建設(shè)條件相對(duì)較好。相比之下，通過薩嘎縣與西藏中部電網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)方案中聯(lián)網(wǎng)線路有明顯較大迂回，線路建設(shè)條件也相對(duì)惡劣。綜合考慮后，推薦經(jīng)門士鄉(xiāng)通過仲巴縣與西藏中部電網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)為阿里電網(wǎng)與外區(qū)電網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)方向。

2)聯(lián)網(wǎng)方式分析

從聯(lián)網(wǎng)距離來看，推薦方案中阿里電網(wǎng)與外區(qū)聯(lián)網(wǎng)的距離在370 km左右。從送電容量來看，到2030年阿里電網(wǎng)最大電力負(fù)荷也不到40 MW。

從聯(lián)網(wǎng)距離和送電容量的角度分析，阿里電網(wǎng)實(shí)現(xiàn)與外區(qū)聯(lián)網(wǎng)有直流聯(lián)網(wǎng)和交流聯(lián)網(wǎng)兩個(gè)可能的方式。

對(duì)于直流聯(lián)網(wǎng)方式，存在常規(guī)直流和輕型直流兩類方案。常規(guī)直流對(duì)客觀存在端電網(wǎng)的系統(tǒng)強(qiáng)度有一定要求，有最低輸送有功功率限制，且其穩(wěn)定運(yùn)行易受交流系統(tǒng)影響。阿里電網(wǎng)自身規(guī)模較小，系統(tǒng)強(qiáng)度低，采用常見直流方案受電基本不可行。輕型直流具有高度的可控性，對(duì)受端系統(tǒng)強(qiáng)度無要求，無最低輸送有功功率限制。初步設(shè)想阿里電網(wǎng)與西藏中部電網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)輕型直流聯(lián)網(wǎng)方案可采用±100 kV電壓等級(jí)，投資大約為29億元。

根據(jù)目前交流電網(wǎng)發(fā)展現(xiàn)狀及西藏中部電網(wǎng)“十三五”發(fā)展規(guī)劃，結(jié)合阿里電網(wǎng)可能的聯(lián)網(wǎng)距離和送電容量，交流聯(lián)網(wǎng)方案中聯(lián)網(wǎng)電壓等級(jí)采用220 kV可以滿足阿里電網(wǎng)負(fù)荷發(fā)展需要，聯(lián)網(wǎng)工程投資大約為7億元。

相比之下交流聯(lián)網(wǎng)方案總投資遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于輕型直流聯(lián)網(wǎng)方案，送電能力可以滿足阿里電網(wǎng)負(fù)荷發(fā)展需要，因此推薦為阿里電網(wǎng)與外區(qū)電網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)方式。

2.4 供電方案技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較

1)方案經(jīng)濟(jì)性

根據(jù)方案成本電價(jià)比較結(jié)果(詳見表3)，建設(shè)熱電聯(lián)產(chǎn)項(xiàng)目和聯(lián)網(wǎng)方案成本電價(jià)同其他方案相比有明顯優(yōu)勢(shì)。在聯(lián)網(wǎng)工程交換容量較大時(shí)(如按2030年缺電容量送電)，聯(lián)網(wǎng)方案的優(yōu)勢(shì)將更加明顯。

2)建設(shè)周期

燃油機(jī)組開機(jī)方案初期只需修復(fù)阿里過渡電源故障機(jī)組。建設(shè)熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組、建設(shè)地?zé)釞C(jī)組、建設(shè)光熱電站和聯(lián)網(wǎng)方案建設(shè)周期基本均在24個(gè)月以內(nèi)，其差別不大。由于地處邊遠(yuǎn)，建阿青水電站方案的建設(shè)周期最長(zhǎng)(至少48個(gè)月)。

表3 供電方案成本電價(jià)比較表

3)環(huán)保問題

建設(shè)地?zé)釞C(jī)組、建設(shè)太陽(yáng)能熱發(fā)電機(jī)組、建設(shè)水電機(jī)組利用的是清潔能源，只要采用合理的技術(shù)方案，不會(huì)帶來環(huán)保問題。與藏中電網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)是從外區(qū)引入電力，也不會(huì)對(duì)阿里地區(qū)環(huán)境造成影響。

建設(shè)熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組和燃油機(jī)組開機(jī)方案使用的是化石能源，其運(yùn)行和運(yùn)輸過程中有可能會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染。

4)建設(shè)方案靈活性

可根據(jù)阿里電網(wǎng)電力空間分批分步建設(shè)地?zé)釞C(jī)組和熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組，建設(shè)方案較為靈活。

一般太陽(yáng)能熱發(fā)電需要大規(guī)模建設(shè)才能降低單位造價(jià)。阿里電網(wǎng)初期建設(shè)1臺(tái)10～15 MW的太陽(yáng)能熱機(jī)組，后期適時(shí)建設(shè)第2臺(tái)機(jī)組，可滿足到2030年電力負(fù)荷發(fā)展的需要。

分期分批投產(chǎn)水電機(jī)組對(duì)降低工程造價(jià)沒有明顯意義，其建設(shè)靈活性相對(duì)較差。

由于本身送電容量不大，聯(lián)網(wǎng)方案分期建設(shè)其總投資也不會(huì)有顯著下降，因此其建設(shè)靈活性也相對(duì)較差。

2.5 推薦供電問題解決方案

根據(jù)各方案技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較結(jié)果，作為阿里地區(qū)供暖項(xiàng)目的配套，阿里熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組具有經(jīng)濟(jì)性較優(yōu)、建設(shè)周期短、建設(shè)方案靈活性高和技術(shù)方案及可行性較為明確的優(yōu)勢(shì)，因此推薦作為阿里電網(wǎng)近期電源建設(shè)方案。

聯(lián)網(wǎng)方案由于經(jīng)濟(jì)性相對(duì)較好，建設(shè)周期較短，可大大提高阿里電網(wǎng)供電可靠性，能應(yīng)對(duì)電源建設(shè)進(jìn)度的不確定性，建成后可以從根本上解決阿里電網(wǎng)用電問題，因此推薦為阿里地區(qū)“十三五”期及以后供電解決方案。

3 結(jié) 語

邊遠(yuǎn)地區(qū)局域電網(wǎng)供電問題最終解決方案需要在充分考慮用電需求和當(dāng)?shù)啬茉促Y源及電網(wǎng)建設(shè)條件的前提下，從投資成本、運(yùn)行維護(hù)成本及難度、建設(shè)周期及建設(shè)靈活性、環(huán)境因素和方案實(shí)施可行性全方面綜合比較后進(jìn)行選擇。自身建設(shè)電源和與大電網(wǎng)實(shí)現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)均是可供選擇的方案。

考慮與大電網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)后，仍應(yīng)充分考慮自身電源與大電網(wǎng)來電的互補(bǔ)；同時(shí)還要考慮聯(lián)網(wǎng)轉(zhuǎn)為孤網(wǎng)的可能，要保證短時(shí)孤網(wǎng)運(yùn)行的穩(wěn)定性及重要供電負(fù)荷的可靠性。建議可通過設(shè)立一些評(píng)價(jià)指標(biāo)，如經(jīng)濟(jì)指標(biāo)、可靠性指標(biāo)、技術(shù)指標(biāo)和環(huán)境指標(biāo)等，對(duì)供電解決方案進(jìn)行合理的評(píng)價(jià)[9-10]。

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Building local power station and integrating with the other power grid are the alternative solutions for power supply problems of the independent power grid in the remote areas. The best option should be adopted after a number of comprehensive comparisons combined with local energy resources and power grid construction conditions. Taking Ali Power Grid of Tibet for example, the solutions for power supply problems are analyzed and compared according to the energy resources, power grid status and development planning of the power grid. The recommended schemes are put forward and the related problems are summarized finally.

remote independent power grid; power supply problems; interconnection; local power station

TM727

A

1003-6954(2017)05-0018-04

何志強(qiáng)(1979),高級(jí)工程師、碩士,主要從事西藏電力系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計(jì)工作。

2017-06-27)