邊遠地區局域電網供電問題研究

， ，，，， (.中國電力工程顧問集團西南電力設計院有限公司,四川 成都 600；.國網西藏電力有限公司,西藏 拉薩 850000)

邊遠地區局域電網供電問題研究

何志強1，鄭勇1，張立鋒2，益西措姆2，晏小彬1，范宇1
(1.中國電力工程顧問集團西南電力設計院有限公司,四川 成都 610021；2.國網西藏電力有限公司,西藏 拉薩 850000)

邊遠地區局域電網供電問題可供選擇的解決方案有建設當地電源和與其他電網聯網兩類，需要結合當地能源資源及電網建設條件進行多方面綜合比較后采納最優方案。以西藏阿里電網為例，根據其能源資源和電網現狀及發展規劃，對其供電問題解決方案進行了分析比較，最后提出推薦方案并對相關問題進行了總結。

邊遠局域電網；供電問題；聯網；本地電源

0 引 言

目前，中國絕大部分區域已經被大電網覆蓋，但是在一些邊遠海島、邊防地區和西部邊遠山區仍然存在獨立供電的局域電網，主要采用柴油機、小水電或者風光儲系統進行供電。隨著局域電網用電負荷的增加及其對供電可靠性要求的提高，加之大電網向這些區域周邊地區的進一步延伸，選擇自身建設電源繼續保持孤網運行還是與大電網實現聯網是值得研究的問題。

邊遠地區局域電網本質上屬于微電網。目前關于微電網規劃的研究已有很多，其研究主要集中在可再生能源代替傳統能源發電組成孤立系統，如許多文獻對獨立運行的風力發電、光伏發電、風光互補發電的小型孤立系統做了研究，重點探討了小型孤立系統的可靠性計算和能源優化配置問題[1-2]。現有研究成果表明，將微電網接入大電網運行，也是發揮微電網效能的重要手段之一。最終需要結合當地用電需求、能源資源及電網建設條件進行多方面綜合比較后采納最優方案。下面將以西藏阿里電網為例，根據其能源資源和電網現狀及發展規劃，對其供電問題解決方案進行了分析比較，最后提出推薦方案并對相關問題進行了總結。

1 阿里地區電力系統概況

1.1 能源資源和主要電源現狀

阿里地區的能源資源種類較多，其中水能、太陽能、風能和地熱能[2]較為豐富，煤炭、天然氣等化石能源則較為貧乏。

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

1.2 電網現狀

目前，西藏自治區形成了覆蓋拉薩、山南、日喀則、那曲、林芝5個地市的西藏中部電網和昌都、阿里共“一大二小”3個地市級獨立電網以及由農村小水電、太陽能光伏電站供電的眾多獨立小電網和分散戶用系統，構成了大電網供電和分散獨立電源供電相結合，多能互補的供電格局。

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

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

“十三五”期間阿里電網覆蓋范圍將擴大到全部7個縣。由于負荷快速增長，阿里電網電力供需矛盾將十分突出。

1.3 電網規劃簡述[3]

1)負荷預測

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

2)電源規劃

阿里電網2017年規劃投產阿里熱電聯產項目(12 MW)；2020年左右將投產阿青電站(4×8.25 MW)，新增裝機33 MW。

“十三五”以后阿里電網暫無明確的規劃電源投產。

3)電力供需平衡

根據阿里電網負荷預測和電源規劃，其電力電量平衡結果見表1和表2。為便于聯網方案與其他建設電源方案進行比較，同時考慮到規劃電源的不確定性，平衡只納入現狀電源。從電力平衡結果來看，如果只考慮現狀電源，阿里電網缺電問題將十分嚴重。

表1 阿里電網電力平衡

表2 阿里電網電量平衡

1.4 可選電源概況

根據阿里地區能源資源狀況，除阿青水電站外，暫無其他規劃水電電源；再建設柴油機組存在可能性；建設地熱電站和光熱電站作為主力電源理論上是可行的，但由于目前前期工作開展程度較低，其開發存在一定的不確定性。

2 阿里電網供電問題解決方案研究

2.1 概述

根據前述阿里電網電力空間分析計算結果，如果只考慮現狀電源，“十三五”期及以后阿里電網將一直存在電力缺額。

除本地建設電源外，解決阿里電網供電問題可供選擇的方案還包括與其他電網聯網[5-8]。與阿里電網毗鄰的新疆電網和西藏中部電網規模均為阿里電網的數十倍以上，具備補充其電力缺額的條件。

2.2 電源建設方案選擇

1)建設熱電聯產機組

阿里熱電聯產項目初期建設規模為2×6 MW，最大可用出力為9.5 MW。為滿足直到2030年阿里電網負荷發展需要，需至少分批投產6臺6 MW機組。

建設阿里熱電聯產項目存在的問題是需要解決煤炭運輸和電廠運行過程中的環保問題。

2)建設地熱電站機組

可以根據阿里電網電力空間分批分步建設地熱機組。阿里地區建設地熱電站存在的問題是地熱資源未探明，具體開發方案無法確定。

3)建設太陽能熱機組

阿里地區建設光熱電站的問題在于阿里電網所需容量相對較小，而一般太陽能熱發電需要大規模建設才能降低單位造價，此外阿里地區建設光熱電站采用何種技術還需要進一步研究。

4)建設水電機組

除阿青水電站外，阿里地區暫無其他較大規模的規劃水電電源。

建設阿青水電站存在如下問題：

①建設周期較長，不能及時滿足阿里電網負荷發展需要；

②由于阿里電網規模相對阿青水電站容量較小，阿青水電站投產后較長時間內存在大量棄水的問題；

③由于長期棄水，阿青水電站實際單位成本電價將大大提高。按照運行期內年均棄水電量60%考慮，其單位成本電價將增加到6.9元/kWh左右。

5)燃油機組開機方案

根據阿里電網電力市場空間分析結果，阿里地區柴油機組全部修復后，可滿足阿里電網直到2020年的電力負荷發展需求。

根據目前運行資料，按年運行小時數1 000～3 000 h考慮，其單位成本電價約為4.0～5.0元/kW。

阿里地區燃油機組開機存在如下問題：

①運行成本較高，長期需要對其進行燃油補貼。

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

③燃油機組的運行會產生碳煙排放，將會帶來環保問題。

2.3 聯網方案選擇

1)聯網方向分析

根據周邊電網現狀及規劃，阿里電網與其他電網聯網，有3個可能的方向。

①通過日喀則電網與西藏中部電網相連。

其一是經門士鄉通過仲巴縣與西藏中部電網相連(噶爾縣門士鄉到日喀則仲巴縣帕羊區公路距離370 km)。

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

②通過南疆三地州電網與新疆電網相連。

相比之下與新疆電網聯網方案線路距離遠長于其他兩個方案，可行性明顯較低。

與西藏中部電網聯網兩個方案中，通過仲巴縣與西藏中部電網聯網實際聯網距離短，并且建設條件相對較好。相比之下，通過薩嘎縣與西藏中部電網聯網方案中聯網線路有明顯較大迂回，線路建設條件也相對惡劣。綜合考慮后，推薦經門士鄉通過仲巴縣與西藏中部電網聯網為阿里電網與外區電網聯網方向。

2)聯網方式分析

從聯網距離來看，推薦方案中阿里電網與外區聯網的距離在370 km左右。從送電容量來看，到2030年阿里電網最大電力負荷也不到40 MW。

從聯網距離和送電容量的角度分析，阿里電網實現與外區聯網有直流聯網和交流聯網兩個可能的方式。

對于直流聯網方式，存在常規直流和輕型直流兩類方案。常規直流對客觀存在端電網的系統強度有一定要求，有最低輸送有功功率限制，且其穩定運行易受交流系統影響。阿里電網自身規模較小，系統強度低，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，對受端系統強度無要求，無最低輸送有功功率限制。初步設想阿里電網與西藏中部電網聯網輕型直流聯網方案可采用±100 kV電壓等級，投資大約為29億元。

根據目前交流電網發展現狀及西藏中部電網“十三五”發展規劃，結合阿里電網可能的聯網距離和送電容量，交流聯網方案中聯網電壓等級采用220 kV可以滿足阿里電網負荷發展需要，聯網工程投資大約為7億元。

相比之下交流聯網方案總投資遠遠低于輕型直流聯網方案，送電能力可以滿足阿里電網負荷發展需要，因此推薦為阿里電網與外區電網聯網方式。

2.4 供電方案技術經濟比較

1)方案經濟性

根據方案成本電價比較結果(詳見表3)，建設熱電聯產項目和聯網方案成本電價同其他方案相比有明顯優勢。在聯網工程交換容量較大時(如按2030年缺電容量送電)，聯網方案的優勢將更加明顯。

2)建設周期

燃油機組開機方案初期只需修復阿里過渡電源故障機組。建設熱電聯產機組、建設地熱機組、建設光熱電站和聯網方案建設周期基本均在24個月以內，其差別不大。由于地處邊遠，建阿青水電站方案的建設周期最長(至少48個月)。

表3 供電方案成本電價比較表

3)環保問題

建設地熱機組、建設太陽能熱發電機組、建設水電機組利用的是清潔能源，只要采用合理的技術方案，不會帶來環保問題。與藏中電網聯網是從外區引入電力，也不會對阿里地區環境造成影響。

建設熱電聯產機組和燃油機組開機方案使用的是化石能源，其運行和運輸過程中有可能會對環境造成污染。

4)建設方案靈活性

可根據阿里電網電力空間分批分步建設地熱機組和熱電聯產機組，建設方案較為靈活。

一般太陽能熱發電需要大規模建設才能降低單位造價。阿里電網初期建設1臺10～15 MW的太陽能熱機組，后期適時建設第2臺機組，可滿足到2030年電力負荷發展的需要。

分期分批投產水電機組對降低工程造價沒有明顯意義，其建設靈活性相對較差。

由于本身送電容量不大，聯網方案分期建設其總投資也不會有顯著下降，因此其建設靈活性也相對較差。

2.5 推薦供電問題解決方案

根據各方案技術經濟比較結果，作為阿里地區供暖項目的配套，阿里熱電聯產機組具有經濟性較優、建設周期短、建設方案靈活性高和技術方案及可行性較為明確的優勢，因此推薦作為阿里電網近期電源建設方案。

聯網方案由于經濟性相對較好，建設周期較短，可大大提高阿里電網供電可靠性，能應對電源建設進度的不確定性，建成后可以從根本上解決阿里電網用電問題，因此推薦為阿里地區“十三五”期及以后供電解決方案。

3 結 語

邊遠地區局域電網供電問題最終解決方案需要在充分考慮用電需求和當地能源資源及電網建設條件的前提下，從投資成本、運行維護成本及難度、建設周期及建設靈活性、環境因素和方案實施可行性全方面綜合比較后進行選擇。自身建設電源和與大電網實現聯網均是可供選擇的方案。

考慮與大電網聯網后，仍應充分考慮自身電源與大電網來電的互補；同時還要考慮聯網轉為孤網的可能，要保證短時孤網運行的穩定性及重要供電負荷的可靠性。建議可通過設立一些評價指標，如經濟指標、可靠性指標、技術指標和環境指標等，對供電解決方案進行合理的評價[9-10]。

[1] 陳一誠，王志新.適用于海島的獨立供電電源規劃設計[J].電網與清潔能源,2013,29(4):78-84.

[2] 吳濤濤，趙宏偉，李偉.基于分布式電源的孤立系統規劃初探[J].繼電器,2007,35(8):31-36.

[3] 國網西藏電力有限公司，西南電力設計院.西藏電網“十三五”發展規劃[R].2015.

[4] 廖忠禮，廖光宇，潘桂棠,等.西藏阿里地熱資源的分布特點及開發利用[J].中國礦業， 2005，14(8): 43-46.

[5] 李駢文，陳冠南.西北電網與周邊電網的聯網規劃[J].中國電力，2000，33(7)：52-54.

[6] 黃明良，張衛東.西北與華中電網多點聯網有關問題探討[J].中國電力，2007，40(11)：46-50.

[7] 張育英，全國聯網戰略方案的探討[J].電網技術，1998，22(4)：56-59.

[8] 何志強，扎西，鄭勇，等.西藏昌都電網聯網方案探討[J].四川電力技術,2011,34(4):77-79.

[9] 曹智平，周力行，張艷萍,等.基于供電可靠性的微電網規劃[J].電力系統保護與控制,2015,43(14):10-15.

[10] 符楊，黃旭峰，李振坤.微電網電源的規劃體系[J].上海電力學院學報,2011,27(5):477-481.

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(1979),高級工程師、碩士,主要從事西藏電力系統規劃設計工作。

2017-06-27)