淺析珠海市各海島供電方案及電網(wǎng)結(jié)構(gòu)的研究預(yù)判

引言

廣東省珠海市作為珠江口西岸的核心城市,是珠江三角洲中心城市之一、粵港澳大灣區(qū)重要節(jié)點(diǎn)城市之一、省域副中心城市之一、中國(guó)最早設(shè)立的四個(gè)經(jīng)濟(jì)特區(qū)之一,位于廣東省中南部,東與香港、深圳隔海相望,南與澳門(mén)相連,陸地面積屬?gòu)V東省最小,但海洋面積是珠三角中最大、島嶼最多、海岸線最長(zhǎng)的城市,素有"百島之市"之稱(chēng)。

珠海市海島最多的地區(qū)就是珠江入?？诘暮u,1998年國(guó)家批準(zhǔn)將珠江入?？诘暮u全部劃歸萬(wàn)山海洋開(kāi)發(fā)試驗(yàn)區(qū)(以下簡(jiǎn)稱(chēng)萬(wàn)山群島)。萬(wàn)山群島是我國(guó)首個(gè)由地方自主性開(kāi)發(fā)的海洋綜合開(kāi)發(fā)試驗(yàn)區(qū)。近年來(lái)珠海市圍繞該區(qū)海洋綜合開(kāi)發(fā)為主題,以開(kāi)發(fā)旅游為最終目的,從而改善島上群眾的生產(chǎn)、生活條件,努力改善投資生活環(huán)境。政府做了一系列工作,強(qiáng)化水、電和交通等基礎(chǔ)設(shè)施的規(guī)劃建設(shè)工作。目前,萬(wàn)山群島5個(gè)有常住人口的島嶼,依靠柴油機(jī)自行供電。隨著居民生活水平的提高,負(fù)荷不斷增加,而油價(jià)不斷上漲造成電價(jià)偏高,加上電能質(zhì)量較差等問(wèn)題一直制約著海島發(fā)展,亟需用新的供電方案代替現(xiàn)有供電模式。

1萬(wàn)山群島概況及供電現(xiàn)狀

1.1萬(wàn)山群島概況及負(fù)荷情況

萬(wàn)山群島目前擁有大小島嶼106個(gè),常住人口約7000人,大致分為五大島群:以外伶仃島、三門(mén)島等組成的外伶仃島群:以桂山島、蜘洲島、三角島等組成的桂山島群:以東澳島、大萬(wàn)山島、小萬(wàn)山島等組成的萬(wàn)山列島:以廟灣島為中心的蓬佳列島及擔(dān)桿列島。其中主要島嶼有桂山島、外伶仃島、東澳島、廟灣島、大萬(wàn)山島、擔(dān)桿島等。島嶼較分散,且距離大陸較遠(yuǎn),最近的東澳島距離珠海市橫琴新區(qū)有17km,最遠(yuǎn)的擔(dān)桿島距離珠海香洲區(qū)的吉大社區(qū)有65km。

萬(wàn)山群島雖然海島眾多,但有常住人口的島嶼只有5個(gè),即大萬(wàn)山島(萬(wàn)山鎮(zhèn)政府所在地)、外伶仃島(擔(dān)桿鎮(zhèn)政府所在地)、桂山島(桂山鎮(zhèn)政府所在地)、擔(dān)桿島和東澳島。改革開(kāi)放后,隨著海島居民生活水平的提高,海島上的居民用電負(fù)荷與日俱增。該5個(gè)主要島嶼的負(fù)荷情況如表1所示。

1.2萬(wàn)山群島電源及電網(wǎng)現(xiàn)狀

桂山島、外伶仃島、大萬(wàn)山島、擔(dān)桿島和東澳島的電網(wǎng)現(xiàn)狀為各自獨(dú)立的電網(wǎng)。目前萬(wàn)山區(qū)主要電源多數(shù)為柴油發(fā)電機(jī)組發(fā)電,僅東澳島有部分使用太陽(yáng)能發(fā)電,桂山島為海上風(fēng)機(jī)發(fā)電,擔(dān)桿島部分有海浪潮汐發(fā)電。

表1  5個(gè)主要島嶼的負(fù)荷情況及預(yù)測(cè)

2萬(wàn)山群島預(yù)計(jì)供電方案

2.1電源資源分析

在太陽(yáng)能資源方面:萬(wàn)山群島地理位置處于太平洋,屬于南亞熱帶和熱帶過(guò)渡型海洋性氣候,地處我國(guó)太陽(yáng)能開(kāi)發(fā)的一般帶。年均每天日照時(shí)數(shù)為2000h,太陽(yáng)每年輻射總量為4600MJ/m2,屬于太陽(yáng)能輻射四類(lèi)地區(qū),只能應(yīng)用小型太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)。在目前東澳島剛建成的光伏建筑一體化工程中,太陽(yáng)能總裝機(jī)量預(yù)計(jì)將達(dá)到1.04Mw,與此同時(shí)在建的一批太陽(yáng)能屋頂項(xiàng)目中有一部分也已經(jīng)并網(wǎng)發(fā)電。

在風(fēng)力資源方面:萬(wàn)山群島地理位置處于珠江入?？?屬于風(fēng)力資源豐富區(qū),特別是桂山島和東澳島為開(kāi)發(fā)利用風(fēng)力資源非常理想的區(qū)域,每年平均風(fēng)速在7～8級(jí)以上,每月平均風(fēng)功率密度在400w/m2左右。據(jù)估計(jì),萬(wàn)山群島每年有效發(fā)電時(shí)間約7500h,大約占全年時(shí)間約85%左右,開(kāi)發(fā)潛力巨大。廣東省也正在遵照發(fā)改委、能源局指示進(jìn)行海上風(fēng)電場(chǎng)規(guī)劃建設(shè)工作。此前表明東澳島與桂山島之間的海域風(fēng)資源條件和海上基建條件都非常好,目前桂山島海域已建成34臺(tái)單機(jī)容量3Mw和3臺(tái)單機(jī)容量6Mw的海上風(fēng)機(jī)。預(yù)計(jì)總規(guī)劃裝機(jī)容量為250Mw,具備較好的開(kāi)發(fā)潛力,可作為主要電源進(jìn)行開(kāi)發(fā)。

柴油發(fā)電機(jī)資源及蓄電池資源:目前全部萬(wàn)山群島共計(jì)約18.5kw柴油發(fā)電機(jī)輸出量,其中70%為部分大酒店及部隊(duì)自備電源,很難滿(mǎn)足電源要求,將來(lái)只能作為備用應(yīng)急電源使用。

海浪潮汐資源:目前擔(dān)桿島有部分使用海浪潮汐發(fā)電,但裝機(jī)容量太小,不能滿(mǎn)足全島使用需求。擔(dān)桿島多使用柴油發(fā)電機(jī)供電。

2.2電網(wǎng)模式及接線形式分析

海島電力供應(yīng)大體分為以下幾種模式,包括與大陸聯(lián)網(wǎng)、由大陸供電、島上建設(shè)電廠、開(kāi)發(fā)光伏風(fēng)電等綠色能源為主的海島微網(wǎng)等。海島配電網(wǎng)接線形式由于地形限制,可能存在電力通道狹窄的情況。從經(jīng)濟(jì)上分析,雖然采取"手拉手"接線形式較為經(jīng)濟(jì),但可靠性得不到保障,因此不建議采用"手拉手"接線形式。建議在有條件情況下使用自動(dòng)化配置下的"樹(shù)狀放射性"接線形式,選取建設(shè)室內(nèi)開(kāi)關(guān)站及電房作為電網(wǎng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)。同步考慮自動(dòng)化通信設(shè)備,甚至考慮監(jiān)控設(shè)備,減少后期巡視維護(hù)成本。

珠海這5個(gè)島嶼究竟適合哪種供電模式及接線形式,下面將逐一進(jìn)行分析預(yù)測(cè)。

擔(dān)桿島:由于其10年內(nèi)未有旅游開(kāi)發(fā)規(guī)劃,擔(dān)桿島生態(tài)環(huán)境脆弱,島上負(fù)荷多為部隊(duì)及居民用電,近10年內(nèi)不具備大規(guī)模綜合開(kāi)發(fā)的可能性,因此其電力需求增長(zhǎng)緩慢,總量不大。其次其距離大陸過(guò)于遙遠(yuǎn),海纜施工敷設(shè)及運(yùn)行維護(hù)難度都比較大,經(jīng)濟(jì)效益低。預(yù)計(jì)其應(yīng)該繼續(xù)采用微電網(wǎng)建設(shè)和運(yùn)營(yíng),不與大陸聯(lián)網(wǎng)。建議以新能源開(kāi)發(fā)為核心,構(gòu)建以太陽(yáng)能、風(fēng)能、柴油發(fā)電及儲(chǔ)電池廠互補(bǔ)的獨(dú)立型海島微電網(wǎng)。

外伶仃島:外伶仃島雖然以開(kāi)發(fā)旅游為主,但外伶仃島距離珠海香洲大陸有50km,且其位于珠江口中間位置,洋流比較大,海纜敷設(shè)及運(yùn)行維護(hù)難度都比較大。預(yù)測(cè)其應(yīng)該與擔(dān)桿島一樣構(gòu)建"風(fēng)、光、柴、儲(chǔ)"互補(bǔ)的獨(dú)立型海島微電網(wǎng)。

桂山島、東澳島、大萬(wàn)山島:此三島應(yīng)該綜合進(jìn)行考慮。此三島都為旅游資源開(kāi)發(fā)島嶼,目前均已有高端酒店入住,日后預(yù)計(jì)將會(huì)有更多旅游資源投入,應(yīng)作為重點(diǎn)供電區(qū)域。地形上分析,其距離大陸均在30km以?xún)?nèi),應(yīng)該考慮由大陸供電,可以保障電能的持續(xù)穩(wěn)定?？梢怨鹕綅u或桂山海域某島作為負(fù)荷分配中心,建設(shè)變電站及配電中心開(kāi)關(guān)站,以110kV海纜連接珠海香洲大陸。再由10kV或35kV海纜連接?xùn)|澳島及大萬(wàn)山島。后期考慮負(fù)荷增長(zhǎng)和可靠性問(wèn)題,可由珠海橫琴的大陸通過(guò)高壓海纜連接到東澳島形成雙電源供電,還與原有的風(fēng)電形成三電源互補(bǔ)優(yōu)勢(shì)。

另一方面,桂山島風(fēng)電作為海島電源的備用,也可以反供電回大陸,使大電網(wǎng)電源更加豐富,完善了珠海電網(wǎng)沒(méi)有東面電源的情況(北面有省網(wǎng),西面有珠海電廠,南面有洪灣、望洋電廠）。

3海島供電需要注意的問(wèn)題

無(wú)論是微電網(wǎng),還是與大陸聯(lián)網(wǎng),都有“風(fēng)能、光能、柴能、儲(chǔ)能"的加入,這些能源的電能質(zhì)量、市場(chǎng)控制和保護(hù)方面的問(wèn)題和技術(shù)措施還是需要特別注意的,另外設(shè)計(jì)方面也要充分對(duì)其進(jìn)行考慮。電網(wǎng)電源數(shù)量方面的增加,對(duì)配電系統(tǒng)的電能線損、短路電流、質(zhì)量及其容量等都有非常大的影響,并且電源分布的不確定性以及一些電源(風(fēng)力能源、太陽(yáng)能源發(fā)電等）發(fā)電的不連續(xù)性,使得原有的電力系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計(jì)方法不再適用。因此,迫切需要新的規(guī)劃方法進(jìn)行合理規(guī)劃、設(shè)計(jì)電源類(lèi)型和安裝地點(diǎn),這樣才能充分發(fā)揮混合式電網(wǎng)結(jié)合的積極作用。研究混合式電網(wǎng)模式下對(duì)現(xiàn)有電力市場(chǎng)交易機(jī)制的影響,建立新型的供電交易管理體系,完善相應(yīng)的電力法規(guī),降費(fèi)增效。以能源利用轉(zhuǎn)化效率最大化為目標(biāo),把電源的有功功率、電流型逆變器接口的電流、電壓型逆變器接口的電壓、儲(chǔ)能系統(tǒng)的有功功率、可調(diào)電容器組投入的無(wú)功補(bǔ)償量等作為可控變量,建立電網(wǎng)優(yōu)化運(yùn)行的模型,最大限度利用再生能源,保證其自身運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性,減輕諧波電流、電壓的影響,改善電能質(zhì)量。要有效利用逆變器與交流電網(wǎng)連接,降低損耗。

另外還要開(kāi)展智能電網(wǎng)研究,通過(guò)采用先進(jìn)的傳感測(cè)量技術(shù)、先進(jìn)的電氣設(shè)備、先進(jìn)的控制方法以及先進(jìn)的決策支持系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)的可靠、安全、經(jīng)濟(jì)、高效、環(huán)境友好運(yùn)行,其主要特征包括自愈、激勵(lì)、抵御攻擊、容許各種不同發(fā)電形式接入、啟動(dòng)電力市場(chǎng)以及資產(chǎn)的優(yōu)化高效運(yùn)行。

4結(jié)語(yǔ)

根據(jù)上文分析,初步對(duì)珠海萬(wàn)山區(qū)的供電情況展開(kāi)了預(yù)測(cè)。結(jié)合海上風(fēng)電規(guī)劃,通過(guò)桂山島將東澳、萬(wàn)山通過(guò)風(fēng)電場(chǎng)的外送線路與主系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng),遠(yuǎn)期隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展,會(huì)將外伶仃島、擔(dān)桿島也聯(lián)入電網(wǎng),實(shí)現(xiàn)萬(wàn)山五島獨(dú)立電網(wǎng)與主系統(tǒng)的連接,提高供電可靠性。