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)點城市之一、省域副中心城市之一、中國最早設(shè)立的四個經(jīng)濟特區(qū)之一,位于廣東省中南部,東與香港、深圳隔海相望,南與澳門相連,陸地面積屬廣東省最小,但海洋面積是珠三角中最大、島嶼最多、海岸線最長的城市,素有"百島之市"之稱。

珠海市海島最多的地區(qū)就是珠江入?？诘暮u,1998年國家批準將珠江入海口的海島全部劃歸萬山海洋開發(fā)試驗區(qū)(以下簡稱萬山群島)。萬山群島是我國首個由地方自主性開發(fā)的海洋綜合開發(fā)試驗區(qū)。近年來珠海市圍繞該區(qū)海洋綜合開發(fā)為主題,以開發(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,萬山群島5個有常住人口的島嶼,依靠柴油機自行供電。隨著居民生活水平的提高,負荷不斷增加,而油價不斷上漲造成電價偏高,加上電能質(zhì)量較差等問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。

1萬山群島概況及供電現(xiàn)狀

1.1萬山群島概況及負荷情況

萬山群島目前擁有大小島嶼106個,常住人口約7000人,大致分為五大島群:以外伶仃島、三門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、大萬山島、小萬山島等組成的萬山列島: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、大萬山島、擔(dān)桿島等。島嶼較分散,且距離大陸較遠,最近的東澳島距離珠海市橫琴新區(qū)有17km,最遠的擔(dān)桿島距離珠海香洲區(qū)的吉大社區(qū)有65km。

萬山群島雖然海島眾多,但有常住人口的島嶼只有5個,即大萬山島(萬山鎮(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。改革開放后,隨著海島居民生活水平的提高,海島上的居民用電負荷與日俱增。該5個主要島嶼的負荷情況如表1所示。

1.2萬山群島電源及電網(wǎng)現(xiàn)狀

桂山島、外伶仃島、大萬山島、擔(dān)桿島和東澳島的電網(wǎng)現(xiàn)狀為各自獨立的電網(wǎng)。目前萬山區(qū)主要電源多數(shù)為柴油發(fā)電機組發(fā)電,僅東澳島有部分使用太陽能發(fā)電,桂山島為海上風(fēng)機發(fā)電,擔(dān)桿島部分有海浪潮汐發(fā)電。

表1  5個主要島嶼的負荷情況及預(yù)測

2萬山群島預(yù)計供電方案

2.1電源資源分析

在太陽能資源方面:萬山群島地理位置處于太平洋,屬于南亞熱帶和熱帶過渡型海洋性氣候,地處我國太陽能開發(fā)的一般帶。年均每天日照時數(shù)為2000h,太陽每年輻射總量為4600MJ/m2,屬于太陽能輻射四類地區(qū),只能應(yīng)用小型太陽能光伏發(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,太陽能總裝機量預(yù)計將達到1.04Mw,與此同時在建的一批太陽能屋頂項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級以上,每月平均風(fēng)功率密度在400w/m2左右。據(jù)估計,萬山群島每年有效發(fā)電時間約7500h,大約占全年時間約85%左右,開發(fā)潛力巨大。廣東省也正在遵照發(fā)改委、能源局指示進行海上風(fēng)電場規(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臺單機容量3Mw和3臺單機容量6Mw的海上風(fēng)機。預(yù)計總規(guī)劃裝機容量為250Mw,具備較好的開發(fā)潛力,可作為主要電源進行開發(fā)。

柴油發(fā)電機資源及蓄電池資源:目前全部萬山群島共計約18.5kw柴油發(fā)電機輸出量,其中70%為部分大酒店及部隊自備電源,很難滿足電源要求,將來只能作為備用應(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,但裝機容量太小,不能滿足全島使用需求。擔(dān)桿島多使用柴油發(fā)電機供電。

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)濟上分析,雖然采取"手拉手"接線形式較為經(jīng)濟,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化配置下的"樹狀放射性"接線形式,選取建設(shè)室內(nèi)開關(guān)站及電房作為電網(wǎng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)。同步考慮自動化通信設(shè)備,甚至考慮監(jiān)控設(shè)備,減少后期巡視維護成本。

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

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

外伶仃島:外伶仃島雖然以開發(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)及運行維護難度都比較大。預(yù)測其應(yīng)該與擔(dān)桿島一樣構(gòu)建"風(fēng)、光、柴、儲"互補的獨立型海島微電網(wǎng)。

桂山島、東澳島、大萬山島:此三島應(yīng)該綜合進行考慮。此三島都為旅游資源開發(fā)島嶼,目前均已有高端酒店入住,日后預(yù)計將會有更多旅游資源投入,應(yīng)作為重點供電區(qū)域。地形上分析,其距離大陸均在30km以內(nèi),應(yīng)該考慮由大陸供電,可以保障電能的持續(xù)穩(wěn)定。可以桂山島或桂山海域某島作為負荷分配中心,建設(shè)變電站及配電中心開關(guān)站,以110kV海纜連接珠海香洲大陸。再由10kV或35kV海纜連接?xùn)|澳島及大萬山島。后期考慮負荷增長和可靠性問題,可由珠海橫琴的大陸通過高壓海纜連接到東澳島形成雙電源供電,還與原有的風(fēng)電形成三電源互補優(yōu)勢。

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題

無論是微電網(wǎng),還是與大陸聯(lián)網(wǎng),都有“風(fēng)能、光能、柴能、儲能"的加入,這些能源的電能質(zhì)量、市場控制和保護方面的問題和技術(shù)措施還是需要特別注意的,另外設(shè)計方面也要充分對其進行考慮。電網(wǎng)電源數(shù)量方面的增加,對配電系統(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)計方法不再適用。因此,迫切需要新的規(guī)劃方法進行合理規(guī)劃、設(shè)計電源類型和安裝地點,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)模式下對現(xiàn)有電力市場交易機制的影響,建立新型的供電交易管理體系,完善相應(yīng)的電力法規(guī),降費增效。以能源利用轉(zhuǎn)化效率最大化為目標,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、儲能系統(tǒng)的有功功率、可調(diào)電容器組投入的無功補償量等作為可控變量,建立電網(wǎng)優(yōu)化運行的模型,最大限度利用再生能源,保證其自身運行的經(jīng)濟性,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。

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

4結(jié)語

根據(jù)上文分析,初步對珠海萬山區(qū)的供電情況展開了預(yù)測。結(jié)合海上風(fēng)電規(guī)劃,通過桂山島將東澳、萬山通過風(fēng)電場的外送線路與主系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng),遠期隨著經(jīng)濟發(fā)展,會將外伶仃島、擔(dān)桿島也聯(lián)入電網(wǎng),實現(xiàn)萬山五島獨立電網(wǎng)與主系統(tǒng)的連接,提高供電可靠性。