張海龍，趙言穩(wěn)

(1.西藏開發(fā)投資集團有限公司，西藏 拉薩 850000；2.四川省港航開發(fā)有限責(zé)任公司，四川 成都 610072)

在國家提倡節(jié)能減排，大力發(fā)展太陽能發(fā)電、風(fēng)電、生物質(zhì)能發(fā)電等新能源的情況下，具有較好調(diào)節(jié)性能的水電站將責(zé)無旁貸地?fù)?dān)當(dāng)系統(tǒng)調(diào)峰、備用的重任[1]。合理確定裝機規(guī)模，做到既不浪費水資源，又充分發(fā)揮裝機容量的規(guī)模效益，從電力系統(tǒng)調(diào)峰需求，綜合分析增加裝機容量的得與失，需要科學(xué)發(fā)展的觀點不斷完善和改進裝機容量優(yōu)化比選方法[2- 3]。利用水電站調(diào)節(jié)速度快，調(diào)峰、調(diào)頻性能佳等優(yōu)勢，在水電站裝機容量確定過程中，改變現(xiàn)有水電裝機容量確定中的有關(guān)問題，從當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)需求和社會效益最大化的角度考慮，適當(dāng)增加水電站的調(diào)峰容量是十分有利的[4]。尤其在西藏偏遠地區(qū)，環(huán)境條件差，工程建設(shè)難度大，按照長遠的電力電量發(fā)展需求研究最優(yōu)的裝機規(guī)模，可避免建設(shè)成后擴容帶來的各類困難和風(fēng)險。根據(jù)劉威[5]對西藏水光互補發(fā)電研究現(xiàn)狀的介紹，目前，西藏地區(qū)缺乏水光互補發(fā)電的開發(fā)利用。充分利用西藏地區(qū)豐富的太陽能優(yōu)勢資源，積極探索發(fā)展水光多能互補的清潔能源利用模式，既是改善能源結(jié)構(gòu)、保障能源安全、推動生態(tài)文明建設(shè)的重要任務(wù)[6]，也是西藏偏遠地區(qū)緩解電力需求增長、保護青藏高原生態(tài)環(huán)境的必然選擇。

西藏阿里地區(qū)電網(wǎng)長期孤網(wǎng)運行，電源裝機容量不足、出力受限，長期“以供定需”制約了用電需求的合理增長。結(jié)合阿里地區(qū)豐富的太陽能資源，從資源利用的合理性、增加系統(tǒng)調(diào)節(jié)能力和調(diào)峰能力、優(yōu)化系統(tǒng)電源結(jié)構(gòu)、維持電網(wǎng)長期穩(wěn)定運行、環(huán)境保護以及經(jīng)濟效益角度分析，“調(diào)節(jié)水庫電站+光伏”的水光互補能源體系是阿里地區(qū)最適合的電源建設(shè)方案。

1 供電地區(qū)負(fù)荷預(yù)測及電力市場空間

1.1 電源現(xiàn)狀

截止目前，阿里電網(wǎng)總裝機規(guī)模為4.46萬kW，其中水電0.64萬kW，占14.3%；光伏1.0萬kW，占22.4%；柴油機組2.82萬kW，占63.2%。電網(wǎng)有效輸出容量約1.23萬kW，其中：水電0.64萬kW，柴油機組0.59萬kW。存在著電源建設(shè)不足，枯水期缺電嚴(yán)重，柴油發(fā)電成本高，電網(wǎng)供電可靠性差等問題。

1.2 負(fù)荷預(yù)測

根據(jù)阿里地區(qū)經(jīng)濟社會發(fā)展規(guī)劃及相關(guān)部門的分析預(yù)測，充分考慮地區(qū)產(chǎn)業(yè)發(fā)展、電網(wǎng)擴建、用電人口增加等對負(fù)荷水平的影響，阿里電網(wǎng)負(fù)荷需求預(yù)測成果見表1。

表1 西藏阿里電網(wǎng)負(fù)荷需求預(yù)測成果

1.3 電力空間分析

根據(jù)預(yù)測的最大負(fù)荷，考慮負(fù)荷備用和事故備用容量需求，預(yù)計2025年、2030年系統(tǒng)電力缺口達3.735萬、5.33萬kW。從系統(tǒng)長遠發(fā)展的角度，若已建柴油機組僅作應(yīng)急電源，事故備用由水電承擔(dān)，則2025、2030年系統(tǒng)電力缺口達4.325萬、5.92萬kW，即阿里電網(wǎng)近、遠期需投入約4.3萬、6萬kW左右的水電裝機。阿里電網(wǎng)電力市場空間分析見表2。

表2 西藏阿里電網(wǎng)電力市場空間分析表 單位：萬kW

2 阿里電網(wǎng)電源優(yōu)選

隨著阿里地區(qū)經(jīng)濟社會快速發(fā)展和人民生活水平的不斷提高，電力系統(tǒng)用電大幅增長，特別是高峰用電負(fù)荷增長較快，系統(tǒng)迫切需要更多的調(diào)峰容量。為滿足阿里地區(qū)近中期的電力需求，按同等程度滿足阿里地區(qū)2025年的電力需求，初擬7組電源建設(shè)方案進行分析論證。詳見表3。

表3 阿里電網(wǎng)可能的電力供應(yīng)方案(2025年)

綜合比較分析，加快具有調(diào)節(jié)性能的水電站開發(fā)建設(shè)，并配備一定規(guī)模的光伏電站是阿里地區(qū)解決電力緊缺、保證電網(wǎng)穩(wěn)定經(jīng)濟運行的最優(yōu)方案。

3 阿青水電站裝機容量選擇

3.1 裝機容量方案擬定

阿青水電站是西藏阿里地區(qū)不可多得的年調(diào)節(jié)電站，調(diào)節(jié)性能好、裝機規(guī)模大，可擔(dān)任系統(tǒng)調(diào)峰、事故備用等任務(wù)。裝機容量的選擇首先根據(jù)電站自身的特性、供電系統(tǒng)的特性以及在供電系統(tǒng)中的作用，確定方案的比較范圍[7- 8]。同時，立足于合理利用水能資源、充分發(fā)揮電站在系統(tǒng)中的調(diào)峰作用和容量效益，挖掘其潛力并充分利用當(dāng)?shù)貎?yōu)勢光伏資源，滿足阿里電網(wǎng)近遠期(2022—2032)電力電量需求分析，擬定3.3萬、4.2萬、5.1萬、6萬kW四個裝機容量方案進行比較，考慮水光互補運行，各方案相應(yīng)配套的光伏電站規(guī)模為1萬、2萬、3.5萬、5萬kW。

3.2 電力電量平衡分析

根據(jù)阿里地區(qū)能源資源分布特點和開發(fā)利用條件，從調(diào)整系統(tǒng)電源結(jié)構(gòu)，維護系統(tǒng)穩(wěn)定運行及優(yōu)化電源的角度考慮，本次參與阿里電網(wǎng)電力電量平衡的電源僅考慮獅泉河水電站、阿青水電站作為骨干電源，2020年并入阿里電網(wǎng)的3個地方小水電也參與系統(tǒng)電力電量平衡；光伏電站僅參與電量平衡(2025年僅考慮已建1萬kW、2032年考慮新增光伏)；已建燃油機組僅作為應(yīng)急電源，不參與系統(tǒng)電力電量平衡。

阿里電網(wǎng)總體上存在電力供應(yīng)豐多枯少與電力需求豐小枯大的矛盾，枯水期入庫水量較小時，系統(tǒng)出現(xiàn)無足夠水量支撐水電調(diào)峰容量的現(xiàn)象，電力嚴(yán)重不足。采用“阿青水庫電站+光伏”的電力供應(yīng)模式，是最優(yōu)的供電保障方案?？菟诎⑶嗨娬镜恼{(diào)節(jié)庫容已基本完全利用，沒有富余的季調(diào)節(jié)以上庫容來進行水光互補，但基本不影響水電站送出方式和日內(nèi)水量調(diào)節(jié)。因此，阿青水電站與光伏電站只能在日內(nèi)進行水光互補運行，以提高阿青水電站的調(diào)峰能力[9]。白天光伏電站集中發(fā)電時段系統(tǒng)內(nèi)水電站僅發(fā)基荷，水庫電站在相應(yīng)時段內(nèi)減小出力(僅發(fā)基荷)、蓄水儲能；其余時段系統(tǒng)內(nèi)容量和電量需求均由水電站(主要是阿青水電站)滿足。光伏電站夜間或極端天氣情況下的出力空缺和出力不穩(wěn)定，由阿青水電站補充。2025、2032年水平阿里電網(wǎng)枯水年電量平衡成果分析見表4—5及圖1—2所示。

圖1 阿里電網(wǎng)2025年水平電力電量 平衡圖(枯水期)

圖2 阿里電網(wǎng)2032年水平電力電量 平衡圖(枯水期)

表4 2025年水平各裝機容量方案電量平衡成果表(枯水年) 單位：萬kW

表5 2032年水平各裝機容量方案電量平衡成果表(枯水年) 單位：萬kW

近期枯水年平衡成果表明阿青水電站各方案枯期均缺電量，與已建的1萬kW光伏電站進行日內(nèi)水光互補后，各方案均滿足系統(tǒng)電量需求。遠期枯水年平衡成果表明阿青水電站各方案枯期均缺電量，與配套的光伏電站進行日內(nèi)水光互補后，僅阿青裝機容量6萬kW配套光伏5萬kW方案能滿足系統(tǒng)電量需求，其余3方案均需燃機補充電量。

3.3 裝機容量選擇

3.3.1系統(tǒng)調(diào)峰需求分析

阿青水電站全年均可承擔(dān)系統(tǒng)的調(diào)峰任務(wù)，且在汛期和非汛期均是系統(tǒng)中的主力調(diào)峰電源，并承擔(dān)系統(tǒng)的事故備用，同時與光伏電站配合運行，光伏電站提供電量，阿青水電站承擔(dān)調(diào)峰任務(wù)，水光互補，共同構(gòu)建低運行成本的清潔能源體系。阿青水電站投產(chǎn)初期，盡管電站裝機容量暫時不能完全發(fā)揮作用，但隨著阿里地區(qū)負(fù)荷的快速增長，阿青水電站作為系統(tǒng)中重要的調(diào)峰、調(diào)頻骨干電源，其容量作用非常重要，適當(dāng)增加裝機規(guī)模，對于保障阿里電網(wǎng)電力供應(yīng)是有利的。

3.3.2動能經(jīng)濟指標(biāo)分析

調(diào)節(jié)計算成果表明，各裝機容量方案的水資源利用已較充分，通過增大裝機來提高水能資源利用的作用較小。從補充單位千瓦投資看，各方案間補充單位千瓦投資在22167～3799元之間，均遠低于各方案本身的單位千瓦投資，說明裝機容量增加所產(chǎn)生的投資費用相比工程投資甚微，增加裝機容量是有利的。各裝機容量方案考慮水光互補后方案間補充單位電能投資分別為13.58、16.84、11.77元，均低于各方案本身的單位電能投資，說明增大裝機容量是經(jīng)濟的。

3.3.3工程量及工程投資分析

各裝機容量方案僅在廠房布置及引水岔管布置上有所差異，技術(shù)難度基本相當(dāng)。工程量和投資隨裝機容量的增大而增加，各方案的工程靜態(tài)總投資分別為241623.41萬、255084.48萬、264674.89萬、268094.11萬元。

3.3.4機電及金屬結(jié)構(gòu)情況分析

四個裝機容量方案機組參數(shù)基本在同一水平、電氣設(shè)備參數(shù)差別不大，設(shè)備選型、閘門和啟閉機設(shè)計、制造及運輸安裝之間的差異甚微，不影響方案比選。

3.3.5容量、電量的系統(tǒng)吸收情況分析

2025水平年阿青水電站各方案與已建的1萬kW光伏電站進行日內(nèi)水光互補后，各方案電量全被系統(tǒng)吸收，均滿足系統(tǒng)需求。2032水平年阿青水電站各方案與配套的光伏電站進行日內(nèi)水光互補后，阿青裝機容量6萬kW配套光伏5萬kW方案電量全被系統(tǒng)吸收，能滿足系統(tǒng)需求。因此，阿青水電站適當(dāng)增大裝機對帶動阿里地區(qū)光伏優(yōu)勢資源、減少系統(tǒng)燃機裝機容量、保護環(huán)境是有利的。

3.3.6總費用現(xiàn)值分析

各裝機容量方案的總費用現(xiàn)值分別為30.4億、27.0億、26.0億、24.0億元，以裝機容量6萬kW方案總費用現(xiàn)值最小。從動態(tài)經(jīng)濟指標(biāo)看，裝機容量6萬kW較為合適。

4 結(jié)語

從更好地發(fā)揮阿青水電站調(diào)峰作用及效益，優(yōu)化阿里系統(tǒng)電源結(jié)構(gòu)、構(gòu)建阿里地區(qū)水光互補的清潔能源體系和穩(wěn)定的電力系統(tǒng)，滿足阿里電網(wǎng)近、遠期電力需求、保障電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行和動能經(jīng)濟指標(biāo)等方面綜合分析，適當(dāng)擴大裝機規(guī)模略優(yōu)。因此，推薦阿青水電站裝機容量為6萬kW更為合適。

西藏地區(qū)太陽能資源豐富，在水電開發(fā)過程中，尤其具有調(diào)節(jié)能力的水電資源，應(yīng)當(dāng)充分挖掘其水庫調(diào)峰潛力并利用好當(dāng)?shù)靥柲軆?yōu)勢資源，積極探索太陽能資源與水電開發(fā)互補運行的新舉措。

進一步提高水電站的調(diào)峰能力、發(fā)揮水庫效益，協(xié)同推進區(qū)域水光互補建設(shè)模式，為當(dāng)?shù)貥?gòu)建水光互補的清潔能源體系和穩(wěn)定的電力系統(tǒng)創(chuàng)造條件。