阿里光水油互補發(fā)電系統(tǒng)目前存在問題

目前阿里地區(qū)能源資源利用存在的主要問題為：

（a）能源供應(yīng)嚴(yán)重不足。區(qū)內(nèi)清潔能源資源相對豐富，化石能源較缺乏，由于地理位置偏遠(yuǎn)、開發(fā)條件差，電源建設(shè)嚴(yán)重滯后。

（b）電網(wǎng)供電能力差。目前僅形成以獅泉河鎮(zhèn)為核心、向周邊輻射的孤立電網(wǎng)，用電人口不到地區(qū)總?cè)丝诘?0%。由于網(wǎng)架結(jié)構(gòu)薄弱、電源建設(shè)滯后、供電質(zhì)量較差，經(jīng)常拉閘限電，枯水期缺電較嚴(yán)重。

（c）傳統(tǒng)能源替代任務(wù)重。受能源供應(yīng)不足及長期形成的生活習(xí)慣影響，當(dāng)?shù)剞r(nóng)牧民主要依靠畜糞、薪柴、草皮和荊棘等作為生活和取暖燃料，致使當(dāng)?shù)乇疽严∩俚募t柳林、沙棘林等林地及草場遭到砍伐和破壞，土地沙化、退化現(xiàn)象嚴(yán)重。

（d）能源開發(fā)建設(shè)成本高。特殊的地理環(huán)境造成阿里地區(qū)能源建設(shè)成本遠(yuǎn)高于內(nèi)地，電費收入甚至難以滿足供電設(shè)施的基本運行維護(hù)。

（e）能源開發(fā)利用缺乏互濟。已建水電站裝機規(guī)模小、調(diào)節(jié)能力差，汛、枯期出力懸殊，且冬季易結(jié)冰、發(fā)電困難；太陽能多分散使用，光伏出力波動大，電網(wǎng)消納有限；應(yīng)急燃油機組發(fā)電運行成本高昂等。表面上呈多種能源利用的現(xiàn)象，但相互間缺乏補償調(diào)節(jié)。

阿里地區(qū)共轄噶爾、日土、札達(dá)、普蘭、革吉、措勤和改則7 個縣，地區(qū)行政公署設(shè)在噶爾縣獅泉河鎮(zhèn)。阿里地區(qū)可再生能源資源種類較多，而化石能源貧乏。主要能源資源分述如下：

（a）水能：區(qū)內(nèi)有大小河流80多條，湖泊60多個，水力資源理論蘊藏量480MW。獅泉河和象泉河是后續(xù)水電開發(fā)的主要河流。目前，已建最大水電站為獅泉河水電站（裝機容量6.4MW），其余縣級或鄉(xiāng)村小水電站共21座。

（b）太陽能：阿里地區(qū)太陽輻射強度大，年日照時數(shù)超過3000h，年總輻射量7000-8400MJ/m2，是世界上太陽能資源最豐富的地區(qū)之一。隨著阿里光電計劃的實施，已建立了多座鄉(xiāng)級光伏電站和戶用照

明系統(tǒng)，主要應(yīng)用于縣、鄉(xiāng)、村集中供電，以及郵電、氣象通信等方面。目前，網(wǎng)內(nèi)已建光伏電站10MW。

（c）風(fēng)能：阿里地區(qū)年平均風(fēng)速在3.2m/s 以上，年大風(fēng)日數(shù)在200d左右，風(fēng)能資源較豐富。由于風(fēng)功率密度小，風(fēng)向和風(fēng)速不穩(wěn)定，尚未建風(fēng)力發(fā)電廠。

（d）地?zé)幔含F(xiàn)已查明地?zé)崛ㄈ海?8處、其他水熱活動區(qū)21處，泉水平均溫度51.4℃，熱儲平均溫度134℃，熱儲面積47.5km2，地?zé)豳Y源較豐富。除朗久地?zé)崽锿?，大部分距人口密集區(qū)較遠(yuǎn)。朗久地?zé)犭娬居捎跓崽飬?shù)低、設(shè)備陳舊老化等原因，目前已停運。

（e）生物質(zhì)能：阿里地區(qū)森林資源較少，農(nóng)業(yè)不發(fā)達(dá)，作物秸稈少，且多作飼料，農(nóng)村燃料主要為畜糞，生物質(zhì)能十分缺乏。

（f）化石能源：區(qū)內(nèi)缺油少煤，已查明煤炭資源儲量小、煤質(zhì)差，難以滿足生活用煤的需要，燃料多從周邊省區(qū)送入。

阿里地區(qū)位于西藏的最西部，區(qū)內(nèi)高寒缺氧，自然條件惡劣，生態(tài)環(huán)境脆弱，能源資源開發(fā)條件差，電源建設(shè)嚴(yán)重不足。目前，當(dāng)?shù)貎H形成以獅泉河鎮(zhèn)為核心并向周邊縣、鄉(xiāng)輻射的孤立電網(wǎng)，網(wǎng)架結(jié)構(gòu)薄弱，電力供應(yīng)嚴(yán)重制約該地區(qū)的經(jīng)濟社會發(fā)展。阿里地區(qū)缺油少煤，水能、太陽能、風(fēng)能等清潔能源資源豐富，因地制宜，積極開發(fā)利用當(dāng)?shù)刭Y源，通過多能互補方式解決用電問題是其必然選擇。太陽能和風(fēng)能受天然條件制約，具有間歇性，鑒于電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行要求，存在并網(wǎng)困難、消納受限等問題。與獨立光伏或風(fēng)電系統(tǒng)相比，風(fēng)光互補、水光互補等發(fā)電系統(tǒng)可獲得較穩(wěn)定的功率輸出，提高設(shè)備利用率，在保證同樣供電的情況下可減少儲能設(shè)備的配置容量，降低造價。目前，國內(nèi)外關(guān)于風(fēng)光互補、風(fēng)電抽水蓄能聯(lián)合運行等方面的研究成果較多，水光互補開發(fā)模式也在不斷探索，而對小微電網(wǎng)中電源優(yōu)化及水光互補聯(lián)合運行的應(yīng)用研究不多 。

按同等程度滿足系統(tǒng)電力電量需求的原則進(jìn)行總費用現(xiàn)值計算。費用流程主要包括建設(shè)投資和運行

費、燃料費、設(shè)備更新改造投資等。基準(zhǔn)年為2014 年，折現(xiàn)率8%，經(jīng)營期30a。主要計算參數(shù)：聯(lián)網(wǎng)工程年運行費占總投資的2%；標(biāo)油耗270g/（kW·h），標(biāo)油價格12300元/t，燃油電廠經(jīng)營成本按總投資的4%計，運行10a設(shè)備更新改造1次；標(biāo)煤耗采用630g/（kW·h），標(biāo)煤價格2500元/t，燃煤電廠經(jīng)營成本按總投資的5.5%計，運行10a設(shè)備更新改造1次；水電站年運行費約占總投資的1.1%；光伏和抽水蓄能電站綜合經(jīng)營成本按總投資的1.5%計；蓄電池每5a更換1次；光熱電站經(jīng)營成本按總投資的4%計；光伏、光熱電站運行經(jīng)濟性方面：“調(diào)節(jié)水庫電站 光伏”方案總費用現(xiàn)值最小。燃油和燃煤電廠方案雖初期一次性投資較少，但年運行成本遠(yuǎn)高于其他方案，發(fā)電成本電價約4.60元/（kW·h）、2.95元/（kW·h），需國家長期給予燃料補貼才能維持正常經(jīng)營活動；光伏或光熱為主的電力供應(yīng)方案，初期一次性投資相對較大，但經(jīng)營期運行成本遠(yuǎn)低于火電廠方案，發(fā)電成本電價約1.50元/（kW·h），略低于目前阿里地區(qū)混合用電電價1.80元/（kW·h）。相比之下，阿青水電站輔以其他電源方案，雖然初期投資較大，但運行成本最低，且受物價變化影響甚微，發(fā)電成本約0.95元/（kW·h），市場承受能力較強。供電可靠性方面：區(qū)外聯(lián)網(wǎng)方案需對區(qū)內(nèi)電網(wǎng)進(jìn)一步升級改造，且完全依靠區(qū)外電力供應(yīng)，供電可靠性差。燃油、燃煤電廠方案近期年消耗燃油2.1萬t、標(biāo)準(zhǔn)煤4.8萬t，僅靠公路運輸，遇雨雪等惡劣天氣時運輸受阻，燃料供應(yīng)和運輸設(shè)備完好難以保證。根據(jù)已建燃油機組運行情況，機組故障率高，直接影響供電的可靠性。微網(wǎng)系統(tǒng)研究指出光伏等不穩(wěn)定電源在系統(tǒng)中所占比例不宜超過20%，否則需采取相應(yīng)措施以保證電力系統(tǒng)穩(wěn)定運行。光伏出力波動大，遇陰天出力不足或停運，對電網(wǎng)沖擊大；若配置蓄電池，蓄電池使用壽命約5～8a，需定期更新改造。光熱電站發(fā)電穩(wěn)定性優(yōu)于光伏，但同樣宜受天氣狀況影響而波動。調(diào)節(jié)水庫電站 光伏方案，阿青水電站作為穩(wěn)定電源進(jìn)行調(diào)節(jié)，白天光伏發(fā)電時段水電可適當(dāng)蓄水，夜間用電高峰時段增加水電出力，通過水光互補運行將顯著提高供電可靠性，改善電網(wǎng)電能質(zhì)量。運行維護(hù)方面：區(qū)外聯(lián)網(wǎng)方案輸電線路途經(jīng)高海拔無人地區(qū)，運行維護(hù)難度大。燃機方案燃料需從區(qū)外通過公路運輸，運距遠(yuǎn)、路況差，供應(yīng)保證程度低，且高寒地區(qū)機組出力受阻，故障率高，運行成本高、維護(hù)難度大。光伏和光熱電站，組件的清潔度影響發(fā)電效率，且一般運行15a左右設(shè)備需更新改造；若配置蓄電池，一般5～8a需更換1次，日常維護(hù)工作量大、費用較高。而水電站利用天然徑流發(fā)電，無需再消耗其他動力資源，設(shè)備較簡單，檢修、維護(hù)費用低于同等規(guī)模的火電廠，正常運行期一般在50a以上，有利于長期保障阿里地區(qū)電力供應(yīng)。

環(huán)境保護(hù)方面：燃機方案近期年消耗燃油2.1萬t 或燃煤4.8萬t，每年產(chǎn)生co ?排放量10萬t、co ?排放量638t，在低壓、缺氧條件下，不完全燃燒還會釋放大量有害氣體，給脆弱的生態(tài)環(huán)境造成極大破壞。水電及光伏、光熱方案在施工期會對周邊環(huán)境造成一定影響，可采取相應(yīng)的保護(hù)措施盡量減免；運行期基本無污染物排放，環(huán)境影響甚微；同時，水庫電站水域面積擴大將有助于改善庫周水環(huán)境，遏制草場沙化，有利于當(dāng)?shù)厮临Y源的合理開發(fā)利用。

綜上，從各方案的經(jīng)濟性、供電可靠性、運行維護(hù)性及環(huán)境友好性等綜合比較，“調(diào)節(jié)水庫電站 光伏”是目前阿里地區(qū)最適合的電力供應(yīng)方案，能夠滿足系統(tǒng)近中期電力的需求，可完全替代已建燃油機組，保障阿里地區(qū)電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定、節(jié)能環(huán)保和經(jīng)濟運行 。

阿里地區(qū)實現(xiàn)水光互補系統(tǒng)的關(guān)鍵是要解決光伏并網(wǎng)穩(wěn)定、經(jīng)濟運行等問題，需要有一定裝機規(guī)模、調(diào)節(jié)性能較好的穩(wěn)定電源作支撐。采用“調(diào)節(jié)水庫電站 光伏”的電力供應(yīng)方案，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，可由出力穩(wěn)定、調(diào)節(jié)能力強的水庫電站補充；而水電電量的不足（尤其枯水期），可由光伏電站在白天發(fā)電彌補，水電站在相應(yīng)時段內(nèi)減小出力、蓄水儲能。通過方案研究，阿里地區(qū)水光互補體系在技術(shù)上是可實現(xiàn)的；上述兩種電源均為清潔的可再生能源，運行安全可靠、費用低，水光互補的能源利用模式可較好地解決阿里地區(qū)的能源需求問題。

2015年，光伏裝機規(guī)模10MW，占比29.7%，調(diào)節(jié)水庫電站僅獅泉河水電站，裝機規(guī)模占比19%。由于調(diào)節(jié)水庫電站所占比例較小，光伏被系統(tǒng)吸收電量有限，主要還得依靠燃油機組提供電力電量。2020年，隨著阿青水電站投入運行，調(diào)節(jié)水庫電站所占系統(tǒng)比例達(dá)79.7%，光伏所占比例為160.%，可完全替代燃油機組，阿里電網(wǎng)水光互補清潔能源體系初步形成。

2025年，根據(jù)系統(tǒng)電力電量平衡計算，枯水期將缺電約840萬kW·h，考慮新增光伏電站約8MW補充不足電量，水光互補運行可滿足系統(tǒng)用電需求。

調(diào)節(jié)水庫電站發(fā)電特性為：水庫具有年調(diào)節(jié)性能，可對徑流蓄豐補枯，進(jìn)行水量再分配，調(diào)度靈活，出力調(diào)節(jié)反應(yīng)速度快，電量和容量作用均突出；光伏電站發(fā)電特性為：受光照影響，午間時段發(fā)電，夜間間斷，出力易波動，主要考慮電量作用。因此，兩者日內(nèi)出力分布及電量、容量作用的發(fā)揮等方面具有互補性。由阿里電網(wǎng)2025平水年枯水期典型日電力電量平衡圖，可知，調(diào)節(jié)水庫電站擔(dān)當(dāng)大部分基荷，在白天光伏發(fā)電時段減小出力，在夜晚用電高峰時段增加出力。由于系統(tǒng)最大負(fù)荷出現(xiàn)在夜晚，而此時光伏電站不能發(fā)電，系統(tǒng)主要依靠調(diào)節(jié)水庫電站發(fā)揮調(diào)峰容量和電量作用。

目前，阿里電網(wǎng)調(diào)節(jié)水庫電站僅獅泉河水電站，入庫水量和調(diào)節(jié)庫容有限，在某臺機組擔(dān)當(dāng)基荷后，常無足夠水量來調(diào)峰；燃油機組白天1臺、晚間2臺運行，燃料消耗量大；已建光伏占系統(tǒng)比例達(dá)30%，若無其他補償措施，對電網(wǎng)沖擊大，系統(tǒng)棄光嚴(yán)重，晚高峰時段仍需增加燃油發(fā)電。2020年，阿青水電站建成后，系統(tǒng)內(nèi)調(diào)節(jié)水庫電站所占比例超過70%，配合已建光伏電站，系統(tǒng)尚有盈余電力電量；隨著系統(tǒng)用電需求的增加，水光互補運行，資源優(yōu)化配置，將增加系統(tǒng)對光伏電量的消納。根據(jù)2025年系統(tǒng)電力電量平衡成果，光伏年有效吸收電量達(dá)0.184億kW·h，相當(dāng)于替代火電約10MW，每年節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤約1.16萬t，減少so?排放量2.3萬t，減少so?排放量154t，減少煙塵排放量77t，節(jié)能減排的效益顯著。

因此，通過水光互補運行，一方面調(diào)節(jié)水庫電站對系統(tǒng)調(diào)峰和安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟運行極為有利，在管理和

運行上有很大的機動性和高度的適應(yīng)性，但水量有限，尤其是枯水期需要光伏補充一定電量；另一方面，水電蓄水調(diào)節(jié)，調(diào)峰調(diào)頻運行，解決了光伏棄光問題。遠(yuǎn)期，即使系統(tǒng)用電負(fù)荷增加、調(diào)峰容量不足，可通過新增水電電源或已建水庫電站擴機增容來滿足容量需求；若電量不足，則可通過新建光伏或其他新能源電源補充。

燃油或燃煤不宜作為阿里地區(qū)能源供應(yīng)主體；太陽能單一形式發(fā)電，間歇性和不穩(wěn)定性成為電網(wǎng)安全的最大隱憂；水電存在枯水期電量不足等問題。因此，因地制宜，積極開發(fā)利用多種清潔能源，多能互補才是阿里地區(qū)能源發(fā)展的根本出路。從發(fā)展趨勢看，太陽能發(fā)電將成為技術(shù)可行、經(jīng)濟合理、具備規(guī)模化發(fā)展條件的可再生能源，穩(wěn)定的調(diào)節(jié)水庫電站與光伏電站發(fā)電雙向互補，可實現(xiàn)當(dāng)?shù)啬茉促Y源的優(yōu)化配置，也有利于光伏產(chǎn)業(yè)后期在阿里地區(qū)的規(guī)?；l(fā)展，較好地解決阿里地區(qū)的能源供應(yīng)不足和環(huán)境制約問題，是阿里地區(qū)清潔能源發(fā)展的一條新途徑 。2100433B

所謂風(fēng)光互補，顧名思義，強調(diào)的就是風(fēng)能與太陽能的結(jié)合。事實上，風(fēng)能與太陽能的結(jié)合有著天然優(yōu)勢。風(fēng)能是太陽能的另一種轉(zhuǎn)化，太陽照射地球引起溫度變化產(chǎn)生風(fēng)。我們可以注意到，一般白天風(fēng)小太陽輻射大，夜晚風(fēng)大太陽輻射小，夏季風(fēng)小太陽輻射大，冬季風(fēng)大而太陽輻射小，晴天風(fēng)小雨天風(fēng)大。風(fēng)能和太陽能在時間和季節(jié)上如此吻合的互補性，決定了風(fēng)光互補結(jié)合后發(fā)電系統(tǒng)可靠性更高、更具有實用價值。因此，風(fēng)光互補發(fā)電系統(tǒng)的出現(xiàn)可以很好的彌補太陽能和風(fēng)能提供能量間歇性和隨機性的缺陷，實現(xiàn)不間斷供電。

風(fēng)光互補發(fā)電系統(tǒng)大體上可以分為兩類，一類是并網(wǎng)型發(fā)電系統(tǒng)，即和公用電網(wǎng)通過標(biāo)準(zhǔn)接口相連接，像一個小型的發(fā)電廠，將接受來的能量經(jīng)過高頻直流轉(zhuǎn)換后變成高壓直流電，經(jīng)過逆變器逆變后向電網(wǎng)輸出與電網(wǎng)電壓同頻、同相的正弦交流電流;另一類是離網(wǎng)型發(fā)電系統(tǒng)，即在自己的閉路系統(tǒng)內(nèi)部形成電路，系指采用區(qū)域獨立發(fā)電、分戶獨立發(fā)電的離網(wǎng)型供電模式，將接收來的能量直接轉(zhuǎn)換成電能供給負(fù)載，并將多余能量經(jīng)過充電控制器后以化學(xué)能的形式儲存在蓄電池。離網(wǎng)型較并網(wǎng)發(fā)電而言投資小、見效快，占地面積小，從安裝到投入使用的時間視其工程量，少則一天多則二個月，無需專人值守，易于管理 。

本書主要包括風(fēng)光互補發(fā)電系統(tǒng)概述、風(fēng)光互補發(fā)電系統(tǒng)中PLC應(yīng)用、風(fēng)光互補發(fā)電系統(tǒng)中DSP原理及應(yīng)用、光伏電池組件設(shè)計和測試、蓄電池工作原理和應(yīng)用、逆變器的工作原理和輸出波形測試、監(jiān)控和組態(tài)軟件的應(yīng)用、風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)工作原理、風(fēng)光互補發(fā)電系統(tǒng)安裝和調(diào)試等方面的內(nèi)容。

起初的風(fēng)光互補發(fā)電系統(tǒng)，就是將風(fēng)力發(fā)電機和光伏陣列進(jìn)行簡單的組合，由于缺乏詳盡的數(shù)學(xué)計算模型，同時系統(tǒng)只是在保證率低的用戶中使用，因此導(dǎo)致系統(tǒng)使用壽命不長。

近幾年來，風(fēng)光互補發(fā)電系統(tǒng)的研究一方面主要是利用飛速發(fā)展的微計算機控制技術(shù)和電力電子技術(shù)提高系統(tǒng)的供電高效性和運行穩(wěn)定性。為提高系統(tǒng)的供電高效性，現(xiàn)在的風(fēng)光互補發(fā)電系統(tǒng)大都采用最大功率跟蹤來保證光伏電池和風(fēng)力機輸出功率盡可能最大，提高整個系統(tǒng)的工作效率。隨著半導(dǎo)體功率器件、微處理器以及數(shù)字控制器的迅速發(fā)展，MPPT技術(shù)達(dá)到鼎盛時期，人們將MPPT控制與DC/DC變換器連接起來，結(jié)合定電壓法等已有的控制算法，通過

硬件和軟件控制相結(jié)合的方法來達(dá)到最大功率點的跟蹤。除了恒定電壓法、增量電導(dǎo)法、擾動觀察法等常見算法外，近幾年出現(xiàn)一些新的算法如滯環(huán)比較法最優(yōu)梯度法、間歇掃描法跟蹤、模糊邏輯法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測法等等，由于這些控制算法復(fù)雜，要求微機配置高及出于成本等諸多因素的考慮，應(yīng)用于工程實踐中還需一段時間。

風(fēng)光互補發(fā)電系統(tǒng)另一方面的研究集中在系統(tǒng)的計算機仿真和優(yōu)化設(shè)計。國外相繼開發(fā)出一些模擬光伏陣列、風(fēng)力發(fā)電機及其互補發(fā)電系統(tǒng)性能的大型工具軟件包。我們通過模擬不同系統(tǒng)配置性能和供電成本便可得出最佳的系統(tǒng)配置。其中Colorado State University和National Renewable Energy Laboratory合作開發(fā)了hybrid2應(yīng)用軟件。 hybrid2本身是一款很優(yōu)秀的軟件，它可對一個風(fēng)光互補系統(tǒng)進(jìn)行非常精確的模擬運行，根據(jù)輸入的互補發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、負(fù)載特性以及安裝地點的太陽輻射、風(fēng)速數(shù)據(jù)獲得一年8760小時的模擬運行結(jié)果。但是hybrid2只是一個功能強大的仿真軟件，本身不具備優(yōu)化設(shè)計的功能，并且價格昂貴，需要的專業(yè)性較強。在國內(nèi)，香港理工大學(xué)同中科院廣州能源所及中科院半導(dǎo)體研究所合作提出了一整套利用CAD進(jìn)行風(fēng)光互補發(fā)電系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計的方法。

目前國內(nèi)進(jìn)行風(fēng)光互補發(fā)電系統(tǒng)研究的大學(xué)，主要有合肥工業(yè)大學(xué)、中科院電工研究所、內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)、內(nèi)蒙古大學(xué)等。目前中科院電工研究所的生物遺傳算法的優(yōu)化匹配和內(nèi)蒙古大學(xué)新能源研究中推出來的小型戶用風(fēng)光互補發(fā)電系統(tǒng)匹配的計算即輔助設(shè)計，在匹配計算方面有著領(lǐng)先的地位，而合肥工業(yè)大學(xué)能源研究所提出了風(fēng)光發(fā)電系統(tǒng)的變結(jié)構(gòu)仿真模型用戶可以重構(gòu)多種結(jié)構(gòu)的風(fēng)光復(fù)合發(fā)電系統(tǒng)并進(jìn)行計算機仿真計算，從而能夠預(yù)測系統(tǒng)的性能、控制策略的合理性以及系統(tǒng)運行的效率 。