水光互补模式下阿青水电站装机容量优化选择

张海龙，赵言稳

(1.西藏开发投资集团有限公司，西藏 拉萨 850000；2.四川省港航开发有限责任公司，四川 成都 610072)

在国家提倡节能减排，大力发展太阳能发电、风电、生物质能发电等新能源的情况下，具有较好调节性能的水电站将责无旁贷地担当系统调峰、备用的重任[1]。合理确定装机规模，做到既不浪费水资源，又充分发挥装机容量的规模效益，从电力系统调峰需求，综合分析增加装机容量的得与失，需要科学发展的观点不断完善和改进装机容量优化比选方法[2- 3]。利用水电站调节速度快，调峰、调频性能佳等优势，在水电站装机容量确定过程中，改变现有水电装机容量确定中的有关问题，从当地电网需求和社会效益最大化的角度考虑，适当增加水电站的调峰容量是十分有利的[4]。尤其在西藏偏远地区，环境条件差，工程建设难度大，按照长远的电力电量发展需求研究最优的装机规模，可避免建设成后扩容带来的各类困难和风险。根据刘威[5]对西藏水光互补发电研究现状的介绍，目前，西藏地区缺乏水光互补发电的开发利用。充分利用西藏地区丰富的太阳能优势资源，积极探索发展水光多能互补的清洁能源利用模式，既是改善能源结构、保障能源安全、推动生态文明建设的重要任务[6]，也是西藏偏远地区缓解电力需求增长、保护青藏高原生态环境的必然选择。

西藏阿里地区电网长期孤网运行，电源装机容量不足、出力受限，长期“以供定需”制约了用电需求的合理增长。结合阿里地区丰富的太阳能资源，从资源利用的合理性、增加系统调节能力和调峰能力、优化系统电源结构、维持电网长期稳定运行、环境保护以及经济效益角度分析，“调节水库电站+光伏”的水光互补能源体系是阿里地区最适合的电源建设方案。

1 供电地区负荷预测及电力市场空间

1.1 电源现状

截止目前，阿里电网总装机规模为4.46万kW，其中水电0.64万kW，占14.3%；光伏1.0万kW，占22.4%；柴油机组2.82万kW，占63.2%。电网有效输出容量约1.23万kW，其中：水电0.64万kW，柴油机组0.59万kW。存在着电源建设不足，枯水期缺电严重，柴油发电成本高，电网供电可靠性差等问题。

1.2 负荷预测

根据阿里地区经济社会发展规划及相关部门的分析预测，充分考虑地区产业发展、电网扩建、用电人口增加等对负荷水平的影响，阿里电网负荷需求预测成果见表1。

表1 西藏阿里电网负荷需求预测成果

1.3 电力空间分析

根据预测的最大负荷，考虑负荷备用和事故备用容量需求，预计2025年、2030年系统电力缺口达3.735万、5.33万kW。从系统长远发展的角度，若已建柴油机组仅作应急电源，事故备用由水电承担，则2025、2030年系统电力缺口达4.325万、5.92万kW，即阿里电网近、远期需投入约4.3万、6万kW左右的水电装机。阿里电网电力市场空间分析见表2。

表2 西藏阿里电网电力市场空间分析表 单位：万kW

2 阿里电网电源优选

随着阿里地区经济社会快速发展和人民生活水平的不断提高，电力系统用电大幅增长，特别是高峰用电负荷增长较快，系统迫切需要更多的调峰容量。为满足阿里地区近中期的电力需求，按同等程度满足阿里地区2025年的电力需求，初拟7组电源建设方案进行分析论证。详见表3。

表3 阿里电网可能的电力供应方案(2025年)

综合比较分析，加快具有调节性能的水电站开发建设，并配备一定规模的光伏电站是阿里地区解决电力紧缺、保证电网稳定经济运行的最优方案。

3 阿青水电站装机容量选择

3.1 装机容量方案拟定

阿青水电站是西藏阿里地区不可多得的年调节电站，调节性能好、装机规模大，可担任系统调峰、事故备用等任务。装机容量的选择首先根据电站自身的特性、供电系统的特性以及在供电系统中的作用，确定方案的比较范围[7- 8]。同时，立足于合理利用水能资源、充分发挥电站在系统中的调峰作用和容量效益，挖掘其潜力并充分利用当地优势光伏资源，满足阿里电网近远期(2022—2032)电力电量需求分析，拟定3.3万、4.2万、5.1万、6万kW四个装机容量方案进行比较，考虑水光互补运行，各方案相应配套的光伏电站规模为1万、2万、3.5万、5万kW。

3.2 电力电量平衡分析

根据阿里地区能源资源分布特点和开发利用条件，从调整系统电源结构，维护系统稳定运行及优化电源的角度考虑，本次参与阿里电网电力电量平衡的电源仅考虑狮泉河水电站、阿青水电站作为骨干电源，2020年并入阿里电网的3个地方小水电也参与系统电力电量平衡；光伏电站仅参与电量平衡(2025年仅考虑已建1万kW、2032年考虑新增光伏)；已建燃油机组仅作为应急电源，不参与系统电力电量平衡。

阿里电网总体上存在电力供应丰多枯少与电力需求丰小枯大的矛盾，枯水期入库水量较小时，系统出现无足够水量支撑水电调峰容量的现象，电力严重不足。采用“阿青水库电站+光伏”的电力供应模式，是最优的供电保障方案。枯水期阿青水电站的调节库容已基本完全利用，没有富余的季调节以上库容来进行水光互补，但基本不影响水电站送出方式和日内水量调节。因此，阿青水电站与光伏电站只能在日内进行水光互补运行，以提高阿青水电站的调峰能力[9]。白天光伏电站集中发电时段系统内水电站仅发基荷，水库电站在相应时段内减小出力(仅发基荷)、蓄水储能；其余时段系统内容量和电量需求均由水电站(主要是阿青水电站)满足。光伏电站夜间或极端天气情况下的出力空缺和出力不稳定，由阿青水电站补充。2025、2032年水平阿里电网枯水年电量平衡成果分析见表4—5及图1—2所示。

图1 阿里电网2025年水平电力电量 平衡图(枯水期)

图2 阿里电网2032年水平电力电量 平衡图(枯水期)

表4 2025年水平各装机容量方案电量平衡成果表(枯水年) 单位：万kW

表5 2032年水平各装机容量方案电量平衡成果表(枯水年) 单位：万kW

近期枯水年平衡成果表明阿青水电站各方案枯期均缺电量，与已建的1万kW光伏电站进行日内水光互补后，各方案均满足系统电量需求。远期枯水年平衡成果表明阿青水电站各方案枯期均缺电量，与配套的光伏电站进行日内水光互补后，仅阿青装机容量6万kW配套光伏5万kW方案能满足系统电量需求，其余3方案均需燃机补充电量。

3.3 装机容量选择

3.3.1系统调峰需求分析

阿青水电站全年均可承担系统的调峰任务，且在汛期和非汛期均是系统中的主力调峰电源，并承担系统的事故备用，同时与光伏电站配合运行，光伏电站提供电量，阿青水电站承担调峰任务，水光互补，共同构建低运行成本的清洁能源体系。阿青水电站投产初期，尽管电站装机容量暂时不能完全发挥作用，但随着阿里地区负荷的快速增长，阿青水电站作为系统中重要的调峰、调频骨干电源，其容量作用非常重要，适当增加装机规模，对于保障阿里电网电力供应是有利的。

3.3.2动能经济指标分析

调节计算成果表明，各装机容量方案的水资源利用已较充分，通过增大装机来提高水能资源利用的作用较小。从补充单位千瓦投资看，各方案间补充单位千瓦投资在22167～3799元之间，均远低于各方案本身的单位千瓦投资，说明装机容量增加所产生的投资费用相比工程投资甚微，增加装机容量是有利的。各装机容量方案考虑水光互补后方案间补充单位电能投资分别为13.58、16.84、11.77元，均低于各方案本身的单位电能投资，说明增大装机容量是经济的。

3.3.3工程量及工程投资分析

各装机容量方案仅在厂房布置及引水岔管布置上有所差异，技术难度基本相当。工程量和投资随装机容量的增大而增加，各方案的工程静态总投资分别为241623.41万、255084.48万、264674.89万、268094.11万元。

3.3.4机电及金属结构情况分析

四个装机容量方案机组参数基本在同一水平、电气设备参数差别不大，设备选型、闸门和启闭机设计、制造及运输安装之间的差异甚微，不影响方案比选。

3.3.5容量、电量的系统吸收情况分析

2025水平年阿青水电站各方案与已建的1万kW光伏电站进行日内水光互补后，各方案电量全被系统吸收，均满足系统需求。2032水平年阿青水电站各方案与配套的光伏电站进行日内水光互补后，阿青装机容量6万kW配套光伏5万kW方案电量全被系统吸收，能满足系统需求。因此，阿青水电站适当增大装机对带动阿里地区光伏优势资源、减少系统燃机装机容量、保护环境是有利的。

3.3.6总费用现值分析

各装机容量方案的总费用现值分别为30.4亿、27.0亿、26.0亿、24.0亿元，以装机容量6万kW方案总费用现值最小。从动态经济指标看，装机容量6万kW较为合适。

4 结语

从更好地发挥阿青水电站调峰作用及效益，优化阿里系统电源结构、构建阿里地区水光互补的清洁能源体系和稳定的电力系统，满足阿里电网近、远期电力需求、保障电网安全稳定运行和动能经济指标等方面综合分析，适当扩大装机规模略优。因此，推荐阿青水电站装机容量为6万kW更为合适。

西藏地区太阳能资源丰富，在水电开发过程中，尤其具有调节能力的水电资源，应当充分挖掘其水库调峰潜力并利用好当地太阳能优势资源，积极探索太阳能资源与水电开发互补运行的新举措。

进一步提高水电站的调峰能力、发挥水库效益，协同推进区域水光互补建设模式，为当地构建水光互补的清洁能源体系和稳定的电力系统创造条件。