浅谈太平分布式能源站接入系统

李志东

摘要：分布式发电技术通常是指几千瓦至数百兆瓦的小型、模块化、分散在用户附近的高效、可靠的发电[1]。分布式能源站在欧美等发达国家已经有近40年的发展历史，我国尚处于初级阶段，但是前景非常光明。本文研究的是广州太平分布式能源站的接入系统，主要内容有：

（1）根据广州从化区电力系统现状和发展规划，以及从化地区热负荷需求，论述了太平能源站建设的必要性

（2）针对广州电网在该地区的结构，依据电力系统的要求，提出了接入系统的三个方案。从对供电可靠性的影响、线路可实施性、对侧变电站可实施性和潮流合理性、经济性等方面，比较三个接入系统方案的优劣。

最后本文对中选方案进行电气计算等全面分析，阐述方案完全满足现阶段工程建设要求，方案具有可行性，并对其他工程的接入系统的研究和设计具有一定的借鉴意义。

关键词：分布式能源站；接入系统；电网规划

1.引言

当今社会已经形成了以电力为主要能源的能源结构，目前世界上有超过九成的电力是通过集中互联的区域大电网来供电的。社会发展对于电力系统的安全和可靠性的要求也越来越高。大电网本身的缺点也是显而易见的。[2]

2.分布式发电的意义

目前，分布式发电在国内外已经广泛应用，其不仅可以直接向用户提供电能，也可以接入大电网，通过公用电网为用户提供电能。常见的分布式发电系统如图2-1所示。分布式发电系统具有良好的可靠性、环保性、灵活性和经济性。

图2-1分布式发电系统

（1）提高了供电可靠性。分布式发电接入电网以后，既可以与外网并网运行，也可以孤网运行。在大电网停电的情况下，仍能维持供电。

（2）突出的环保性。分布式发电使用的能源，如太阳能、风能、地热等多为清洁能源，大大降低污染排放量。

（3）大幅提高经济效益。由于分布式能源采用能源阶梯级利用的方法，使得能源转化效率大幅提高。离用户更近可以降低初期投资以及正常运行的网损。中国的人均能源占有量也只有世界平均水平的50%左右[3]。

3.太平分布式能源站的建设依据

3.1从化地区电力和热力负荷增长需要

3.1.1从化区电源现状

从化区电源类型较为复杂，截止到2015年底，从化区电源统计见表3.1-1所示。

表3.1-1从化区电源统计

其中存在的主要问题：

（1）220kV变电站布点不足，造成110kV电网存在较大事故风险。2015年高峰负荷日，从化2座110kV变电站不满足“N-1”要求，分别为聚宝站和街口站。

（3）电网结构薄弱，供电可靠性不足

从化电网现有2座220kV变电站分别是从化站和绿洲站，均在从化南部区域，由于220kV变电站布点不足，从化110kV电网结构尤其薄弱。

3.1.2从化区热负荷现状

目前从化片区的工业热负荷主要集中在太平工业园、明珠工业基地和鳌头工业基地等地。全年热负荷日变化规律曲线见图3.1-1、图3.1-2。

图3.1-1现状工业热负荷变化曲线（1-6月）

图3.1-2现状工业热负荷变化曲线（7-12月）

目前供热存在的问题：

（1）各工业园区供热能力不足，供热步伐有待加快

（2）燃煤小热电的退役导致供热能力缺口

（3）分散锅炉作业浪费资源、隐患大

（4）大气环境不容乐观

3.2从化地区电网系统发展规划及电力需求预测

3.2.1从化区国民经济发展规划

山清水秀的从化，被视作广州市经济发展中最具后发优势的区域之一。“十三五”期间全区生产总值年均增长7.5%左右，到2020年生产总值达到450亿元左右，城乡居民收入与经济发展同步增长，力争2018年提前实现地区生产总值和城乡居民人均收入比2010年翻一番。

3.2.2从化区电力需求预测

至2020年从化区供电量和供电负荷将分别达到24亿kWh和525MW；“十三五”年均增速分别为3.8%和4.9%。从化区电力需求预测详见表3.2-1。

表3.2-1.从化区“十三五”电力需求预测表（单位：亿kWh/MW）

3.3太平分布式能源站的负荷预测及电力平衡分析

3.3.1远期热负荷预测

广东从化经济开发区高技术产业园目前正处于发展期，现有热用户多集中在产业园二期规划范围内，厂址北侧为高技术产业园三期工业用地，面积约269公顷。远期（2025年）热负荷主要考虑三期范围内潜在热用户的用热量。

根据用热工艺特点，一类工业用地热负荷按每公顷取0.2t/h、二类工业用地热负荷按每公顷取0.3～0.5t/h的用热指标。考虑到规划处于动态调整中，三期区域内工业用地依照用地规模暂按每公顷0.3t/h的平均用热指标考虑，测算的总热负荷量为80.7t/h。

根据以上对现有热负荷的分析，本能源站（2020年）的设计热负荷为79.62t/h，远期（2025年）的设计热负荷为80.7t/h。

3.3.2电力平衡分析

根据从化区预测负荷、电源规划情况，对从化区220kV电网的变电容量进行平衡，平衡原则如下：

（1）按夏季峰荷进行电力平衡，负荷为供电负荷；

（2）电力平衡按电力规划导则要求的容载比进行，220kV电网计算容载比取1.9；

（3）燃气机组及资源电厂利用容量取其装机容量80%；

（4）参考广州大学城及南沙东方电气光伏项目的实际运行情况，光伏最大出力取装机容量的80%。

表3.3-12015～2020年从化区220kV变电容量平衡表单位：MVA/MW

根据平衡结果可知，2016年从化区电网220kV变电容量已明显不足，随着从化区供电负荷的快速增长，220kV变电容量缺口将不断扩大，至2020年全区220kV变电容量缺口将达到181MVA。

综上所述，建设太平能源站在减轻近区220kV站点的供电压力的同时，更能够有效满足广东从化经济开发区高技术产业园热负荷的实际需要，更可实现区域内的低碳排放和能源综合高效利用。因此，太平能源站的建设是必要的。

电厂建成后，能够减轻近区220kV站点的供电压力，对有效满足负荷增长的需要，适当降低对电网供电的依赖，改善近区电网的运行环境，提高系统运行的经济效益等方面都有重要作用。

4.太平分布式能源站接入系统总体方案

4.1太平分布式能源站投产前从化电网网架结构

太平能源站附近现有220kV绿洲站1座，直线距离为2.3km。太平能源站周边现有110kV站点主要为水南站、太平站和神岗站，其中水南站的直线距离为0.7km，采用单母分段接线；太平站的直线距离为3.3km，采用单母线接线；神岗站的直线距离为5.5km，采用单母分段接线。

太平能源站附近规划无220kV变电站和110kV变电站。

太平能源站周边变电站现状及规划情况统计见表4.1-1

表4.1-1太平能源站周边变电站统计表

4.2接入系统方案拟定

根据太平能源站周边变电站现状及规划情况，提出以下两个接入系统方案：

方案一：2回接入110kV水南站；

方案二：2回接入220kV绿洲站。

方案三：1回接入110kV水南站，1回接入110kV太平站。

上述3个接入系统方案图见图4。

图4

4.3接入系统方案比较

4.3.1技术分析

从对供电可靠性的影响、线路可实施性、对侧变电站可实施性和潮流合理性等方面，比较三个接入系统方案的优劣，详细的分析比较见表4.3-1

表4.3-1太平能源站接入系统方案技术比较表

综合上述三方案的技术分析，太平能源站接入系统方案一在线路可实施性和潮流合理性方面占优，方案二在供电可靠性和潮流合理性方面占优。考虑到方案二在线路可实施性方面存在很大的实施难度，同时220kV变电站的110kV出线间隔资源比较宝贵，未来绿洲站周边仍有珠江国际城、珠江生命城、名门站等站点有接入需求，因此建议太平能源站接入110kV水南站，即在技术上选择方案一。

4.3.2经济分析

从经济性方面对三个接入系统方案进行比较，详细的分析比较见表4.3-2。

表4.3-2接入系统方案经济性比较单位：万元

方案二的投资要比方案一多797万元，方案三的投资比方案一多1557万元，因此经济性方案一占优，故经济性方面选择方案一。

综合以上技术经济比较结果，方案一均要优于方案二和方案三。因此，太平能源站接入系统推荐方案一，即：2回接入110kV水南站。

5.推荐方案电气计算

5.1计算原则

（1）计算水平年：2018年、2020年；

（2）运行方式：选取夏季大方式和最小运行方式进行计算；

（4）计算内容：2018年潮流计算，2020年短路电流计算；

（5）计算条件：具体220kV分区方案参考《广州“十三五”电网规划（一次部分）【送审稿】》及广州各220kV变电站运行方式参考《广州电网2015年度运行方式》。

5.2潮流计算

（1）潮流计算方式：

计算2018年水南站及其周边电网最大及最小负荷情况下的潮流，扣除厂用电后太平能源站满发上网出力为74.8MW。2018年潮流计算结果见图5.2-1和图5.2-2。

图5.2-12018年最大负荷情况下潮流图

图5.2-22018年最小负荷情况下潮流图

5.3计算结果分析

从潮流计算结果可以看出，推荐方案可满足电厂正常满发方式下的电力送出，潮流流向合理，稳态情况下电压水平均可以控制在电网要求的合理范围之内。

5.3.1短路电流计算

（1）太平能源站接入前

太平能源站接入前，2020年相关站点的110kV短路电流计算结果见表5.3-1。

表5.3-1太平能源站升压站短路电流计算结果表

（2）太平能源站接入后

经计算，太平能源站接入后，2020年太平能源站升压站110kV母线三相短路电流为9.05kA，单相短路电流为6.14kA，详见表5.3-2。

表5.3-2太平能源站短路电流计算结果表

（3）计算结果分析

太平能源站接入后，水南站和绿洲站的110kV母线短路电流均有所增加，但都在变电站110kV开关开断能力范围内。

6.结论

分布式能源站是当今国内外大力发展的一种能源供应形式。由于实现了能源的梯级、循环、高效利用和避免了多次转换、传输损失的“就地直供”，具有比传统方式更高的能源转换效率和经济效益，以及有利于环境保护[4]。

本文对太平分布式能源站电网接入系统进行了介绍，以安全性为基础，并考虑了项目未来发展空间，选定不同的方案进行了比选。比选方案的思考因为类似工程接入系统的研究和设计提供了一定的借鉴意义。

参考文献：

[1]陈北洋，天津武清燃气分布式能源站总体方案研究和设计：[硕士学位论文]，天津；天津大学，2010

[2]吴靖，江昊，分布式发电系统的应用及前景，农村电气化，2004，1：10-13

[3]廖金，中国华电集团分布式能源系统发展研究，华北电力大学，2013-03-01

[4]韦玉芳，在新的国际环境中寻求最优发展路线-中国能源战略与“十二五”能源发展论坛综述，资源导刊，2010-08-15