浅析珠海市各海岛供电方案及电网结构的研究预判

引言

广东省珠海市作为珠江口西岸的核心城市,是珠江三角洲中心城市之一、粤港澳大湾区重要节点城市之一、省域副中心城市之一、中国最早设立的四个经济特区之一,位于广东省中南部,东与香港、深圳隔海相望,南与澳门相连,陆地面积属广东省最小,但海洋面积是珠三角中最大、岛屿最多、海岸线最长的城市,素有"百岛之市"之称。

珠海市海岛最多的地区就是珠江入海口的海岛,1998年国家批准将珠江入海口的海岛全部划归万山海洋开发试验区(以下简称万山群岛)。万山群岛是我国首个由地方自主性开发的海洋综合开发试验区。近年来珠海市围绕该区海洋综合开发为主题,以开发旅游为最终目的,从而改善岛上群众的生产、生活条件,努力改善投资生活环境。政府做了一系列工作,强化水、电和交通等基础设施的规划建设工作。目前,万山群岛5个有常住人口的岛屿,依靠柴油机自行供电。随着居民生活水平的提高,负荷不断增加,而油价不断上涨造成电价偏高,加上电能质量较差等问题一直制约着海岛发展,亟需用新的供电方案代替现有供电模式。

1万山群岛概况及供电现状

1.1万山群岛概况及负荷情况

万山群岛目前拥有大小岛屿106个,常住人口约7000人,大致分为五大岛群:以外伶仃岛、三门岛等组成的外伶仃岛群:以桂山岛、蜘洲岛、三角岛等组成的桂山岛群:以东澳岛、大万山岛、小万山岛等组成的万山列岛:以庙湾岛为中心的蓬佳列岛及担杆列岛。其中主要岛屿有桂山岛、外伶仃岛、东澳岛、庙湾岛、大万山岛、担杆岛等。岛屿较分散,且距离大陆较远,最近的东澳岛距离珠海市横琴新区有17km,最远的担杆岛距离珠海香洲区的吉大社区有65km。

万山群岛虽然海岛众多,但有常住人口的岛屿只有5个,即大万山岛(万山镇政府所在地)、外伶仃岛(担杆镇政府所在地)、桂山岛(桂山镇政府所在地)、担杆岛和东澳岛。改革开放后,随着海岛居民生活水平的提高,海岛上的居民用电负荷与日俱增。该5个主要岛屿的负荷情况如表1所示。

1.2万山群岛电源及电网现状

桂山岛、外伶仃岛、大万山岛、担杆岛和东澳岛的电网现状为各自独立的电网。目前万山区主要电源多数为柴油发电机组发电,仅东澳岛有部分使用太阳能发电,桂山岛为海上风机发电,担杆岛部分有海浪潮汐发电。

表1  5个主要岛屿的负荷情况及预测

2万山群岛预计供电方案

2.1电源资源分析

在太阳能资源方面:万山群岛地理位置处于太平洋,属于南亚热带和热带过渡型海洋性气候,地处我国太阳能开发的一般带。年均每天日照时数为2000h,太阳每年辐射总量为4600MJ/m2,属于太阳能辐射四类地区,只能应用小型太阳能光伏发电系统。在目前东澳岛刚建成的光伏建筑一体化工程中,太阳能总装机量预计将达到1.04Mw,与此同时在建的一批太阳能屋顶项目中有一部分也已经并网发电。

在风力资源方面:万山群岛地理位置处于珠江入海口,属于风力资源丰富区,特别是桂山岛和东澳岛为开发利用风力资源非常理想的区域,每年平均风速在7～8级以上,每月平均风功率密度在400w/m2左右。据估计,万山群岛每年有效发电时间约7500h,大约占全年时间约85%左右,开发潜力巨大。广东省也正在遵照发改委、能源局指示进行海上风电场规划建设工作。此前表明东澳岛与桂山岛之间的海域风资源条件和海上基建条件都非常好,目前桂山岛海域已建成34台单机容量3Mw和3台单机容量6Mw的海上风机。预计总规划装机容量为250Mw,具备较好的开发潜力,可作为主要电源进行开发。

柴油发电机资源及蓄电池资源:目前全部万山群岛共计约18.5kw柴油发电机输出量,其中70%为部分大酒店及部队自备电源,很难满足电源要求,将来只能作为备用应急电源使用。

海浪潮汐资源:目前担杆岛有部分使用海浪潮汐发电,但装机容量太小,不能满足全岛使用需求。担杆岛多使用柴油发电机供电。

2.2电网模式及接线形式分析

海岛电力供应大体分为以下几种模式,包括与大陆联网、由大陆供电、岛上建设电厂、开发光伏风电等绿色能源为主的海岛微网等。海岛配电网接线形式由于地形限制,可能存在电力通道狭窄的情况。从经济上分析,虽然采取"手拉手"接线形式较为经济,但可靠性得不到保障,因此不建议采用"手拉手"接线形式。建议在有条件情况下使用自动化配置下的"树状放射性"接线形式,选取建设室内开关站及电房作为电网网架结构。同步考虑自动化通信设备,甚至考虑监控设备,减少后期巡视维护成本。

珠海这5个岛屿究竟适合哪种供电模式及接线形式,下面将逐一进行分析预测。

担杆岛:由于其10年内未有旅游开发规划,担杆岛生态环境脆弱,岛上负荷多为部队及居民用电,近10年内不具备大规模综合开发的可能性,因此其电力需求增长缓慢,总量不大。其次其距离大陆过于遥远,海缆施工敷设及运行维护难度都比较大,经济效益低。预计其应该继续采用微电网建设和运营,不与大陆联网。建议以新能源开发为核心,构建以太阳能、风能、柴油发电及储电池厂互补的独立型海岛微电网。

外伶仃岛:外伶仃岛虽然以开发旅游为主,但外伶仃岛距离珠海香洲大陆有50km,且其位于珠江口中间位置,洋流比较大,海缆敷设及运行维护难度都比较大。预测其应该与担杆岛一样构建"风、光、柴、储"互补的独立型海岛微电网。

桂山岛、东澳岛、大万山岛:此三岛应该综合进行考虑。此三岛都为旅游资源开发岛屿,目前均已有高端酒店入住,日后预计将会有更多旅游资源投入,应作为重点供电区域。地形上分析,其距离大陆均在30km以内,应该考虑由大陆供电,可以保障电能的持续稳定。可以桂山岛或桂山海域某岛作为负荷分配中心,建设变电站及配电中心开关站,以110kV海缆连接珠海香洲大陆。再由10kV或35kV海缆连接东澳岛及大万山岛。后期考虑负荷增长和可靠性问题,可由珠海横琴的大陆通过高压海缆连接到东澳岛形成双电源供电,还与原有的风电形成三电源互补优势。

另一方面,桂山岛风电作为海岛电源的备用,也可以反供电回大陆,使大电网电源更加丰富,完善了珠海电网没有东面电源的情况(北面有省网,西面有珠海电厂,南面有洪湾、望洋电厂）。

3海岛供电需要注意的问题

无论是微电网,还是与大陆联网,都有“风能、光能、柴能、储能"的加入,这些能源的电能质量、市场控制和保护方面的问题和技术措施还是需要特别注意的,另外设计方面也要充分对其进行考虑。电网电源数量方面的增加,对配电系统的电能线损、短路电流、质量及其容量等都有非常大的影响,并且电源分布的不确定性以及一些电源(风力能源、太阳能源发电等）发电的不连续性,使得原有的电力系统规划设计方法不再适用。因此,迫切需要新的规划方法进行合理规划、设计电源类型和安装地点,这样才能充分发挥混合式电网结合的积极作用。研究混合式电网模式下对现有电力市场交易机制的影响,建立新型的供电交易管理体系,完善相应的电力法规,降费增效。以能源利用转化效率最大化为目标,把电源的有功功率、电流型逆变器接口的电流、电压型逆变器接口的电压、储能系统的有功功率、可调电容器组投入的无功补偿量等作为可控变量,建立电网优化运行的模型,最大限度利用再生能源,保证其自身运行的经济性,减轻谐波电流、电压的影响,改善电能质量。要有效利用逆变器与交流电网连接,降低损耗。

另外还要开展智能电网研究,通过采用先进的传感测量技术、先进的电气设备、先进的控制方法以及先进的决策支持系统,实现电网的可靠、安全、经济、高效、环境友好运行,其主要特征包括自愈、激励、抵御攻击、容许各种不同发电形式接入、启动电力市场以及资产的优化高效运行。

4结语

根据上文分析,初步对珠海万山区的供电情况展开了预测。结合海上风电规划,通过桂山岛将东澳、万山通过风电场的外送线路与主系统联网,远期随着经济发展,会将外伶仃岛、担杆岛也联入电网,实现万山五岛独立电网与主系统的连接,提高供电可靠性。