阿里光水油互補發電系統是一種多能互補的發電系統。由於阿里地區缺油少煤，水能、太陽能、風能等清潔能源資源豐富，因地制宜，積極開發利用當地資源，通過多能互補方式解決用電問題是其必然選擇。太陽能和風能受天然條件制約，具有間歇性，鑒於電網安全穩定運行要求，存在併網困難、消納受限等問題。與獨立光伏或風電系統相比，風光互補、水光互補等發電系統可獲得較穩定的功率輸出，提高設備利用率，在保證同樣供電的情況下可減少儲能設備的配置容量，降低造價。
基本介紹
- 中文名：阿里光水油互補發電系統
- 外文名：Ali light water oil complementary power generation system
- 學科：能源
- 領域：新能源
- 地址：西藏阿里
- 類型：發電系統
介紹,利用現狀,目前存在問題,電力供應方案,系統特性分析,互補系統構成,運行效果分析,總結,
介紹
阿里地區位於西藏的最西部，區內高寒缺氧，自然條件惡劣，生態環境脆弱，能源資源開發條件差，電源建設嚴重不足。目前，當地僅形成以獅泉河鎮為核心並向周邊縣、鄉輻射的孤立電網，網架結構薄弱，電力供應嚴重製約該地區的經濟社會發展。阿里地區缺油少煤，水能、太陽能、風能等清潔能源資源豐富，因地制宜，積極開發利用當地資源，通過多能互補方式解決用電問題是其必然選擇。太陽能和風能受天然條件制約，具有間歇性，鑒於電網安全穩定運行要求，存在併網困難、消納受限等問題。與獨立光伏或風電系統相比，風光互補、水光互補等發電系統可獲得較穩定的功率輸出，提高設備利用率，在保證同樣供電的情況下可減少儲能設備的配置容量，降低造價。目前，國內外關於風光互補、風電抽水蓄能聯合運行等方面的研究成果較多，水光互補開發模式也在不斷探索，而對小微電網中電源最佳化及水光互補聯合運行的套用研究不多。
利用現狀
（a）水能：區內有大小河流80多條，湖泊60多個，水力資源理論蘊藏量480MW。獅泉河和象泉河是後續水電開發的主要河流。目前，已建最大水電站為獅泉河水電站（裝機容量6.4MW），其餘縣級或鄉村小水電站共21座。
（b）太陽能：阿里地區太陽輻射強度大，年日照時數超過3000h，年總輻射量7000-8400MJ/m，是世界上太陽能資源最豐富的地區之一。隨著阿里光電計畫的實施，已建立了多座鄉級光伏電站和戶用照
明系統，主要套用於縣、鄉、村集中供電，以及郵電、氣象通信等方面。目前，網內已建光伏電站10MW。
（c）風能：阿里地區年平均風速在3.2m/s 以上，年大風日數在200d左右，風能資源較豐富。由於風功率密度小，風向和風速不穩定，尚未建風力發電廠。
（d）地熱：現已查明地熱泉（群）28處、其他水熱活動區21處，泉水平均溫度51.4℃，熱儲平均溫度134℃，熱儲面積47.5km，地熱資源較豐富。除朗久地熱田外，大部分距人口密集區較遠。朗久地熱電站由於熱田參數低、設備陳舊老化等原因，目前已停運。
（e）生物質能：阿里地區森林資源較少，農業不發達，作物秸稈少，且多作飼料，農村燃料主要為畜糞，生物質能十分缺乏。
（f）化石能源：區內缺油少煤，已查明煤炭資源儲量小、煤質差，難以滿足生活用煤的需要，燃料多從周邊省區送入。
目前存在問題
目前阿里地區能源資源利用存在的主要問題為：
（a）能源供應嚴重不足。區內清潔能源資源相對豐富，化石能源較缺乏，由於地理位置偏遠、開發條件差，電源建設嚴重滯後。
（b）電網供電能力差。目前僅形成以獅泉河鎮為核心、向周邊輻射的孤立電網，用電人口不到地區總人口的20%。由於網架結構薄弱、電源建設滯後、供電質量較差，經常拉閘限電，枯水期缺電較嚴重。
（c）傳統能源替代任務重。受能源供應不足及長期形成的生活習慣影響，當地農牧民主要依靠畜糞、薪柴、草皮和荊棘等作為生活和取暖燃料，致使當地本已稀少的紅柳林、沙棘林等林地及草場遭到砍伐和破壞，土地沙化、退化現象嚴重。
（d）能源開發建設成本高。特殊的地理環境造成阿里地區能源建設成本遠高於內地，電費收入甚至難以滿足供電設施的基本運行維護。
（e）能源開發利用缺乏互濟。已建水電站裝機規模小、調節能力差，汛、枯期出力懸殊，且冬季易結冰、發電困難；太陽能多分散使用，光伏出力波動大，電網消納有限；應急燃油機組發電運行成本高昂等。表面上呈多種能源利用的現象，但相互間缺乏補償調節。
電力供應方案
按同等程度滿足系統電力電量需求的原則進行總費用現值計算。費用流程主要包括建設投資和運行
費、燃料費、設備更新改造投資等。基準年為2014 年，折現率8%，經營期30a。主要計算參數：聯網工程年運行費占總投資的2%；標油耗270g/（kW·h），標油價格12300元/t，燃油電廠經營成本按總投資的4%計，運行10a設備更新改造1次；標煤耗採用630g/（kW·h），標煤價格2500元/t，燃煤電廠經營成本按總投資的5.5%計，運行10a設備更新改造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；光熱電站經營成本按總投資的4%計；光伏、光熱電站運行經濟性方面：“調節水庫電站+光伏”方案總費用現值最小。燃油和燃煤電廠方案雖初期一次性投資較少，但年運行成本遠高於其他方案，發電成本電價約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營活動；光伏或光熱為主的電力供應方案，初期一次性投資相對較大，但經營期運行成本遠低於火電廠方案，發電成本電價約1.50元/（kW·h），略低於目前阿里地區混合用電電價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：區外聯網方案需對區內電網進一步升級改造，且完全依靠區外電力供應，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、標準煤4.8萬t，僅靠公路運輸，遇雨雪等惡劣天氣時運輸受阻，燃料供應和運輸設備完好難以保證。根據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。微網系統研究指出光伏等不穩定電源在系統中所占比例不宜超過20%，否則需採取相應措施以保證電力系統穩定運行。光伏出力波動大，遇陰天出力不足或停運，對電網衝擊大；若配置蓄電池，蓄電池使用壽命約5～8a，需定期更新改造。光熱電站發電穩定性優於光伏，但同樣宜受天氣狀況影響而波動。調節水庫電站+光伏方案，阿青水電站作為穩定電源進行調節，白天光伏發電時段水電可適當蓄水，夜間用電尖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，改善電網電能質量。運行維護方面：區外聯網方案輸電線路途經高海拔無人地區，運行維護難度大。燃機方案燃料需從區外通過公路運輸，運距遠、路況差，供應保證程度低，且高寒地區機組出力受阻，故障率高，運行成本高、維護難度大。光伏和光熱電站，組件的清潔度影響發電效率，且一般運行15a左右設備需更新改造；若配置蓄電池，一般5～8a需更換1次，日常維護工作量大、費用較高。而水電站利用天然徑流發電，無需再消耗其他動力資源，設備較簡單，檢修、維護費用低於同等規模的火電廠，正常運行期一般在50a以上，有利於長期保障阿里地區電力供應。
環境保護方面：燃機方案近期年消耗燃油2.1萬t 或燃煤4.8萬t，每年產生co 2排放量10萬t、co 2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，給脆弱的生態環境造成極大破壞。水電及光伏、光熱方案在施工期會對周邊環境造成一定影響，可採取相應的保護措施儘量減免；運行期基本無污染物排放，環境影響甚微；同時，水庫電站水域面積擴大將有助於改善庫周水環境，遏制草場沙化，有利於當地水土資源的合理開發利用。
綜上，從各方案的經濟性、供電可靠性、運行維護性及環境友好性等綜合比較，“調節水庫電站+光伏”是目前阿里地區最適合的電力供應方案，能夠滿足系統近中期電力的需求，可完全替代已建燃油機組，保障阿里地區電力系統安全穩定、節能環保和經濟運行。
系統特性分析
阿里地區實現水光互補系統的關鍵是要解決光伏併網穩定、經濟運行等問題，需要有一定裝機規模、調節性能較好的穩定電源作支撐。採用“調節水庫電站+光伏”的電力供應方案，光伏電站夜間或極端天氣情況下的出力空缺和出力不穩定，可由出力穩定、調節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電彌補，水電站在相應時段內減小出力、蓄水儲能。通過方案研究，阿里地區水光互補體系在技術上是可實現的；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的能源需求問題。
互補系統構成
2015年，光伏裝機規模10MW，占比29.7%，調節水庫電站僅獅泉河水電站，裝機規模占比19%。由於調節水庫電站所占比例較小，光伏被系統吸收電量有限，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，調節水庫電站所占系統比例達79.7%，光伏所占比例為160.%，可完全替代燃油機組，阿里電網水光互補清潔能源體系初步形成。
2025年，根據系統電力電量平衡計算，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用電需求。
調節水庫電站發電特性為：水庫具有年調節性能，可對徑流蓄豐補枯，進行水量再分配，調度靈活，出力調節反應速度快，電量和容量作用均突出；光伏電站發電特性為：受光照影響，午間時段發電，夜間間斷，出力易波動，主要考慮電量作用。因此，兩者日內出力分布及電量、容量作用的發揮等方面具有互補性。由阿里電網2025平水年枯水期典型日電力電量平衡圖，可知，調節水庫電站擔當大部分基荷，在白天光伏發電時段減小出力，在夜晚用電尖峰時段增加出力。由於系統最大負荷出現在夜晚，而此時光伏電站不能發電，系統主要依靠調節水庫電站發揮調峰容量和電量作用。
運行效果分析
目前，阿里電網調節水庫電站僅獅泉河水電站，入庫水量和調節庫容有限，在某台機組擔當基荷後，常無足夠水量來調峰；燃油機組白天1台、晚間2台運行，燃料消耗量大；已建光伏占系統比例達30%，若無其他補償措施，對電網衝擊大，系統棄光嚴重，晚尖峰時段仍需增加燃油發電。2020年，阿青水電站建成後，系統內調節水庫電站所占比例超過70%，配合已建光伏電站，系統尚有盈餘電力電量；隨著系統用電需求的增加，水光互補運行，資源最佳化配置，將增加系統對光伏電量的消納。根據2025年系統電力電量平衡成果，光伏年有效吸收電量達0.184億kW·h，相當於替代火電約10MW，每年節約標準煤約1.16萬t，減少so2排放量2.3萬t，減少so2排放量154t，減少煙塵排放量77t，節能減排的效益顯著。
因此，通過水光互補運行，一方面調節水庫電站對系統調峰和安全、穩定、經濟運行極為有利，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，水電蓄水調節，調峰調頻運行，解決了光伏棄光問題。遠期，即使系統用電負荷增加、調峰容量不足，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。
總結
燃油或燃煤不宜作為阿里地區能源供應主體；太陽能單一形式發電，間歇性和不穩定性成為電網安全的最大隱憂；水電存在枯水期電量不足等問題。因此，因地制宜，積極開發利用多種清潔能源，多能互補才是阿里地區能源發展的根本出路。從發展趨勢看，太陽能發電將成為技術可行、經濟合理、具備規模化發展條件的可再生能源，穩定的調節水庫電站與光伏電站發電雙向互補，可實現當地能源資源的最佳化配置，也有利於光伏產業後期在阿里地區的規模化發展，較好地解決阿里地區的能源供應不足和環境制約問題，是阿里地區清潔能源發展的一條新途徑。
