输水工程风光互补与交流供电系统方案投资对比分析*

王梦琦

(贵州省水利水电勘测设计研究院有限公司，贵阳，550002)

1 输水工程闸(阀)门布置特点及供电方案比较

输水工程线长、面广、点多且分散，各类不同作用的闸(阀)门品种、数量繁多，这些闸(阀)门能否安全可靠运行，直接关系着城乡广大居民的生活用水以及工农业生产用水安全问题。水利工程输水工程往往位于人烟稀少的偏远山区，交通不便，用电设备的电力供应一直是一个比较普遍的困扰问题。沿线用电设备多但负荷小，使用频次低，单次运行时间短，用电量小，但对工程设备运行的保证率要求高，相应对设备的供电电源的保证率要求较高。长期以来，输水工程闸(阀)门启闭所需电力大都是从周边电网接入并通过远距离架设输电线路来提供，线路长、占地多，不仅工期长、造价高，工程运行管理难度大，运行费用高。输电线路受冰雨、雷电等恶劣天气影响较大，供电可靠性低，为此大都采用移动式柴油发电机作备用电源，其体积、重量较大，运输不便。针对输水工程闸(阀)门的使用及负荷特点，风光互补自供电智能系统可有效解决以上问题，符合建设“资源节约型、环境友好型”社会的时代发展需要。

风光互补自供电智能系统是一种将光能和风能转化为电能的装置，共用一套送变电设备，可为远离电网覆盖的地区提供低成本、高可靠性且不会破坏生态环境的独立供电系统。其弥补了风能与太阳能独立发电系统在资源上的不平衡性、不稳定性，可实现昼夜互补(白天太阳能发电，夜晚风能发电)、季节互补(夏秋季日照强烈，冬春季风能强盛)，供电稳定可靠。风光互补自供电智能系统采用直流低压供电，运行安全维护简单。自发自用独立供电，无需修建变电站、架设高低压线路等工程，在保证供电可靠性的同时可大幅降低工程造价，不仅设备安装费用低，而且后期维护费用低，极大地减少了工程运行成本。其建设不受地域环境限制，占地少，节能环保。

2 黄家湾水利枢纽工程两种供配电方案投资对比

黄家湾水利枢纽工程位于贵州省安顺市紫云县，工程主要任务是以城乡生活和工业供水、农业灌溉为主并结合发电。工程规模为大(2)型，水库总库容1.572亿m3，多年平均供水量为9321万m3。输水工程由1条干渠、3条支渠及3条输管线组成，全长115.5km。干、支渠及管线布置各类闸(阀)门500多个，各渠道上采用电动控制的闸门，装机容量小(5.5kW～7.5kW)，布置分散，设备用电电压0.4kV。设计对各类不同用途的闸、阀门，考虑了设计水平年正常运行和非正常供水工况，进行了操作频次(半个月、3个月、半年1次，或备用，或持续等)分析，通过现场采集测试试验、设备选型试验及各类模拟试验、实测试验等，从供电可靠性、施工安装、闸门(阀门)控制、运行管理、检修维护及故障率等方面进行方案比较，确定了最终的风光互补自供电智能系统设计方案。对输水工程风光互补自供电智能系统与传统交流供电系统进行了工程建设投资、运行维护费用的对比分析。

2.1 工程建设投资

交流供电方案设备安装费用7087.2万元(其中，设备费2784.7万元、安装费4302.5万元)；风光互补自供电智能系统方案设备安装费用2746.5万元，较交流供电方案减少4340.7万元，减少了约61%。

表1 工程建设投资对比

2.2 运行维护费用

根据《水利水电工程合理使用年限及耐久设计规范》(SL 654-2014)，本输水工程永久性水工建筑物的合理使用年限为30年，因此本项目按30年使用寿命测算工程运行维护费用。现阶段本工程灌区全部输电线路费用总共为1412.354万元，主变费用总共为99万元，根据《水电站机电设计手册》(电气一次部分)第21页表1-20，取输电线路年折旧维修率7%，取主变年折旧维修率14%，故传统交流供电的年运行费用为112.73万元，传统交流供电30年的运行费为3381.75万元。

经测算分析，交流供电系统方案运行维护费用3815.77万元(其中，电费303.14万元、折旧维修费3381.75万元、通信费130.88万元)；风光互补自供电智能系统方案运行维护费用1531.74万元，较交流供电方案减少2284.03万元，减少约60%。

表2 工程运行维护费用对比

3 夹岩水利枢纽及黔西北供水工程两种供配电方案投资对比

夹岩水利枢纽及黔西北供水工程涉及毕节、遵义两个地级市，工程主要任务是以供水、灌溉为主并结合发电。工程规模为大(1)型，水库总库容13.23亿m3，多年平均供水量为6.88亿m3，电站总装机容量90MW，多年发电量2.2亿kW·h。输水工程由毕大供水工程及6条干渠、16条支渠组成，全长408.95km。

3.1 工程建设投资

交流供电方案设备安装费用7823.17万元(其中，设备费2184.74万元、安装费5638.43万元)；风光互补自供电智能系统方案设备安装费用1887.71万元(其中，设备费1662.49万元、安装费225.22万元)，较交流供电方案减少5935.46万元，减少约76%。

表3 工程建设投资对比

3.2 运行维护费用

本项目按30年使用寿命测算工程运行维护费用。

经测算分析，交流供电系统方案运行维护费用3553万元(其中，电费201万元、折旧维修费3214万元、通信费138万元)；风光互补自供电智能系统方案运行维护费用1684万元，较交流供电方案减少1868.55万元，减少约53%。

4 应用效果评价

对黄家湾水利枢纽工程风光互补自供电智能系统进行现场试点试验，通过现场充电性能试验数据显示，太阳能光伏充电效果可达到设计预期，且在电池组配置较大的情况下，充电时间均在4～5天内充满。单晶硅太阳能板光电转化率高、性能可靠稳定，期间在阴雨天气、弱光环境下也可发电。风光互补自供电智能系统可根据实际用电负荷情况和资源条件进行系统容量的合理配置，保证了系统供电的可靠性。

通过现场各类金结设备的负载性能试验，可直观地看到直流电机的负载特性很优良。在空载启动时电流很低，逐步增加负载过程中电流呈线性变化，且通过带载启动试验可直观地看到直流电机具备降速满载启动特性，非常适合闸(阀)门的变动负载特性，带载启动特性可最大程度减少对闸(阀)门机械冲击，这是交流电机无法比拟的。直流电动装置采用智能一体化结构，具备液晶显示的人机交互界面，可直接在现场电动和手轮手动进行操作，手电两用非常方便，还可切换到远程控制模式，控制集成化程度较高。

5 结语

随着我国社会经济的快速发展和人民生活水平的不断提高，对水利工程设计运行的安全可靠度以及自动化程度的要求越来越高。针对水利工程长距离输水线路闸(阀)门数量多、布置分散、容量小且使用频率低的特点，风光互补自供电智能系统设计不仅可大幅降低工程建设和运营成本，有效避免了山区远距离架设输变电的施工、运行检修维护难度和风险，以及长距离输配电线路因冰雹等自然灾害可能导致的断电等工程风险，进一步提高了供电的安全性、可靠性，进而提高了工程运行的安全性和可靠性。风光互补自供电智能系统施工安装简便快捷，施工周期大幅度缩短，大量减少了工程建设占地，有利于环境保护和水土保持。风光互补自供电智能系统设计极大地推进了水利工程的控制水平，从规范化、科学化、智能化等方面改善和提高了工程的管理水平，社会、经济、环境、生态效益明显，值得在水利工程以及其他类似的工程建设中推广应用，发展前景广阔。