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小水电经济性与电气设备安全性研究袁越',白雪',傅质馨、徐锦才2

发布日期:2017-09-25 来源: 本网 查看次数: 4282 作者:admin

核心提示:  以能量转化效益最大为评价目标,设计一个装机容量为50MW的风电场和光伏阵列容量为35MW的光伏电站以及装机容量为20MW的小水电,并为该系统设置一个可以调节峰谷时段发电量的蓄水库,该水库可以储发电

  以能量转化效益最大为评价目标,设计一个装机容量为50MW的风电场和光伏阵列容量为35MW的光伏电站以及装机容量为20MW的小水电,并为该系统设置一个可以调节峰谷时段发电量的蓄水库,该水库可以储发电量为15MW,利用上述经济效益评价模型进行定量评估计算,可以得知蓄水库将风电、光伏在低谷时段所发的电能转移到高峰时段高价卖出所带来的能量转化经济效益约为9.4万元/天。小水电的上网电价按风电和光伏发电的发电成本加权平均进行定价,即峰时段(1.23元/1咄)、谷时段(0.67元/11)、腰时段(0.86元/111),仅小水电的经济收益就可达到46.3万元/天;而若按小水电独立上网电价即峰时段(0.30元/kff,h)、谷时段(0.15元/kWh)、腰时段(0.22元/kWh)计算,其经济收益仅有11.2万元/天,因此小水电1天的经济效益就提高了可见,小水电与风光互补发电可以带来显著的经济收益。在自然资源满足条件的地区,可以充分开发和利用当地的风、光、水来替代传统能源发电,为环境保护、非可再生资源的节约做出贡献。

  2小水电与风光互补环境效益当今社会,人类的活动导致全球气候变暖,应对气候变化的重点则是减少人类活动导致的温室气体过度排放,其中主要是能源消费中产生的二氧化碳气体的排放。

  根据中国国家发改委发布的2010年电力运行情况的数据显示,2010年全国发电量为41 413亿kWh,其中,火电33253亿kWh,比上年增长了11. 7%.可见,火电仍然在我国电力供应中发挥主导作用。仅2010年一年,我国火电消耗的标准煤就达到11亿多t,产生的二氧化碳气体达27亿多t.为了充分发挥绿色电力的生态环保优势,风电和光伏发电得到了大规模的建设。2010年,我-15-国风电年发电量为490亿kWh,按照335g/kWh标煤煤耗计算,可节省标准煤1641万t,减少二氧化碳排放4031万t,减少二氧化硫排放41.8万t,可见,风电己成为我国除火电、水电等常规能源外最重要的发电方式。据估计,我国1m高度的风力约有253GW,按可用率为2 0002500h/a计,可得到506.0632.5TW.h.相当于约1.9亿t标准煤,可减排二氧化碳4.6亿t、二氧化硫486万t;我国全年太阳能辐射总量为9282 200小时以上的地区约占我国国土面积的2/3,相当于24 000亿t标准煤,可减排二氧化碳55 600亿t、二氧化硫578亿t.而2010年,小水电的总发电量达到1 600多亿kW.h,相当于节约了5360万t标准煤,减少二氧化碳排放1.3亿t、二氧化硫排放136万t.因此,从生态效益上讲,开发小水电、风能和太阳能等可再生绿色电力,可以减少燃煤发电比例,减少烟尘,二氧化碳,一氧化碳,氯化氮及大量废弃物对环境的污染和破坏,对保护生态环境非常有益。

  将小水电、风能和太阳能进行联合开发,对于改善发电能源结构,实现电力低碳化具有显著的意义。特别是在煤价不断上涨的今天,大力发展可再生能源发电,对于扭转火电企业亏损的局面也十分有益。

  2.1小水电与风光互补的环境价值开发水能、风能、太阳能等可再生绿色能源,可以充分利用天然的无污染资源,不仅可以获取可观的经济效益,更重要的是能够带来节能减排的环境效益。按照火电厂平均每kWh供电煤耗335g标煤计算,风光水互补系统一天所发的电量可以节省的标煤量为:节省标煤量=全天发电量x335g/kW-h联合系统的环境价值:A=>,C,按照一天中风光水联合系统总发电量为130万kW h计,则节煤减排量如表1所示。中国排污总量收费标准与中国电力行业各种污染物减排的环境价值标准,风、光、水互补系统日减少的污染物排放量带来的环境效益如下所示(见表1)。

  表1风光水联合系统的节能减排效益名称节煤减排量联合系统节能减排量节煤与环境价值联合节煤价值与减排环境价值(元)标煤灰渣由此可见,风、光、水联合发电系统,每天可以节省435t标煤,按环境价值计算可以节省总计44.6万元/天,同时温室气体和其他废渣排放量大大减少,对生态保护十分有益。因此,应该大力推行节能减排政策,为我国环境质量以及经济效益的提高做出贡献。

  3电气设备安全性研究农村水电是我国农村重要的基础设施和公共设施。上世纪7080年代,我国开发建设了一大批农村水电站,由于当时技术水平还不成熟、经济条件比较差,相关运行操作规程不完善,设备检修、人员技能,政策管理不到位等问题,使得如今这些水电站存在严重的水资源浪费现象,甚至存在不同程度的安全隐患问题,严重影响小水电事业的正常发展。长期以来,国家出台了许多相关政策,积极扶持农村水电站的开发。针对有些水电站长期带病运行,发电效率低等情况,需要采取除险加固的措施,可以采用新技术、新设备、新材料、新工艺对原有水电站的水工建筑物和机电设备进行技术升级,提高水能资源利用率,增加发电量。同时,对这些水电站进行必要的设备安全评估,分析影响水电站安全可靠运行的重要设备事故原因,可以有效的采取应对措施进行设备检修和维护以及故障排查,是我国开展水电安全与管理工作的重要内容。

  总结我国小水电站存在的安全隐患主要来自于包括人为因素、设备因素、管理因素和生产中的危险因素等方面。

  建立一套小水电安全评价体系可以有效的降低小水电的事故发生率,从设备因素进行评价,建立评价模型必须遵循以下几个方面的原则:有效性原则。所建立的评价体系能有效的反映系统的运行状况。

  可操作性原则。采用生产中可测的数据,确保可操作性。

  符合实际原则。充分考虑小水电站各电气设备元件的特点,评价要符合实际。

  3.1安全评价方法安全性评价是运用安全系统工程方法对系统的安全性进行度量和预测,对系统所存在的危险和有害因素进行识别、分析并评估,确认系统发生危险的可能性及其严重程度,提出必要的措施,以寻求最低的事故率、最小的损失和最优的安全策略。对系统存在的危险性进行定性和定量分析。

  故障树分析法(FTA)是把系统故障事件作为顶事件,分析引起这一事件的可能原因,包括定性和定量的分析。其目的在于寻找导致顶事件发生的各种设备故障模式的组合。采用最小割集法分析导致故障树顶事件发生的数目不可再减少的基本事件的组合,定量的分析故障设备在整个系统中的重要性。层次分析法是一种定性和定量相结合的分析方法,采用对各因素之间相对权重进行分配的原则,可以有效的反映出某一指标在整个评价中的相对重要程度。

  3.2小水电电气设备安全评价电气设备包括主变压器和厂用变压器、高低压配电装置、继电保护及自动装置、直流系统、电缆及电缆用够筑物、通信设备。由于电源来自坝顶配电室,因此小水电站的故障树顶事件为:现顶配电室在汛期内发生不能恢复供电的概率。

  通过层次分析法对小水电电气设备进行权重分析可以得出如下结论(见表2):表2电气设备评价因素权重系数表方案层权重主变压器和厂用变压器0.282高低压配电装置0.370继电保护及自动装置0.186直流系统0.069电缆及电缆用够筑物0.061通信设备0.032由表2可见,在水电站电气设备权重分析中,配电装置在小水电发电系统中的权重系数最大,其安全可靠性对于水电站的安全可靠运行的影响也是最大。

  通过对某地水电站的设备可靠性进行检测,利用所获得的设备失效率对所建水电站的故障树模型的顶事件,即导致全厂失电的概率进行定量的分析计算,可得导致顶事件发生即水电站坝顶配电室失电的概率为7.18X107,对故障树进行最小割集计算如下所示(见表3),可见最小割集中发生的概率最大的组合为变压器两侧高低压开关设备。

  表3最小割集定量计算表序号发生概率百分比最小割集I、11段母线联接开关运行失效1厂变高压侧投切开关拒开I、11段母线联接开关运行失效2厂变高压侧投切开关拒开I、11段母线联接开关运行失效近区变高压侧投切开关拒开I、段母线联接开关运行失效近区变低压侧投切开关拒开此结论与利用层次分析法进行的电气设备的权重分析得到的结论,即高低压配电装置在电气设备中所占的权重最大相符合。可以看出厂用变以及主变上的高低压配电设备是重要的基本事件,其权重也是比较高的,对系统的安全可靠性影响最大,因此,对小水电系统的配电设备进行定期检修和维护,可以提高小水电站的电气设备安全可靠运行。从而提高小水电站的发电效率,提高其经济收益。

  4结论本文介绍了在一些风、光资源丰富的山区,利用当地的地形环境可以建立起小水电与风光互补的发电系统,不仅解决了偏远地区的供电问题,同时该系统可以带来可观的经济收益。从生态角度,利用可再生绿色能源发电对于节能减排、环境保护、气候调节等作用非常大,利用几乎零成本的天然资源替代煤碳进行发电,其污染物减排量带来的环境价值以及节省的购买煤碳的费用也很可观。

  小水电的安全运行年限越久,其创造的经济效益就越大,对小水电整个系统进行可靠性分析,找出影响其安全可靠运行的潜在风险,对于小水电的运营管理意义重大。因此,对于小水电的设备进行的安全性评估,是对小水电可能发生危险的一个概率评价,结论表明,影响小水电安全供电的重要设备是变压器的高低压开关设备。因此小水电站应加强安全检查和安全管理制度的实施,定期对重要开关设备进行检修和维护。这样可以延长小水电站的运行年限,增加小水电的经济效益。

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