中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)訊：美麗的海島往往都是度假的天堂，但是供電問(wèn)題與大陸相比存在許多問(wèn)題。究竟采取哪種供電方式才是最合理的呢？下面小編就帶你一探究竟。
一般來(lái)說(shuō)，海島供電模式主要分為兩種：聯(lián)網(wǎng)和離網(wǎng)。
對(duì)于中大型群島而言，由于對(duì)電力需求總量和可靠性均有較高的要求，因此往往通過(guò)海纜與大陸聯(lián)網(wǎng)。例如舟山群島地區(qū)的舟山主網(wǎng)通過(guò)220kV和110kV海纜與大陸電網(wǎng)相連；嵊泗電網(wǎng)通過(guò)±50kV直流海纜與上海電網(wǎng)互聯(lián)，與舟山主網(wǎng)通過(guò)110kV海纜互連。而對(duì)于其他偏遠(yuǎn)小島而言，由于最大負(fù)荷有限、輸送距離較遠(yuǎn)、島嶼面積狹窄，鋪設(shè)海纜在技術(shù)與經(jīng)濟(jì)方面需要付出更大代價(jià)，因此更需要圍繞可再生能源為核心，開(kāi)發(fā)清潔可靠的海島電網(wǎng)。
聯(lián)網(wǎng)型
聯(lián)網(wǎng)型的海島電力輸送一般需要敷設(shè)海底電纜，但有時(shí)距離不太遠(yuǎn)時(shí)也需要考慮架空大跨越，需要做技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較。
2009年6月30日投運(yùn)的海南跨海聯(lián)網(wǎng)一回500千伏交流工程，是我國(guó)第一個(gè)超高壓、長(zhǎng)距離、大容量海底電纜工程。
該聯(lián)網(wǎng)工程在兩方面發(fā)揮了重要作用：一是聯(lián)網(wǎng)工程相當(dāng)程度上解決了長(zhǎng)期困擾海南電網(wǎng)的“大機(jī)小網(wǎng)”難題，海南電網(wǎng)“N-1”故障穩(wěn)態(tài)頻率波動(dòng)幅度從±0.5Hz降低到±0.2Hz；二是聯(lián)網(wǎng)工程釋放了海南300MW瓦級(jí)機(jī)組的發(fā)電能力，減少了海南電網(wǎng)對(duì)網(wǎng)內(nèi)發(fā)電備用容量的需求，有助于海南水電、風(fēng)電等清潔能源的充分利用。
雖然聯(lián)網(wǎng)工程能夠確保供電的可靠性，但也存在一些不足。
1）建設(shè)費(fèi)用驚人。聯(lián)網(wǎng)一期工程設(shè)計(jì)輸電容量為600MW，由于海底電纜采購(gòu)價(jià)的增加，工程總投資大幅增加，由可研階段批復(fù)的約12億元增加到實(shí)際投資約25億元。
2）運(yùn)行維護(hù)困難。海纜故障判別與定位、封堵與打撈、電纜頭接續(xù)等搶修關(guān)鍵技術(shù)被國(guó)外幾家公司壟斷，工程采用的充油式海纜只能由耐克森公司修復(fù)，國(guó)內(nèi)尚無(wú)具備海纜搶修技術(shù)和能力的單位。一旦出現(xiàn)海纜損壞事故，兩端的油罐通過(guò)海纜中心的油道不斷向外冒油，以防止海水滲入導(dǎo)致整根電纜報(bào)廢，需要盡快找到故障點(diǎn)實(shí)施封堵與打撈。
離網(wǎng)型
海島離網(wǎng)供電的趨勢(shì)肯定還是以可再生能源為核心的微電網(wǎng)。
按照這些海島獨(dú)立電網(wǎng)規(guī)模，可劃分小型（數(shù)百千瓦）、中型（兆瓦級(jí)）與大型海島電網(wǎng)。
對(duì)于小型獨(dú)立電網(wǎng)，由于使用的內(nèi)燃發(fā)電機(jī)慣性與備用容量均較小，因此限制了可再生能源的接入，對(duì)儲(chǔ)能設(shè)備的特性與容量也有較高要求；而對(duì)于中型獨(dú)立微網(wǎng)，由于一般采用了多臺(tái)內(nèi)燃發(fā)電機(jī)，可借助旋轉(zhuǎn)發(fā)電設(shè)備自身的慣性吸收部瞬時(shí)變動(dòng)，有利于減少儲(chǔ)能設(shè)備容量，增強(qiáng)對(duì)風(fēng)電和光電的接納能力，提高整個(gè)海島電網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)性；對(duì)于大型海島電網(wǎng)，其主要目標(biāo)是檢驗(yàn)兆瓦級(jí)風(fēng)/光電接入后對(duì)原有海島電網(wǎng)的影響，以及利用多種儲(chǔ)能裝置抑制光伏發(fā)電波動(dòng)性的可能性。
海島如果未與大陸主電網(wǎng)鏈接，一般情況用電普遍需要依靠島上的自備柴油發(fā)電機(jī)組，居民無(wú)法獲得穩(wěn)定可靠的電能，且對(duì)環(huán)境污染較大，對(duì)海島居民的生產(chǎn)生活和海島經(jīng)濟(jì)的長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展造成極大影響。
打造包括太陽(yáng)能發(fā)電、風(fēng)力發(fā)電、海浪發(fā)電和蓄電池儲(chǔ)能系統(tǒng)在內(nèi)的全新分布式供電系統(tǒng)，與海島原有的柴油發(fā)電系統(tǒng)和電網(wǎng)輸配系統(tǒng)集成為一個(gè)智能微電網(wǎng)系統(tǒng)，將是解決離網(wǎng)型海島用電難問(wèn)題的有效途徑。接下來(lái)就對(duì)在海島上應(yīng)用的新能源發(fā)電系統(tǒng)逐一進(jìn)行剖析。
光伏發(fā)電
海島，尤其是我國(guó)西沙、南沙群島的島礁，自然環(huán)境特別嚴(yán)酷：高溫、高濕、高鹽霧，金屬設(shè)施在“天然腐蝕箱”環(huán)境中受腐蝕嚴(yán)重，即使是不銹鋼器件也不能幸免。海島光伏發(fā)電建設(shè)，設(shè)施設(shè)備防腐是首先必須解決的問(wèn)題。在實(shí)際工程中，將光伏組件框架整體深度氧化加工工藝，可以解決邊框截?cái)嗵幏栏芰Ρ∪醯膯?wèn)題。此外，采取的措施還包括：做好組件邊框和支架問(wèn)的原電池防腐蝕隔離；電子電力線路板和裸露接頭處涂敷823防腐漆；配電裝置防護(hù)等級(jí)選用IP65以上。
在我國(guó)南海，臺(tái)風(fēng)頻繁，風(fēng)力超強(qiáng)。光伏組件安裝在屋頂上，設(shè)計(jì)人員必須對(duì)光伏發(fā)電設(shè)施的防護(hù)予以足夠重視。施工階段，要注意將光伏組件框架和屋頂結(jié)構(gòu)緊密聯(lián)接固定，不能簡(jiǎn)單支撐固定在屋頂上，框架和屋頂之間不能留有空隙。光伏組件框架用材要有足夠厚度和強(qiáng)度。根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，框架板厚不宜小于2．5mm，戶外配電箱箱體宜為3mm厚的不銹鋼并加防腐漆涂敷。
光伏發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)盡可能降低運(yùn)輸、施工、安裝難度。運(yùn)上海島的所有系統(tǒng)設(shè)備、器材須由大船運(yùn)至海島附近，在海上倒駁至小船轉(zhuǎn)運(yùn)，風(fēng)大浪高條件下兩條船均處于漂浮狀態(tài)，不僅組織實(shí)施難度較大，而且危險(xiǎn)系數(shù)較高；此外，海島施工機(jī)具條件有限，施工、安裝困難重重。因此，海島光伏發(fā)電系統(tǒng)建設(shè)方案要綜合考慮運(yùn)輸、安裝、工藝所需配套的設(shè)施設(shè)備，裝置應(yīng)盡可能實(shí)現(xiàn)小型化、組裝化，單體設(shè)備最大重量不宜超過(guò)1t，確保既能滿足設(shè)計(jì)需要，又便于施工、安裝。系統(tǒng)設(shè)計(jì)要實(shí)現(xiàn)“傻瓜”化、模塊化。
島上的人員往往專業(yè)技術(shù)力量有限，只能從事日常簡(jiǎn)單操作，對(duì)設(shè)備的檢修維護(hù)較為困難。系統(tǒng)設(shè)計(jì)要盡量提高靈活性、可靠性和維修互換性。建議故障后直接更換模塊維持運(yùn)行，減少使用維護(hù)技術(shù)復(fù)雜、難度大的設(shè)備，優(yōu)先選用可靠性高、維護(hù)簡(jiǎn)單的設(shè)備。
風(fēng)力發(fā)電
風(fēng)力發(fā)電可與光伏發(fā)電實(shí)現(xiàn)互補(bǔ)，但自然風(fēng)波動(dòng)很大。極不穩(wěn)定，風(fēng)能發(fā)電時(shí)有時(shí)無(wú)，電壓時(shí)高時(shí)低，因此風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電必須建立一個(gè)穩(wěn)壓系統(tǒng)，以確保其正常供電。此外，由于低于3m／S的風(fēng)速能量太小，沒(méi)有利用價(jià)值，而風(fēng)速大于20m／s時(shí)對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)的破壞性很大，又很難利用，所以海島通常只對(duì)320m／s的風(fēng)加以開(kāi)發(fā)，小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組啟動(dòng)風(fēng)速較低，一般3m／s以上就能發(fā)電。
海島風(fēng)力發(fā)電設(shè)計(jì)要注重安全可靠和環(huán)境適用性，必須保證在一些極端情況下能經(jīng)受住考驗(yàn)，避免大風(fēng)天氣葉片“不翼而飛”，以及頻繁更換零配件情況的發(fā)生。海島風(fēng)力發(fā)電一般選用水平軸高速螺旋槳式三相交流發(fā)電機(jī)。功率10kW以下。所發(fā)的三相交流電經(jīng)安裝于控制器中的整流裝置后輸出直流電，匯入直流母排。此種風(fēng)力發(fā)電機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、低速發(fā)電性能好、便于安裝和維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)，尤其是對(duì)海島無(wú)線通信干擾要比直流發(fā)電機(jī)小得多。相同功率的風(fēng)力發(fā)電機(jī)。當(dāng)啟動(dòng)和額定風(fēng)速不一樣時(shí)。在同等環(huán)境下其輸出功率差距較大。因此風(fēng)力發(fā)電機(jī)選型最重要的考慮因素是使其設(shè)計(jì)風(fēng)速值與當(dāng)?shù)氐娘L(fēng)能資源匹配，與之達(dá)到最大吻合，不可簡(jiǎn)單地用風(fēng)機(jī)“銘牌”標(biāo)定的額定功率值直接作為選配依據(jù)。
海島風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)設(shè)備大都安裝于室外，具備濕、高聳、突出等易受雷擊特征，尤其是風(fēng)力發(fā)電機(jī)塔架、風(fēng)輪和輪轂高度至少十幾米，遭受雷擊屢見(jiàn)不鮮。特別是在海島，伴隨電閃雷鳴釋放出巨大能量，不僅造成光伏組件、風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片損壞，而且常常引起發(fā)電系統(tǒng)過(guò)電壓，造成發(fā)電機(jī)擊穿、控制設(shè)備燒毀、電氣設(shè)備損壞等事故，甚至危及人身安全。因此籌劃系統(tǒng)建設(shè)方案時(shí)應(yīng)注意做好防雷設(shè)計(jì)。
海浪發(fā)電
相比風(fēng)能與太陽(yáng)能技術(shù),波浪能發(fā)電技術(shù)要落后十幾年。但是波浪能具有其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì),波能能量密度高,是風(fēng)能的4~30倍;相比太陽(yáng)能,波浪能不受天氣影響。波浪能發(fā)電電源是利用波浪發(fā)電制作成的電源,為海洋傳感節(jié)點(diǎn)供電具有諸多優(yōu)點(diǎn)：
1）波浪能分布廣泛且儲(chǔ)量巨大,可就地取能。
2）波浪發(fā)電裝置受海況與氣候影響較低。研究利用波浪能發(fā)電,為海洋無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)提供長(zhǎng)期的能量供給,具有十分重要的意義。
風(fēng)與海面作用產(chǎn)生海浪，海浪能是以動(dòng)能形式表現(xiàn)的水能資源之一。1977年，有人對(duì)世界各大洋平均波高1米、周期1秒的海浪進(jìn)行推算，認(rèn)為全球海浪能功率約為700億千瓦，其中可開(kāi)發(fā)利用的約為25億千瓦，與潮汐能相近。海浪中蘊(yùn)藏有如此豐富的能量，如將海浪的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為電能，使制造災(zāi)難的驚濤駭浪為人類服務(wù)，是人們多年來(lái)夢(mèng)寐以求的理想。
面臨的問(wèn)題
波浪能裝置的總發(fā)電效率大都比較低,提高裝置各級(jí)能量轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換效率問(wèn)題需要亟待解決。目前,波浪能發(fā)電仍存在諸多問(wèn)題,如制造成本昂貴、裝置可靠穩(wěn)定性及并網(wǎng)等。波浪能發(fā)電難以與常規(guī)能源相競(jìng)爭(zhēng),但是對(duì)于不便于應(yīng)用常規(guī)能源的場(chǎng)合,波浪發(fā)電在一定程度上具有特有的優(yōu)越性與生命力。當(dāng)前,海洋無(wú)線監(jiān)測(cè)傳感網(wǎng)中各節(jié)點(diǎn)仍大多采用傳統(tǒng)化學(xué)電池供電,但是化學(xué)電池的使用壽命有限,需定期更換。惡劣復(fù)雜的海洋環(huán)境給數(shù)ift龐大的傳感器節(jié)點(diǎn)電池更換造成了極大的困難,然而化學(xué)電池能量一旦耗盡,傳感器節(jié)點(diǎn)無(wú)法正常工作,將會(huì)影響整體傳感器網(wǎng)絡(luò)的性能。
為解決一直困擾著海浪發(fā)電機(jī)設(shè)計(jì)和建造的各種問(wèn)題，制造更先進(jìn)的海浪發(fā)電機(jī)，歐洲海洋能源中心在英國(guó)政府的資助下建立了奧克尼海浪發(fā)電試驗(yàn)場(chǎng)。該試驗(yàn)場(chǎng)中安裝有抗風(fēng)暴的系泊設(shè)備和鎧裝電纜，使得安裝和測(cè)試海浪發(fā)電機(jī)變得方便而廉價(jià)?，F(xiàn)在，在奧克尼海浪發(fā)電試驗(yàn)場(chǎng)，歐洲海洋能源中心能同時(shí)安裝四臺(tái)海浪發(fā)電機(jī)，研究人員能夠同時(shí)對(duì)不同的海浪發(fā)電機(jī)進(jìn)行直接比較，這樣就有可能挑選出最好的海浪發(fā)電機(jī)，從而以很低的成本產(chǎn)生出更多的電能。進(jìn)一步說(shuō)，在試驗(yàn)場(chǎng)里還有與電網(wǎng)相連的接入口，這樣一來(lái)，實(shí)驗(yàn)測(cè)試用的海浪發(fā)電機(jī)在開(kāi)始試驗(yàn)時(shí)就可能為研制者帶來(lái)收益，從而降低了研制成本。
奧克尼海浪發(fā)電試驗(yàn)場(chǎng)的第一個(gè)用戶可能是“海蛇”。“海蛇”是英國(guó)海洋電力設(shè)備公司研制的一款海浪發(fā)電機(jī)的別稱。該公司正在利用歐洲海洋能源中心建造的750千瓦的“海蛇”海浪發(fā)電機(jī)的樣機(jī)?！昂Ｉ摺钡脑O(shè)計(jì)壽命為15－20年，能經(jīng)受住百年一遇的巨浪的沖擊。
海上浮動(dòng)核電站
相比于以上供電方式，海上浮動(dòng)核電站是近幾年才發(fā)展起來(lái)的。這種小型的、可移動(dòng)式的核電站將陸上核電站的縮小版安裝在船舶上，既可為偏遠(yuǎn)島嶼供應(yīng)安全、有效的能源供給，也可為遠(yuǎn)洋作業(yè)的海上石油、天然氣開(kāi)采平臺(tái)提供電力、熱力和淡水資源，有用電需求時(shí)將電站拉過(guò)來(lái)，不需要便可用船將電站拉走。
提到海洋、核電站，很多人往往想到的還是其安全性。海上浮動(dòng)核電站（也稱浮動(dòng)堆）究竟安不安全？其實(shí)，離岸小型模塊化浮動(dòng)堆的安全性優(yōu)于目前在運(yùn)的陸基核電站。首先，浮動(dòng)堆功率較小，設(shè)計(jì)上采用更先進(jìn)的理念，本身固有的安全性就很高。浮動(dòng)堆處于遠(yuǎn)離陸地的海上，不易受地震和海嘯影響，即便發(fā)生地震，震源的地震波也不會(huì)被海水傳遞。而且海洋本身也可以作為一個(gè)應(yīng)急的散熱器，在極端事故情況下，浮動(dòng)堆可將海水引入船體內(nèi)，阻止堆芯熔化進(jìn)程，保證反應(yīng)堆安全。由于浮動(dòng)平臺(tái)體積小，它們可被牽引到專門的場(chǎng)所進(jìn)行集中維護(hù)和處理。
浮動(dòng)核電站的技術(shù)原理其實(shí)并不神秘，只是將原本建造在陸地上的核電站安裝在船舶平臺(tái)上。但是，由于陸地和海上條件差異很大，相關(guān)的技術(shù)要求不盡相同，海上浮動(dòng)核電站的設(shè)計(jì)、建造和運(yùn)行都面臨特殊的技術(shù)難題。
目前，中廣核正在開(kāi)展ACPR50S小型堆示范項(xiàng)目的初步設(shè)計(jì)工作，預(yù)計(jì)2017年啟動(dòng)示范項(xiàng)目建設(shè)，2020年建成發(fā)電。
ACPR50S海上小型堆的技術(shù)先進(jìn)性體現(xiàn)在，采用模塊化設(shè)計(jì)，易于現(xiàn)場(chǎng)安裝、運(yùn)行及換料檢修；緊湊型布置，反應(yīng)堆壓力容器與蒸汽發(fā)生器之間采用短套管連接，基本消除大破口事故發(fā)生；基于大型壓水堆成熟經(jīng)驗(yàn)開(kāi)展小型化設(shè)計(jì)，依托成熟核級(jí)設(shè)備供應(yīng)鏈。
ACPR50S海上小堆采用全非能動(dòng)安全系統(tǒng)，半潛式深吃水設(shè)計(jì)，海水可作為最終熱阱，安全性上超過(guò)了三代核電安全標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)用戶需求提供特定的熱力及電力供應(yīng)，小型堆可廣泛應(yīng)用于偏遠(yuǎn)海島中小型電網(wǎng)、海水淡化、工業(yè)供熱、居民供暖等領(lǐng)域。
由于海上浮動(dòng)小型堆換料檢修周期長(zhǎng)，可長(zhǎng)期運(yùn)行、持續(xù)不斷地進(jìn)行電能、熱能、海水淡化等綜合能源供給，用于海上資源開(kāi)發(fā)時(shí)比利用柴油發(fā)電機(jī)實(shí)惠得多。后者不僅功率小，且燃料補(bǔ)給困難、使用維護(hù)成本高。
在一些特殊需求上，比如為海島供電，柴油發(fā)電機(jī)的電價(jià)高達(dá)每度電5塊錢，小堆在經(jīng)濟(jì)上就有很好的競(jìng)爭(zhēng)力。據(jù)相關(guān)資料，目前渤海海上石油開(kāi)采所需能源為原油或有限的伴生氣，原油發(fā)電成本大約2.0元/千瓦時(shí)，而海上核能發(fā)電成本約0.9元/千瓦時(shí)。
一旦海上浮動(dòng)核電站能夠成熟應(yīng)用，將成為海上最強(qiáng)的移動(dòng)電源，可有效解決偏遠(yuǎn)島礁供電問(wèn)題。
