低碳發(fā)展戰(zhàn)略目標下的配電網布局規(guī)劃設計

□ 蘭建輝

2020年9月，中國政府在第七十五屆聯(lián)合國大會上提出：“中國將提高國家自主貢獻力度，采取更加有力的政策和措施，二氧化碳排放力爭于2030年前達到峰值，努力爭取2060年前實現(xiàn)碳中和。”踐行低碳發(fā)展戰(zhàn)略，能源是主戰(zhàn)場，電力是主力軍。隨著經濟的高速發(fā)展，電能的需求范圍也越來越廣。“十四五”期間，我國將加強需求側響應，加快電動汽車、電力儲能、可中斷負荷規(guī)模化發(fā)展，持續(xù)加大清潔取暖、港口岸電、工業(yè)電鍋爐等多種形式的電能替代。科學發(fā)展，規(guī)劃為先，配電網布局規(guī)劃需更具先進性和靈活性，才能在經濟、可靠的方式下滿足日益增長的負荷需求，從電能的需求環(huán)節(jié)上促進能源低碳發(fā)展。

1 配電網布局規(guī)劃要點

城市配電網規(guī)劃是城市規(guī)劃的重要組成部分，配電網布局規(guī)劃的目標主要是為滿足未來年負荷增長和電網發(fā)展需求，兼顧資源節(jié)約、低碳節(jié)能，確定何時何地建設何種類型的變電站、線路等電力設施[1]。

1.1 調查區(qū)域情況

對規(guī)劃區(qū)域的城市定位、規(guī)劃區(qū)經濟的發(fā)展情況、地區(qū)能源資源分布、能源結構進行分析，同時要結合規(guī)劃區(qū)域內與電網投資建設相關的其他市政設施的規(guī)劃，例如城市道路、大型給排水泵站、燃氣站、機場、新建功能區(qū)、交通樞紐、綜合管道等。配電網規(guī)劃與其他相關規(guī)劃間密切配合、統(tǒng)籌實施，才能保證電力規(guī)劃的順利實施。

1.2 電網現(xiàn)狀資料收集與分析

電網現(xiàn)狀資料收集與分析是配電網規(guī)劃后續(xù)工作開展的基礎，包含區(qū)域電網運行指標、電源情況、電網網絡圖、地理接線圖，用電負荷情況。對收集的數(shù)據(jù)資料進行全面分析，包括電壓等級分析、輸電供電線路超負荷分析、配電網短路情況下的校驗和電網“N-1”校驗等各項指標，以確定如下幾個問題。

（1）配電網供電能力是否滿足當前電力負荷的需求，當前配電網絡是否能夠適應區(qū)域電力負荷的不斷增長。

（2）當前配電網的供電可靠性能否滿足電力用戶的需求，電網正常運行時的電壓波動和供電線路損耗是否都在允許的范圍之內。

（3）目前的配電網架結構和供配電設備是否陳舊老化，是否需要更換和改進。

（4）隨著城市發(fā)展的進行，當前電力設施、電力線路走廊是否與城市建設擴張相矛盾，是否會阻礙城市規(guī)劃的實施。

對形成以上問題的原因進行整理與分析，提出建設與改造的思路。

1.3 電力負荷預測

電力負荷預測是配電網規(guī)劃設計的依據(jù)，目的是確定規(guī)劃區(qū)域的供用電量、最大負荷以及規(guī)劃地區(qū)總的負荷發(fā)展水平。通過對規(guī)劃區(qū)域的歷史用電情況、總體經濟發(fā)展規(guī)劃、規(guī)劃人口數(shù)量等與電力需求相關的因素進行全面細致的分析研究，確定以下選取原則[2]。

（1）城市電力總體規(guī)劃階段負荷預測方法宜選用：電力彈性系數(shù)法、回歸分析法、增長率法、人均用電指標法、橫向比較法、單位建設用地負荷指標法、單耗法等。

（2）城市電力詳細規(guī)劃階段的負荷預測方法宜選用：一般負荷宜選用單位建筑面積負荷指標法等；點負荷宜選用單耗法，或由有關部門、設計單位提供負荷、電量資料。

負荷預測結果的準確性直接影響配電網規(guī)劃設計的合理性。

1.4 配電網規(guī)劃設計

本階段為配電網規(guī)劃設計的最主要內容。根據(jù)所收集的電網現(xiàn)狀資料、存在的問題和電力負荷預測結果，結合所屬地區(qū)高壓配電網的上位規(guī)劃及城市總體規(guī)劃，制定出中低壓配電網建設與改造方案，包括以下幾點。

（1）新建或改造增容變電站的容量需符合電力負荷預測的要求，滿足“N-1”原則及電網容載比范圍的要求；變電站站址選擇盡可能靠近負荷中心，原則上不占用農田保護區(qū)，遠離易燃易爆等高危場所，滿足防洪要求，協(xié)調對周邊環(huán)境及其他設施的影響。

（2）一是電力線路走廊路徑規(guī)劃應綜合考慮線路長度、地形交通、施工運行及區(qū)域總體規(guī)劃的要求；二是避開軍事設施、大型工礦企業(yè)及不良地質地帶；三是盡量避開原始森林、自然保護區(qū)和風景名勝區(qū)；四是與建筑物、公路、鐵路、機場等保證合理的安全距離。在城鎮(zhèn)中心區(qū)、重點風景區(qū)等地段，合理利用電纜埋地敷設方案，與市政道路規(guī)劃并行設計。

（3）末端開閉所、低壓配電房等終端配電設施，應合理利用建設用地資源布置，盡量靠近用電負荷中心，采用節(jié)能環(huán)保型配電設施。在有分布式電源、電動車充電設施及電儲能設施的區(qū)域，應充分利用負荷側的電網反饋特性，將其納入片區(qū)配電網規(guī)劃中，合理參與電力平衡，以節(jié)約電能、減少投資。

2 配電網布局規(guī)劃設計案例

城市配電網規(guī)劃設計應符合國家級地方相關規(guī)范要求及區(qū)域總體規(guī)劃的目標要求，重點放在節(jié)能減排、資源循環(huán)利用方面，提升城鎮(zhèn)、鄉(xiāng)村品位和宜居環(huán)境上促進品質化發(fā)展。本文以福建省長汀縣策武工業(yè)園區(qū)配電網布局規(guī)劃設計為案例，闡述配電網布局規(guī)劃的方法及意義。

2.1 規(guī)劃目標

長汀縣位于福建省西南部，是閩、粵、贛三省的邊陲要沖，是福建的邊遠山區(qū)，隨著經濟快速發(fā)展，區(qū)位優(yōu)勢明顯，水、電、路、通訊等基礎設施日趨完善。策武工業(yè)園區(qū)位于長汀縣城中心南部，規(guī)劃用地面積約1282.04hm2，規(guī)劃期至2030年。作為長汀縣的工業(yè)重鎮(zhèn)，園區(qū)規(guī)劃目標為充分借助區(qū)域交通及經濟環(huán)境、整合區(qū)域資源和功能，進一步改善園區(qū)生態(tài)環(huán)境、構筑合理便捷的交通聯(lián)系及科學合理的用地功能布局，堅持“減量化、再利用、資源化”的原則，提升資源利用率，打造建設成為對外交通聯(lián)系便捷、與區(qū)域協(xié)調發(fā)展的高效生態(tài)產業(yè)園區(qū)和資源消耗低、環(huán)境污染少、經濟效益好的綠色生態(tài)園區(qū)。

2.2 規(guī)劃區(qū)配電網現(xiàn)狀及存在的問題

2018年長汀縣供電人口約55.14萬，全社會年用電量11.70億kWh，區(qū)域水利資源豐富，小型水電站數(shù)量眾多；電網共有220kV變電站2座，其中1座為公用變電站，1座為鐵路牽引站；110kV變電站8座。策武工業(yè)園區(qū)范圍內有1座110kV麻陂變電站（2×50MVA），位于規(guī)劃區(qū)中部，變電站進出線主要以架空線為主，如圖1所示。

圖1 長汀縣策武工業(yè)園區(qū)現(xiàn)狀地形圖

規(guī)劃區(qū)內配電網存在如下問題。

（1）110kV變電站僅有1座，電源單一，容載比低，且站內存在部分老舊設備，電網可靠性不高。

（2）變電站周圍環(huán)山，且山體起伏較大，進站道路外側主路僅一條，進出線極為不便，線路走廊空間緊張，又無法充分利用現(xiàn)有的市政道路設施。

（3）電力規(guī)劃滯后于城市總體規(guī)劃，新建架空線路走廊用地時常無法得到保證；園區(qū)中心地下電力通道建設不能與城市道路建設同步，城市道路建設當中沒有預留足夠的地下電力管道，造成市政工程二次開挖施工，增加投資，影響交通。

（4）中壓配電網絡薄弱，供電半徑大于15km的10kV線路仍有不少，部分線路存在線徑過小、設備老舊等問題，造成部分地區(qū)電能損失較大，供電可靠性較差。

（5）一是低壓用戶端電網發(fā)展滯后，老舊住宅區(qū)用電線路錯綜復雜，與其他市政管線交叉擁擠，造成供電安全事故增多；二是負荷端分布不均，存在遠距離用戶分散且數(shù)量少的特點；三是改造工程易受居民阻擾、道路開挖等外部影響，在負荷密集區(qū)、商住集中區(qū)、老城區(qū)布點困難。

（6）電動汽車逐步普及，但由于低壓配電網絡薄弱，負荷分配不均，加上建設用地緊張、充電設施選址困難，影響了充電基礎設施建設，無法促進園區(qū)內的節(jié)能減排。

2.3 規(guī)劃區(qū)電力負荷預測

依據(jù)所搜集的資料進行分析對比，本項目采用建設用地負荷密度法、人均用電指標法進行負荷預測。

（1）建設用地負荷密度法：依據(jù)2030年規(guī)劃用地平衡表，參考國內其他同類城市和地區(qū)的負荷密度資料，結合規(guī)劃區(qū)實際情況，按不同用地性質設置規(guī)劃區(qū)2030年用電負荷指標，并進行負荷預測如表1所示。

表1 2030年長汀縣策武工業(yè)區(qū)電力負荷預測

根據(jù)以上用電負荷結果164.52MW，取同時系數(shù)0.65，計算得出負荷預測結果為106.94MW，平均負荷密度為106.43kW/hm2。

（2）人均用電指標法：人均用電量法主要是根據(jù)地區(qū)人口和人均年用電量來推算年用電量。根據(jù)規(guī)劃區(qū)產業(yè)發(fā)展狀況，人均綜合用電量按用電水平中上城市選取，2030年取7000kWh/（人·a），年最大負荷利用小時數(shù)預計為4800h，2030年策武工業(yè)園區(qū)規(guī)劃人口約7萬人，計算可得規(guī)劃區(qū)負荷預測結果為102.08MW。

以上兩種方法預測結果相對吻合，最終結果取平均值104.51MW。

2.4 配電網規(guī)劃布局設計

策武工業(yè)園區(qū)總體規(guī)劃綜合考慮人文、地形、交通、自然環(huán)境等因素，用電負荷大的工業(yè)用地布置在規(guī)劃區(qū)的東南方向，且布置集中，占地面積大；而西北方向主要為住宅用地、少量商業(yè)用地、配套服務設施、公用設施、綠地及廣場用地等，布置分散，用電負荷比重較低。

因此在園區(qū)現(xiàn)有的1座110kV麻陂變電站（2×50MVA）的基礎上，于園區(qū)東南方向規(guī)劃新建1座110kV變電站（2×50MVA）。新規(guī)劃兩路110kV高壓線路，一路引接110kV麻陂變電站，路徑沿兩座變電站之間的主干路周邊架空敷設，另一路引接規(guī)劃區(qū)東南方向的220kV變電站，路徑沿園區(qū)外圍的電力走廊架空敷設。變電站布點如圖2所示。

圖2 長汀縣策武工業(yè)園區(qū)變電站規(guī)劃布點示意圖

新建110kV變電站選址位置靠近工業(yè)用地等用電負荷高密度區(qū)，供電半徑小，供電可靠性高；且靠近園區(qū)主干路，地勢平坦，電力線路走廊空間充裕，便于進出線，交通運輸方便，對周圍自然環(huán)境影響小，符合“十四五”規(guī)劃中關于統(tǒng)籌主體功能區(qū)、土地利用、生態(tài)環(huán)境保護等規(guī)劃協(xié)調發(fā)展的戰(zhàn)略方針。

至2030年，園區(qū)共有2座110kV變電站，總容量200MVA，根據(jù)用電負荷預測值104.51MW，得出110kV電網容載比為1.91，滿足規(guī)范要求。并且兩座變電站高壓線路手拉手互聯(lián)，解決了110kV電網電源單一的問題。新建的110kV變電站站址周邊留有發(fā)展備用地，為后期配電網遠景規(guī)劃做好擴建預留。

規(guī)劃區(qū)現(xiàn)狀暫無35kV變電站，但有少量用戶是由規(guī)劃區(qū)外圍的35kV變電站提供電源，影響園區(qū)總體規(guī)劃的實施。新規(guī)劃中心城區(qū)內原則上不再增加35kV變電站，規(guī)劃區(qū)周邊現(xiàn)有35kV變電站將逐步規(guī)劃退出電網運行，現(xiàn)有35kV變電站所供負荷由110kV站直降10kV轉供，減少投資，且供電可靠性增加。

10kV配電網采用環(huán)網接線方式布置，并依據(jù)110kV變電站的位置、地區(qū)負荷密度和運行管理的需要，分成若干個相對獨立的分區(qū)。分區(qū)內設計10kV開閉所，開閉所轉供容量一般控制在8000kVA～12000kVA，相鄰開閉所互聯(lián)，每座開閉所保證有兩路獨立可靠的電源接入。開閉所位置根據(jù)各分區(qū)詳細規(guī)劃確定，為節(jié)約用地，可與建筑物合建，但應考慮設備運輸便利，并留有消防通道，滿足防火、防潮、通風等技術要求。

10kV配電所的布置應靠近負荷中心，并結合建筑物合理布置，采用節(jié)能環(huán)保型配電設施。對規(guī)劃區(qū)內高損耗的配電變壓器進行有序的更換。合理選擇配電變壓器的容量，保證變壓器負載率維持在合理的運行水平。針對不同的用電負荷性質，合理增加無功補償裝置，提高運行功率因數(shù)。

為配合電動汽車充電設施的建設發(fā)展，結合詳細用地規(guī)劃，在大型停車場、住宅小區(qū)停車區(qū)、工業(yè)廠區(qū)停車區(qū)、交通樞紐帶等區(qū)域，根據(jù)《福建省電動汽車充電基礎設施建設技術規(guī)程》（DBJ 13—278—2017）的相關技術要求，配合充電設施負荷同時系數(shù)低的特點，在原設計配電容量的基礎上適當增加一定比例的專供配電變壓器，可滿足園區(qū)范圍電動汽車的使用，促進園區(qū)的節(jié)能減排。

園區(qū)中心區(qū)域規(guī)劃建筑物較為密集，為解決低壓架空線路與建筑物安全間距不足、阻礙綠化樹木生長、線路桿塔占用建設用地等問題，保證城區(qū)環(huán)境的美觀，園區(qū)中心配電線路規(guī)劃沿地下電纜排管敷設，結合園區(qū)市政道路規(guī)劃、道路周邊用地負荷密度指標進行電力管道規(guī)劃設計[3]。變電站進出線所處主干路段，設計排管15～18根；一般主干路段，設計排管12～18根；城市次干路設計排管9～12根；城市支路設計排管6～9根。園區(qū)排管布置于人行道或綠化帶，與給排水、通信、燃氣管道保持合理的安全間距，管線較多、布置困難時可沿非機動車道或慢行車道布置，排管數(shù)可根據(jù)各分區(qū)用地詳細規(guī)劃適當調整。

3 結語

低碳發(fā)展戰(zhàn)略是我國“十四五”規(guī)劃的一個綜合性發(fā)展戰(zhàn)略。配電網布局規(guī)劃應當以國家發(fā)展戰(zhàn)略為導向，以區(qū)域總體規(guī)劃為基礎，利用科學、合理的計算統(tǒng)計方法，因地制宜、分步實施，才能引導城市電網建設健康有序地發(fā)展。