电力工程施工临时供电系统的多能互补优化配置

引言

在电力工程施工过程中，临时供电系统是保障施工顺利进行的关键基础设施。传统的临时供电系统往往以单一能源为主，如柴油发电机供电，这种方式存在诸多弊端，如运行成本高、环境污染严重、供电可靠性低等。随着能源技术的不断发展和对绿色施工理念的重视，多能互补的供电模式逐渐成为研究热点。多能互补优化配置通过整合多种能源，充分发挥不同能源的优势，实现能源的高效利用和优化分配，对于提高电力工程施工临时供电系统的性能具有重要意义。

一、传统临时供电系统存在的问题

1.1 经济性问题

传统柴油发电机作为电力工程施工现场主要的临时供电方式，长期运行过程中燃料成本居高不下，特别是在远离城市电网覆盖的偏远地区，柴油运输与储存成本更成为不可忽视的负担。由于施工用电负荷具有阶段性波动特征，柴油发电机组经常处于非满载工况下运行，导致单位电能输出的油耗显著上升，能源利用效率低下。此外，设备维护周期短、故障率较高也进一步推高了运维支出，使得整体供电系统的经济性受到严重制约。

1.2 环保性问题

柴油发电机在燃烧过程中释放出大量氮氧化物、一氧化碳及颗粒污染物，不仅影响施工现场空气质量，还对周边生态环境造成持续性破坏。尤其是在城市近郊或生态敏感区域进行电力工程建设时，这种污染效应更容易引发监管审查与公众质疑。随着国家“双碳”战略推进和环保政策趋严，传统燃油供电模式已难以满足绿色施工标准，亟需通过清洁能源替代与能源协同调度实现环保升级。

1.3 可靠性问题

单一依赖柴油发电机的供电结构缺乏冗余设计，一旦设备突发故障或燃料供应不及时，极易造成供电中断，严重影响关键工序连续作业。施工现场往往存在多专业交叉作业场景，停电可能导致设备停机、数据丢失甚至人员安全事故，进而延误整体工程进度。系统缺乏智能调度能力，在面对复杂多变的外部环境与负荷变化时，难以维持稳定、高效的供能保障。

二、多能互补优化配置的理论基础

2.1 多能互补的概念

多能互补是一种基于能源多样化与协同运行理念的供能模式，旨在通过整合太阳能、风能、柴油发电以及市电等多种能源形式，实现不同能源之间的高效耦合与动态调配。该模式充分考虑各类能源在时间分布、能量密度、输出稳定性等方面的差异性，结合施工现场阶段性负荷变化特征，构建具有自适应能力的混合供电体系。例如，在日照充足的白天优先启用光伏发电系统，在风力资源充沛时段启动风力发电机，辅以柴油机组作为备用电源或调峰单元，从而提升整体供能效率。

2.2 优化配置的目标

在满足施工用电需求的基础上，多能互补系统需兼顾多重性能指标的协同优化。其核心目标在于构建一个经济合理、运行稳定且环境友好的临时供电结构。具体而言，应有效降低能源采购及设备运维的综合成本，控制碳排放与空气污染物的排放总量，并通过合理的能源调度策略提升供电连续性与应急响应能力。同时，系统还应具备良好的可扩展性，以适应施工现场不断变化的用电场景和外部环境条件。

2.3 优化配置模型的构建

本研究提出了一种以最小化全生命周期成本为目标函数的多能互补优化配置模型，涵盖设备购置、能源消耗、运行维护及环境治理等环节的成本要素。模型引入供电可靠性约束条件，确保关键施工节点的持续电力供应；同时设置碳排放上限和污染物排放限额，强化系统的绿色属性。在此基础上，采用混合整数线性规划方法进行求解，实现对多种能源输入与负载输出之间关系的精准建模与动态优化。

三、实证分析

3.1 项目背景

研究对象为我国西北地区某重点输变电工程项目，工程涵盖 500 千伏变电站建设及配套输电线路铺设，施工周期长达 24 个月。由于项目地处偏远，市电接入条件有限，临时供电系统成为保障施工设备运行、照明及办公用电的关键支撑。该工程涉及多工种交叉作业，高峰期用电负荷超过 800 千瓦，且对供电连续性要求极高，任何非计划停电均可能造成设备损坏或施工延误，进而影响整体工期与质量控制。在此背景下，亟需构建一个兼顾经济性、环保性与可靠性的临时供能体系。

3.2 数据收集与分析

在项目前期阶段，课题组联合现场技术部门，采集了全年逐小时太阳能辐射强度数据与风速变化曲线，并结合施工进度计划绘制出典型日负荷需求图谱。数据分析显示，夏季日照充足，光伏系统理论发电能力可达每日 5.2千瓦时/ 平方米；而冬季风力资源相对稳定，平均风速维持在5.8 米/ 秒以上。施工负荷呈现明显阶段性特征：基础施工期以混凝土搅拌站和打桩机为主，日均负荷约 300 千瓦；主体施工期设备增多，焊接机械、起重机等大功率设备投入使用，负荷峰值接近 900 千瓦；收尾阶段则以调试与检测为主，负荷回落至400 千瓦左右。基于上述特征，提出了动态匹配能源结构的配置策略。

3.3 多能互补方案设计

综合项目地理条件与施工特点，提出三种互补供电构型：第一类为“光伏 + 柴油发电机”模式，适用于市电接入困难阶段，利用光伏系统承担基本负荷，柴油机组作为调峰与应急备用电源；第二类引入市电接口，形成“光伏 + 市电 + 柴油机”协同供电体系，适用于主体施工期，通过市电提供主供电源，降低柴油消耗；第三类进一步集成小型风力机组，构成风光柴储多元混合供能系统，提升极端天气下的供电鲁棒性。各方案中均配置一定容量储能单元，用于平抑可再生能源波动，提高系统响应能力。

3.4 方案优化与比较

依据建立的成本最小化目标函数，将单位电价、设备折旧、运维费率、碳排放因子等参数代入优化模型，采用混合整数线性规划方法求解最优配置比例。经仿真计算，方案一可减少柴油用量约45%，但供电可靠性指标LPSP（电力短缺概率）仍达 3.2% ；方案二借助市电支撑，综合成本下降 22%，碳排放削减 60% 以上，成为最具经济可行性的选择；方案三虽初期投资较高，但在无市电条件下供电稳定性提升显著，LPSP 降至 0.8% ，适合于远距离无人区施工场景。从全生命周期成本与环境影响维度进行综合评估，确定以方案二为核心架构，局部时段辅以光伏储能调节的实施方案。

3.5 结果分析

实际部署后监测数据显示，采用优化后的多能互补供电系统，在满足复杂工况下连续用电需求的同时，施工用电单价由原柴油供电的 2.1 元 / 千瓦时降至 1.4 元 / 千瓦时，降幅达 33.3%。年度碳排放总量由预计的 112 吨 CO₂当量减少至 43 吨，减排率达到 61.6%。系统可用率提升至 99.7%，非计划断电事件发生频率下降 90% 以上，有效规避了因供电不稳定导致的施工延误风险。实践表明，基于多能互补的优化配置策略能够实现施工供电系统的精细化管理，为同类工程提供了可复制的技术路径与实施范例。

四、结论与展望

4.1 结论

本文通过理论分析和实证研究，证明了多能互补优化配置在电力工程施工临时供电系统中的可行性和有效性。合理的多能互补配置能够显著提高供电系统的经济性、可靠性和环保性，为电力工程施工提供更加优质的供电保障。

4.2 展望

未来的研究可以进一步拓展多能互补的能源类型，如储能系统的应用，提高供电系统的稳定性和灵活性。可以加强对多能互补系统的智能控制研究，实现能源的实时优化分配和动态调整。还可以开展更多的实际工程案例研究，不断完善多能互补优化配置的理论和方法。

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