以可再生能源为主的偏远地区综合供能系统方案

1 前言

近年来，西藏地区凭借丰富的锂矿等战略资源储备，逐渐成为国家矿产资源开发的重要战略区域。随着“双碳”目标驱动下新能源产业的爆发式增长，锂资源作为电池核心材料的市场需求激增，西藏矿产资源开发进入加速期。然而，矿产资源开发需要稳定的电力、热力（蒸汽）及配套能源支撑，而西藏地处高原偏远地区，电网基础设施薄弱，现有能源供应无法满足企业需求。与此同时，西藏地区可再生能源资源禀赋显著，太阳能、风能资源丰富，具备构建“光 - 风 - 储”多能互补系统的天然条件。

在此背景下，探索以可再生能源为核心、面向矿区需求的综合供能系统，不仅是破解西藏资源开发与能源供应、生态保护矛盾的关键路径，更是实现“绿色矿山”战略的核心支撑。本文通过耦合可再生能源技术与矿区用能场景，旨在为西藏矿产资源开发提供“低碳、可靠、经济”的能源解决方案，助力国家战略资源保障与高原生态文明协同发展[1]。

2 能源需求与资源分析

2.1 能源需求

本文以西藏地区某锂矿开发企业为例，主要用能为电负荷及蒸汽负荷。

用电需求负荷为 32.2MW ，年用电量约 2.6 亿 kWh 。蒸汽需求负荷为 35t/h ，年用汽量约 26.4 万 t。综合供能系统需具备 24 小时连续供能能力。

2.2 能源资源分析

厂址区域太阳能资源、风能资源均非常丰富。太阳总辐射量为2094.9kWh/m2 ，太阳总辐射年辐照量等级属“最丰富”等级。代表年太阳法向直接辐射总量为 2399.7kWh/m2 ，为“一类资源区”。厂址区域 90m 高度代表年平均风速为 6.68m/s ，平均风功率密度为 208W/m2 ，风功率密度等级为2 级[2]。

3 综合供能系统方案

3.1 技术路线分析

结合区域可利用的能源资源情况，本方案可采用的技术路线主要包括：光伏发电、风力发电、光热发电、电化学储能、电熔盐加热器、电蒸汽锅炉、柴油发电机组等。结合能源资源情况及用能需求特点，对各类技术路线进行分析。

光伏发电：光伏发电具有技术成熟、投资低、运行维护简单、发电经济性好等优点，具备白天带基本负荷的能力。但单独的光伏发电无法保证全天24h 连续供电，因此需要与其他能源、储能等配合使用。

风力发电：风力发电技术应用成熟，对光伏发电无法保证供电的时段，具有非常好的互补作用，从而可以有效减小储能及其他能源的投资 [3]。

光热发电：光热发电是太阳能热利用中的重要方向之一。与其他可再生能源发电方式相比，光热发电的优势是配置有熔盐储热系统，发电功率可根据调度需求灵活运行，还可进行热电联供。综合考虑供能需求，可采用熔盐塔式光热热电联产或熔盐塔式聚光集热 + 熔盐储热 + 换热供汽的方案，为用户提供全年电、蒸汽负荷。

电化学储能：电化学储能可在光伏发电、风力发电时段进行储电，在系统供电不足时放电，并且可为系统提供调频、调峰功能。

电熔盐加热器：电熔盐加热器可结合光伏发电、风力发电装机容量及储热形式，适时回收风、光弃电对储热介质进行加热，进而减小弃电率，增加储热能力及供汽能力。

电蒸汽锅炉：电蒸汽锅炉可在具有风、光等弃电时回收电量直接供汽，并可作为供汽备用设备，增加供汽可靠性。

柴油发电机组：柴油发电机组主要作为系统事故备用、保安电源等。

技术路线分析及作用如图1 所示。

图1 技术路线分析图

3.2 系统配置原则

根据负荷需求特点及当地能源资源条件，本综合供能系统拟采用以“太阳能 + 风能 + 储能”为主的能源技术方案，在各类电源、储能系统配置保证供能系统安全稳定、保障率高的前提下，以经济性最佳为优化目标进行研究分析[4]。

3.3 系统模拟计算方法

本综合供能系统方案通过具有自主知识产权的多能互补分析软件，采用全年 8760h 逐时计算模拟分析。通过对光伏、风电、光热、柴发等发电系统，电池储能、熔盐储热等储能系统，电蒸汽锅炉、电熔盐加热器等能源转换系统调度逻辑等进行建模，采用多能源方式组合、多运行调度逻辑优化，寻优计算分析后，得出各系统最后的方案配置容量及最佳运行模式。

3.4 系统配置思路

通过各能源配置方案综合比较及模拟分析，推荐综合供能系统方案配置思路如下：

采用“光伏 + 风电 + 电化学储能 + 光热供汽（太阳能集热镜场 + 熔盐储热 + 换热供汽） + 电蒸汽锅炉 + 电熔盐加热器 + 柴油发电机组”的多能互补组合方案。

（1）光伏发电：白天供电的主要电源；

（2）风力发电：与光伏形成互补供电；

（3）电化学储能：平抑光伏、风电发电波动性，补充供电；

（4）光热供汽（太阳能集热镜场 + 熔盐储热 + 换热供汽）：全天供汽；选用熔盐塔式聚光集热系统 + 熔盐储热 + 熔盐换热供汽方案。

（5）电蒸汽锅炉：回收风、光弃电直接供汽，并作为供汽备用；

（6）电熔盐加热器：回收风、光等弃电，增加储热能量来源，提升供汽能力；

（7）柴油发电机组：应急备用电源。

3.5 系统调度运行逻辑

光伏发电：白天时段光伏优先供电，多余电量优先给电化学储能充电，剩余电量先由电蒸汽锅炉回收直接供汽，其余由电熔盐加热器回收进入熔盐储热系统。

风力发电：风力发电与光伏发电互补，在光伏供电不足时优先供电，多余电量优先给电化学储能充电，剩余电量先由电蒸汽锅炉回收直接供汽，其余由电熔盐加热器回收进入熔盐储热系统。

电化学储能：光伏发电、风力发电供电不足时，调度电化学储能放电 [5]。

光热供汽：光热供汽系统全天运行，根据电蒸汽锅炉供汽后的蒸汽负荷需求，结合熔盐储热系统储热能力，实时调度供汽。

柴油发电机组：可再生能源综合供能系统供能不足或事故情况下，启动供电。

综合供能系统调度运行逻辑如图2 所示。

图2 综合供能系统运行逻辑图

3.6 系统配置分析

在供能保障率为 100% 、 95% 的边界条件下，综合供能系统方案配置容量、能源供应及投资情况详见表1：

表1 方案配置分析表

根据上述方案对比分析可知，在以可再生能源为主的综合供能系统中，供能保证率越高，则综合供能系统投资越高，经济性则越差。

在 100% 供能保证率下，本综合供能系统方案配置为“ 光伏130MW+ 风电 44MW+ 电化学储能 480MWh+ 塔式太阳能集热镜场 20 万㎡ + 熔盐储热 1850MWht+ 电蒸汽锅炉 28MW+ 电熔盐加热器 30MW+ 柴油发电机组9.6MW”组合方案，年供电量2.6 亿kWh，年供汽量26.4 万t，年节约标煤约8 万t，年减 CO2 约22 万 t。

4 典型供能曲线

4.1 典型供电曲线

根据综合供能系统模拟计算，2022 年6 月典型供电曲线如图3 所示：

图3 典型供电曲线

4.2 典型供汽曲线

根据综合供能系统模拟计算，2022 年6 月典型供汽曲线如图4 所示：

图4 典型供汽曲线

5 结论

通过本综合供能系统方案研究分析，以太阳能、风能、储能为核心的可再生能源综合供能系统，通过“光 - 风 - 储”多能源协同，可灵活匹配矿区电力、蒸汽等多样化需求，能够有效解决西藏偏远高原地区能源供应问题，碳排放强度下降 90% 以上，并且具有非常好的经济效益及环境效益。

本方案以可再生能源为主的综合供能系统在偏远地区的普适性，其技术框架可扩展至全国生态敏感的边远地区，为国家战略资源开发与能源供应、“双碳”目标协同提供关键路径。

参考文献：

[1] 户福源 . 基于组合赋权对农村地区分布式能源系统的综合评价研究 [D]. 武汉理工大学 ，2022.

[2] 吴文龙 ， 戚思源 ， 朱慧 ， 等 . 新能源电力系统的需求侧资源利用关键技术分析 [J]. 电气技术与经济 ，2024，（02）：378- 380.

[3] 王旭 . 气候变化条件下计及源 - 荷不确定性的综合能源系统运行优化研究 [D]. 华北电力大学 （ 北京 ），2023.

[4] 周丽娟 ， 付佳鑫 ， 何林 ， 等 . 多能源供能系统性能分析及综合评价 [J]. 城市燃气 ，2024，（08）：23- 30.

张叶青 ， 胥盛 ， 周华明 ， 等 . 考虑不确定性的可再生能源日前调度优化 [J]. 电气自动化 ，2025，47（04）：34- 36+41.

作者简介：牛亚兵（1989.04），男，汉，甘肃天水，本科，高级工程师，主要从事新能源与电力工程方面工作。