能源--细节设计
本设计面向起始人口2500人的独立社会。能源系统采用核电提供连续电力、光伏补充日间供电、电池承担快速调节和故障过渡的结构,并通过分区电网与分级负荷,把电力送到住宅、农业、工业、医疗和公共设施。设计的重点是让居民每天能够用水、吃饭、就医和通信,同时给设备检修、季节变化与百年更新留下可执行的安排。
正常年规则能耗规划估计为2141.27万度,人均8565度;偏高运行组合约2740.91万度。这里的“度”就是千瓦时(kWh),1kWh=1度。两组估计都包含尚未逐台设备算清、先预留额度的项目。机组容量、储能分组和应急用电安排属于供设备选型与验证的设计假设。
一 让2500人的生活接续下去
清晨,食堂开始准备早饭,供水泵把水送进住宅,冷库里的食物仍在低温中保存。到了白天,车间开工,农田需要灌溉,居民开始上课、工作和出行。入夜后,太阳能板停止发电,医院、通信和养殖水泵却还要继续运转。能源系统要接住这一天里不断变化的需求。
我们让核电承担昼夜不停的基础供电,光伏在白天补充电力,电池接住短时波动。能够等待的加工和充电,可以安排在电力宽裕的时候;做饭、看病和基本供水,则要围绕人的需要安排。水泵和机床也不能毫无节制地同时启动,即使一年发出的电够用,某一刻仍可能供不上。
真正考验这套设计的是一个没有阳光、机组又出了故障的夜晚。此时,电池要为抢修争取时间:先停下可延期的加工,保住急救、通信、基本供水和必要冷链。能坚持多久,要看故障发生时电池里还剩多少电,以及这些服务实际需要多少功率。后面的储能设计将把这段时间算清楚。
这样的生活还要放进每人每年9999度的能源额度里。2500人合计约2500万度;按目前方案,农业成熟、没有大型扩建的正常年预计需要约2141万度。两者之间约358万度的差额,要先留给尚未算清的设备需求和运行偏差。等到更换电池、重建温室或集中制造太阳能板时,还要为那一年的额外工作重新排程。这个社会需要从落地第一天起,就把今天的生活和未来的维修一起安排好。
二 一年需要多少电 设备怎样配置
2.1 从生活和生产用电算起
读下面的收支表,只需区分三个位置:设备最终用到的电,称为“末端电量”;发电站自己运行所用的电,称为“厂用电”;还没扣除这些消耗的发电总量,称为“毛发电量”。电池充放电和线路输电还会损失一部分电,因此发电量必须多于设备最终用到的电。
表中“往返效率82%”表示电池每充入100度电,经过储存、转换再送出来,最终约能交付82度;“逆变”则是把太阳能板产生的直流电转换成公共电网使用的交流电,这个过程也有损耗。表中电量均为万度/年,四舍五入可能产生尾差。
用在哪里 | 正常年估计 | 说明 |
生活和生产设备用电 | 1728.07 | 包括住宅、农业、工业、医疗、公共设施和少量设备更换的预计用电 |
为漏算和估算偏差预留的电量 | 172.81 | 按前项10%预留 |
设备用电与预留电量合计 | 1900.88 | 供各类设备使用 |
电池充放电损失 | 97.46 | 按一年送出444万度、充放电往返效率82%计算 |
导线、变压器和试验损耗 | 9.20 | 按35kV高性能电网模型计算 |
光伏逆变损耗 | 9.10 | 按98.5%逆变效率计算 |
核电厂用电 | 122.63 | 按核电毛发电的8%回算 |
毛发电总量 | 2139.27 | 核电与光伏发电端合计 |
医疗直接燃烧燃料产生的热 | 2.00 | 暂留额度,实际用量还需确认 |
按项目规则计算的全年能耗 | 2141.27 | 总发电量加未用于发电的燃料热 |
对应的光伏发电量为606.40万度,经过电流转换后,约597.30万度进入公共电网;核电需要发出约1532.87万度,扣除电站自身用电后约有1410.24万度送出。两类电源送入公共电网的电量合计约2007.54万度,供设备使用,并补足储能和输电过程的损耗。
电量表示一段时间总共用了多少电,功率表示某一刻用电有多快。本文功率以兆瓦(MW)表示:1MW=1000千瓦,持续运行一小时就消耗1000度电。储能容量以兆瓦时(MWh)表示:1MWh=1000度电。
全年各类设备的平均用电功率约2.17MW,计入储能和输电损耗后,公共电网需要电源平均提供约2.29MW,其中核电在扣除厂用电之前的平均发电功率约1.75MW。这些平均值不能代替傍晚、寒潮或大型设备启动时的用电高峰。
2.2 主要设备配置
下表中,光伏的MWp表示标准测试条件下的峰值功率,实际发电随天气变化;“变流器”负责电池与交流电网之间的电流转换;“变压器”负责改变输电电压。35kV即3.5万伏,采用较高电压可以减少输电损耗。变压器上的MVA、kVA表示其承载能力,1MVA=1000kVA,实际能带动多少设备还取决于设备的用电特性,不能直接等同于MW。
“冷备”指备用设备平时不接电运行,故障后再投入;UPS是不间断电源,停电时可立即为所连接的关键设备接续供电。
系统 | 计划配置 | 还需确认什么 |
核电 | 两套相对独立机组,每套发电功率2MW,总计4MW,未扣电站自身用电 | 选择能满足要求的反应堆和配套设备 |
光伏 | 本体4.67MWp、矿区3.00MWp、外部基地0.528MWp | 按当地天气逐小时检查发电量 |
主储能 | 共60MWh,分为6组,每组10MWh | 确认具体设备实际可存、可送出多少电 |
储能变流器 | 每组1MW,总充放电功率6MW | 检查高温、低温等条件下能否保持这一功率 |
主网 | 35kV分区配电;主变10MVA,一用一冷备 | 高性能电网参考配置 |
各区配电 | 20台500kVA配电变压器 | 按各区设备用电确定安装位置 |
关键设备备用电源 | 医院、通信、控制设备配置本地UPS;核安全电源独立设计 | 按必须维持的设备计算容量,另查是否需要在主储能之外增加电池 |
设置两套核电机组,目的是在一套检修时仍有连续电源。具体型号需要同时满足2MW毛电功率、效率、体积、寿命和自主维修要求。国际原子能机构(IAEA)的小型模块堆技术综述可作为候选技术调查入口,各项参数须在同一型号上逐项核实。
三 核电 昼夜供电 错开检修
3.1 两套机组怎样工作
电源母线是汇集电力、再分送到各条线路的公共导电通道,可以理解为电力的分发中心。两套机组分别连接A、B两段母线,两段之间通过开关控制是否连通。正常时共同承担持续用电的设备需求,文中把这些需求称为“负荷”。两套机组各发多少电,取决于所选反应堆能稳定运行的最低功率、调整出力的能力、启停条件和检修安排。电池处理秒至分钟的变化;调度系统提前安排小时级生产任务,减少核机组追随每一次设备开关的需要。
假设电站自己用掉8%的发电量,一套2MW机组满功率运行时,可向公共电网送出约1.84MW,低于正常年平均需要的2.29MW。因此,一套停机检修时,应先推迟不紧急的制造任务,减少用电高峰,白天利用光伏补充,电池填补短时缺口。决定检修日期前,要逐小时检查那段时间的发电和用电,确认电池能够及时充回来。
反应堆先产生热,再由发电设备把一部分热转成电。假设转电效率为40%,每套机组要发出2MW电力,反应堆就需要产生约5MW热量;两套合计约10MW。剩余未转成电的热还需要利用或散去,因此这个数用来估算冷却系统的规模。实际效率须由具体设备确认,效率降低时,冷却、燃料和配套设备需求也要重新计算。
3.2 电站怎样散热 燃料怎样准备
核电区单独布置,选址前检查地基、水源和洪水可能到达的高度。两套机组尽量分开供电、控制和散热,避免一处故障让两套同时停机。如果共用取水口、控制室或电缆沟,就要检查这些地方损坏后会影响哪些设备,并准备应对办法。机组之间留多远、设备建多高,按具体场地和机组要求确定。
冷却系统要能应付机组满功率运行和不利天气。即使居民不用热、供暖管网停运,电站也必须能独立散热。反应堆停下后仍会产生热,必要的冷却、监测和操作要有自己的安全电源,提前确定容量和供电时间。
百年燃料供给须在出发前安排,并落实到具体堆型的装料、换料和贮存清单。新燃料、使用后取出的燃料(称为“乏燃料”)、受污染部件、专用工具和检测仪器,都要预留实际使用和存放所需的空间。燃料质量、换料周期和废物体积按所选堆型核定;现场浓缩或后处理能力不作为本方案的供给前提。
四 光伏 利用日照 也服从农业与应急供电需求
4.1 三处分布式布置
本体光伏优先利用适宜的实心屋顶、设备棚和已经确定的硬化场地;自然采光温室、主要作物采光面不能直接按同一面积再铺满光伏。农业500公顷净用地也不能同时全部计作发电用地。任何农光组合都要单独核对遮阴后的作物产量。
矿区与外部基地光伏接入当地配电节点,优先向当地设备供电,允许在网络具备条件时回送主基地。这里各处电源、储能和设备组成的独立小电网,称为“微电网”。光伏设备需要能与它协调运行;有些逆变器必须依赖一个已经通电的电网才能工作,这类设备不能直接承担停电后的独立供电。
三处光伏计划总容量为8.198MWp,年发电量暂估606.4万度。实际能发多少,要看太阳能板朝向、遮阴、天气、表面积灰,以及线路能否把电送出去。需要逐小时计算这些影响。电表分别记录太阳能板发出的电和转换后送入电网的电,两者的差额就是转换过程损失的部分。
4.2 用逐时结果安排生产
“逐时模型”就是把一年拆成8760个小时,逐个小时检查能发多少电、需要用多少电。光伏模型输入当地天气、太阳能板的倾角、朝向与设备参数,逐小时与农业灌溉、食品加工和住宅用电比较。PVWatts官方文档提供天气和组件模型的参考方法;本项目仍需核实当地数据适用性。除代表通常天气的年份外,还要检查连续阴雨、高温和日照偏弱的情景。
日照较好时,优先安排可以等待的粉碎、零件加工、材料处理和充电。具体时段根据天气预报和设备状态确定。如果发出的电超过当时用电与电池充电的需要,就在设备允许的范围内调低发电功率。已经发出后再白白消耗掉的电,仍要计入全年发电量。
太阳能板按批次编号,记录安装年份、发电能力变化、破损和接头状况。根据积灰和污损程度安排清洗,所用的水和电也记入维护记录。某一区域出故障时,单独断开这一区域,让其他太阳能板继续工作。
五 储能 存多少电 停电后能撑多久
5.1 六组储能分别隔离
主储能标称可存6万度电,分成6组,每组1万度。“标称”是设备给出的容量,实际可送出的电还要扣除老化影响、保留电量和转换损失。每组都有独立的电流转换、保护开关和状态监测,故障时可以单独断开。布置时避免一次火灾、进水或电池持续过热的事故波及全部组。冷却、消防、排气、检修通道和搬运空间一并预留。电池内部储存电能的基本单元叫“电芯”,选择哪类电芯,要综合考虑能用多少年、适应什么温度、材料能否补充和当地能否维修。
这套电池计划存6万度电,充放电功率最高6MW,也就是在保持这一功率时,每小时充入或送出6000度。美国能源部的光储基础说明也区分了这两个指标。选设备时,要分别检查实际能存多少、能以多快的速度供电。
5.2 应急时长计算
电池能撑多久,先看里面还剩多少电,再看必须维持的设备每小时要用多少电。手机上显示的剩余电量百分比,在储能系统中称为“荷电状态”,英文缩写是SOC。下文直接用“剩余电量”表达。
为估算电池使用多年后的应急能力,先作四项设定:
设定 | 具体含义 |
老化后还能存下新电池80%的电 | 原本能存6万度,使用多年后充满只能存4.8万度,这叫“容量保有率80%” |
停电开始时剩余电量90% | 当时存有老化后满电容量的90%,即4.32万度 |
放到20%就停止供电 | 按这项设定,保留9600度不用于公共应急供电,避免把电池耗尽 |
放出的电有95%送到公共电网 | 另外5%在放电和电流转换中损失,这叫“单向放电效率95%” |
六组电池都正常时,计算可以分三步看:
1. 老化后充满能存:6万度 × 80%=4.8万度。
2. 从90%用到20%,可以取出:4.8万度 × 70%=3.36万度。
3. 扣除放电损失,真正送到公共电网:3.36万度 × 95%=3.192万度。
如果停电后保留的全部公共用电平均每小时消耗1200度,也就是1.2MW,这些电可以支撑约26.6小时。换成不同的电池状态,结果如下;三种情况都按电池已经老化到只剩80%容量计算。
停电时的情况 | 能送到公共电网的电量 | 每小时用1200度时,约能维持多久 |
剩余电量90%,六组全部可用 | 31920度 | 26.6小时 |
剩余电量90%,其中一组故障停用 | 26600度 | 22.2小时 |
剩余电量只有50%,六组全部可用 | 13680度 | 11.4小时 |
每小时1200度包括应急设备用电、线路损耗,以及维持储能系统运行的冷却和控制等用电;如果实际需要更多,支撑时间就会缩短。核设施独立安全系统和核机组重新启动所需的电,另行安排,不包含在这张表里。
这里的95%只计算电从电池送出来时的损失;年度收支中的82%还包括充进去时的损失,两项不能当作两笔独立损耗重复扣除。
如果希望电池老化、停电时剩余90%电量、又有一组故障的情况下,仍按每小时1200度维持24小时,总标称容量就要从6万度增加到约6.5万度。另一种办法是把应急用电降到平均每小时约1108度以内,但要先确认必要服务是否做得到。因此,现有容量还不能在这些条件下保证供电一整天。
5.3 日常调节不能透支应急准备
日常调度暂定:剩余电量降到50%时,停止非必要放电,开始恢复储备;事故期间则按保留20%电量的条件估算。预报连续阴雨或安排核电检修前,优先把电量补到90%附近。具体上下限按最终电芯条件确定。剩余50%并不意味着还能保供一天,界面应直接显示按当时用电速度还能支撑多少小时。
按一年向电网交付444万度、充放电往返效率82%计算,储能一年损失约97.46万度。444万度相当于把6万度的标称容量完整用掉约74次;实际运行可以是很多次小幅充放电,并不意味着只工作74次,也不能单凭这个数确定电池能用多少年。医院等处的备用电源、核安全电源,以及电池冷却和控制设备,还要分别计算自身用电和更换所需能源。每一项只记一次,并注明记在哪套设备下面。
六 供配电 两段母线 分区故障隔离与本地保障
6.1 主网结构
电源接入A、B两段母线,经35kV主网分别送往居住公共区、工业区、农业区、矿区和外部基地。从配电节点向各区送电的线路称为“馈线”。检修时可以通过联络开关改由另一条健康路径供电,这称为“转供”;故障时则断开受影响部分。具体开关和保护动作在接线设计后核对,避免扩大故障范围。医院、通信和主要供水节点优先布置可切换的两路供电与本地UPS;两路电源的共同路径必须明确登记。
主网采用三相供电,每相银导线的总截面积为2500平方毫米;截面积越大,同样电流通过时的电阻损耗通常越小。主变压器容量10MVA,各区另设20台500kVA变压器。线路暂按主馈线1公里、矿区12公里、外部基地12公里、农业5公里估算,实际长度还要沿地形确定。这30公里线路所需的三相银导线合计约225立方米、2360吨,另外还要准备绝缘材料、支撑、开关、备用线路和零件。
搬运时,电缆按每米占一个方块计算,不能只算银材本身的体积。要带多少线路,按最终接线和布置统计;准备落地后铺设的线路,则列清材料、施工用能和工期。跨河线路需要自己建设支撑或通道,不能依赖当地已有桥梁。
6.2 从电源到设备的功率限制
主网按最高8MW用电需求来设计,但线路能承受多少,不代表电源随时都能供出多少。实际供电要看核电和光伏当时能发多少、电池还能放多少。电池计划最高供电6MW,电量不足、温度不合适或部分组停用时,能提供的功率也会减少。
配电区登记设备持续运行和启动瞬间分别要用多少电,以及允许停多久、能否延后运行。大水泵、空压机、窑炉与充电设备按批准顺序启动,必要时让启动电流逐步增加,或调节电机转速,避免启动瞬间冲击电网。20台配电变压器合计10MVA,但每台和每条支路都有自己的承载上限,不能把总容量看作任一处都可使用的容量。
主变压器损坏后,投入备用变压器需要时间。这段中断由医院、通信等处的UPS为指定设备接上。核设施另有自己的保护和安全电源。断开故障设备等关键保护应能在现场独立完成;网络或计算机失灵时,仍保留现场操作手段和纸质接线图。
6.3 电在哪里产生 用到了哪里
核电发出多少、电站自己用了多少、光伏发出和送出多少、电池充入和放出多少,都分别装表记录。各区送电线路和入口也装电表,便于查找用电变化和故障。直接用于生产的燃料热单独记录;太阳能直接加热、发电余热利用和送热水泵的用电也各自记清。
每台设备的用电只在一处统计。例如灌溉泵记在农业,不能又记进生活供水;农业冷库不能再作为食堂冷库算一次。比较两处电表时,要用同一时间段的数据。如果对不上,先查电表、记录和漏算设备,再查线路损耗,不能直接用预留的10%把差额盖过去。
七 供热 需要多少温度 就提供多少
发电后剩下、温度较低的热称为“低温余热”,只有温度够用、供应量足够、供应时间合适时才能利用。核电侧与用户侧通过换热器传热:两边流体隔着传热壁交换热量,用户用水不与核设施内部传递热量的流体混合。供暖、生产与生活用水各自成网,生活热水还需独立满足卫生要求。
下表中的“温位”指服务需要的温度范围;“热泵”则是用电把环境中或低温热源中的热搬到需要加热的位置,常见空调就是这类设备。
服务 | 需要的温度 | 怎样供热 |
粮油和饲料原粮干燥 | 约45℃ | 用热泵提供低温热风;确认余热够用后,可用余热替代一部分 |
温室保护性防冻 | 室内最低5℃情景 | 保温与分区热泵,不能据此保证全年果菜产量 |
幼畜保温、利用微生物在缺氧条件下处理有机废物 | 分别约20℃、35℃ | 先保温,再用热泵补热,按实际环境和设备计算用电 |
牛奶加热杀菌 | 约72℃ | 用专用设备加热,并从处理后的热奶中回收部分热量;杀菌条件另行验证 |
清洗、煮浆与菌料处理 | 约80℃、100℃、121℃ | 分别使用热水、电热或蒸汽设备 |
生物炭、建材等高温工序 | 约500℃及以上 | 专用设备,不能以35—60℃余热直接替代 |
余热优先送给距离近、经常用热、所需温度也合适的设备。远处农田和养殖设施保留当地供热办法。热泵实际省多少电,要结合当地天气、需要加热到多少度和用热量计算。热泵故障后若改用电热器,先检查增加的用电会不会超过电源和线路能力,再计入全年用电。
可在供热需求集中的地方布置保温水罐,先把水加热,等用热增加时再释放。以100立方米水为例,假设其中可利用的温度变化是25℃,理论上可以储存约2910千瓦时热量。热量有时写作MWh_th,下标th表示热,区别于电量;这里相当于2.91MWh_th。扣除水罐散热和无法充分利用的部分后,实际能用的热会更少。水罐用于缓解数小时的供热波动;能撑多久还取决于当时取热的速度,不能当作多日寒潮保障。
在确认余热能够稳定送达之前,用电估算仍保留原有加热设备的需求。真正用上余热后,再扣除被替代的加热用电,同时加上循环水泵等设备的消耗。核电停运时,先减少公共洗浴、温泉等用热,住宅基本防寒、医疗和必要食品加工由提前安排的备用热源维持。
八 平时怎样用电 紧张时先保什么
8.1 按服务中断后果分级
等级 | 典型服务 | 调度方式 |
独立安全保障 | 核设施安全监测、必要散热与保护 | 提前配好独立安全电源 |
一级公共保障 | 急救、基本供水、必要排水、通信、食品冷链和维持养殖动物存活的设备 | 优先供电,不能停的设备配本地备用电源 |
二级基本生活 | 基本炊事、住宅必要照明、集中避寒或避暑、主要农业作业 | 通过错峰、集中服务和合理轮换维持 |
三级可延期任务 | 非紧急制造、部分材料加工、一般充电和设备更换 | 根据天气、电源状态和全年计划安排时间 |
四级可调整服务 | 装饰照明、非必要娱乐和旅游附加设施 | 供电不足时先削减,恢复后有序投入 |
停电后,先按每小时共用1200度电来安排必要服务,供各部门检查能否做到:
用途 | 平均每小时用电 |
医疗 | 180度 |
基本供水和排水 | 300度 |
食品冷链及维持养殖动物存活的设备 | 250度 |
通信 | 120度 |
集中提供的基本生活服务 | 100度 |
公共控制和监测 | 100度 |
线路损耗、电池冷却等用电及预留量 | 150度 |
合计 | 1200度 |
这是供各部门讨论的分配方案,还需要逐台设备确认。如果必要设备用电超出,就要检查是否能轮流运行、增加备用电源,或重新计算能维持多久,不能为了凑数停掉必要设备。
8.2 居民能够感知的供电安排
正常运行时,住宅、学校、医疗和公共服务按既定标准供电。能源中心根据次日天气、机组状态和生产任务,通知车间哪些时段适合开动大型设备。食堂不必为了追逐太阳改掉基本就餐时间,可以等待的材料加工和设备充电则尽量安排在供电宽裕的时候。
预计供电不足时,先推迟不紧急的生产,再减少装饰照明、部分娱乐等用电;仍有缺口时,再安排部分生活设备轮流使用。医疗、通信、必要冷链和基本供水提前配好停电后的供电办法。计划检修前,告知居民哪些服务会变化、何时恢复、有什么替代安排;紧急故障时,先说明哪些服务还能使用、什么时候再次通报。
居民可查看社区当前电源状态、储能剩余保障时间和服务调整范围。个人家庭数据按治理规则控制访问,公共总量和调整依据公开。能源负责人不能为完成年度指标,擅自削减医疗或基本生活保障。
九 出了故障怎样维持生活
发生什么 | 怎样处理 | 要提前检查什么 |
一套核电机组检修 | 另一套继续发电,光伏补充,部分制造延后 | 每个小时都能供上电,电池有机会充回来 |
连续阴雨、两套核电可用 | 核电多承担一些用电,推迟依赖晴天的制造任务 | 发电和冷却能力够用,增加的发电量计入全年预算 |
夜间两套核电都停止向公共电网送电 | 电池接上,先保必要服务 | 实际必要用电和电池剩余量;核安全另有独立电源 |
一组电池故障或检修 | 单独断开这一组,用剩下五组供电 | 按剩余5万度标称容量、最高5MW功率及实际电量、温度重算 |
主变压器或送电线路故障 | 断开故障部分,投入备用变压器或改走其他线路 | 备用线路带得动设备,切换期间UPS能接上 |
洪水可能淹到低处设备 | 停用有进水风险的线路,保住高处的必要设备 | 洪水可能到达的高度,以及备用线路和抢修道路是否可用 |
寒潮期间核电又停运 | 减少非必要用热,优先保障基本防寒和医疗 | 备用热源能补上多少、房屋散热有多快、电池能撑多久 |
整个公共电网停电后重新供电 | 先由电池给必要线路送电,再逐批恢复设备;核安全电源继续独立工作 | 电池能否在电网全停时独立启动供电;核机组启动需要多少电、多少时间 |
恢复供电时,先确认故障部分已经断开,再给必要线路送电。控制和通信恢复后,依次接上供水、医疗、冷链、基本生活和生产设备。公共供电尚未恢复时,医院UPS先为预先确定的关键设备供电。每一步按具体设备的操作要求执行;尤其要提前确认核机组多久能重启、电池是否等得起。
如果两套核电停机时间超过电池能支撑的时间,必要服务仍可能断电。因此,还要确认电源能在何时恢复;如果无法保证,就需要增加其他电源,并准备它所需的燃料、材料和备件。增加燃料电源时,发电量和未用于发电的燃料热也计入全年能耗。
十 落地第一天与百年更新
10.1 首日运行与过渡期
搬运方案要求发电、储电、换热等装置按“运行态”占位,也就是把正常工作时需要展开的设备、配套和空间一起计入,而不只是收起后的设备大小。核电舱、阻挡辐射的屏蔽设施、主储能、散热、开关、燃料贮存、检修空间和备用件均需进入百万立方总图,不能用设备裸机体积代替完整设施,也不能用落地后才建设的设施支撑“落地即可运行”。
落地时,供水、医疗、通信等设备必须立即有电可用。选定核机组后,要写清它以什么状态搬运、到达后检查什么、多久能够发电。如果核电不能立即供电,就要提前充好电池,并准备能立即工作的光伏。出发和到达时的电池电量都要记录;搬运电量如何计入能耗,按项目规则确认。
最先恢复通信、急救、基本供排水和食品保存,随后让住宅和食堂正常使用,再建设体外光伏、电网和农业设施。新增电源真正投入运行后,再开动依赖它的大型施工设备。第一年要逐月计算建设、设备试运行、开田种植和居民生活的用电,单独安排供电计划。
10.2 哪些设备要修 哪些零件要换
设备 | 平时怎样维护 | 长期要准备什么 |
核电机组 | 两套错开检修,检查燃料和关键部件 | 按具体机组安排换料、专用零件更换,以及拆下部件的安全存放 |
太阳能板 | 分区检查,分批修复或更换 | 记录每批需要的材料、制造设备,以及运输和安装用能 |
电池电芯 | 六组轮流检查,看还能存多少电、有无异常发热等问题 | 确认当地能否制造合格电芯,以及原料和检测设备从哪里来 |
逆变器与控制设备 | 故障时更换可拆卸部件,保留设备程序和设置的本地副本 | 列清电子元件、传感器和控制板的备用数量及补充办法 |
变压器、开关与电缆 | 检查温度、接头和绝缘,断开相应线路后检修 | 银导线可以回收利用,绝缘材料和开关仍需按状况更换 |
泵、阀、换热器与水处理设备 | 根据使用时间、腐蚀、结垢和运行异常检修 | 逐年准备密封件、轴承、润滑材料、滤材和检测工具 |
设备需要分批更换,避免太阳能板、电池和其他大设备挤在同一年到期。安排更换计划时,要先算清那一年需要制造多少零件、消耗多少能源,再与居民生活和日常生产的用能放在一起检查。如果能源不够,可以提前制造一部分零件,但要有地方妥善存放,也要确认存放期间不会损坏。已经到更换期限的设备,不能为了省电而勉强继续使用;制造零件实际用了多少能源,就记在哪一年。
普通零件加工、支架修补和常见机械维修,优先交给社区的综合维修车间。核电专用部件、电子芯片和电池内部的电芯,则要逐项确认当地是否有能力制造、检测和修复。负责能源设备的人列出零件需求,车间说明哪些能做、哪些做不了,再共同决定出发前要带哪些备件、带多少。对于迟早会用完、当地又造不出的关键零件,还要提前找到替代办法,避免整套设备因为缺一个零件而停用。
十一 值守 调度与记录制度
能源中心要有人值班看设备、维修电路、维护核电和光伏储能、核对用电记录,并培训后续人员。一人可以承担相关工作,但关键操作要有人复核;需要断电检修时,要有人检查设备是否已经安全断开。每项重要工作都要安排替补,不能只靠一个人掌握。
公共电网先按每班2人、五个班组共10人讨论排班,再检查是否够轮休、培训和替补。这10人不包括核电专用岗位和全部维修人员。核电需要多少人、各自掌握什么技能,要按所选机组的实际工作确定。
每天查看机组是否正常、电池剩多少电、有无异常、主要线路是否正常,以及次日天气和生产安排。每周检查近期要修什么、缺哪些备件;每月核对各区电表和损耗,更新全年用能估计。如果预计接近年度上限,及时推迟不紧急的制造并查找异常用电,避免拖到年底才影响基本服务。
每次更换设备,都更新接线图、操作说明、备件清单和培训资料。文件保存在本地,重要内容另备纸本,网络和计算机坏了也能查。新上岗人员需要练习在设备运行时切换供电线路、按顺序减少非必要用电,以及全停后逐步恢复供电。
十二 投入使用前 还要检查什么
为了把这些安排变成可以使用的系统,还要完成六项工作:
1. 把设备列全。 写清每台设备有多大、用多少电、每天开多久、放在哪里、维修要留多大空间,以及需要哪些备件。
2. 把一年的供电逐小时算一遍。 用当地天气和各区用电安排,检查通常年份、连续阴雨、寒潮和一套核电停机时,电从哪里来、电池会不会耗尽。
3. 选定具体核机组。 在同一型号上确认发电、散热、燃料、启停、检修和人员要求。如果不合适,就调整机组大小或电源组合。
4. 确认停电时必须保住的设备。 逐台算清必要用电,再看电池老化、一组故障或剩余电量偏低时还能撑多久。核安全电源和机组重启用电另算。
5. 列出100年的更换计划。 哪一年造哪些零件、换燃料、修电网、添设备,都分别安排;与工业、医疗和农业核对,同一项制造只算一次。
6. 用试验检查关键功能。 测电池实际容量、故障线路能否正确断开、停电时医院等能否接上备用电源,以及电网全停后能否重新送电。核设施还要独立完成所需试验。记录中分清哪些只是计算、哪些已由设备试验或现场运行证实。
资料与参数出处
- 能源板块概述:本稿的叙述基础与当前总体方向。
- 正常年能源计算及计算数据:正常年电量、补偿、损耗与厂用电。
- 高性能输配电参数依据:电压、导体、主变、末端变压器和路线假设。
- 工业与农业能源参数依据:工业分账、自然采光农业、工艺温度与资本制造边界。
- 项目规则:搬运占位、落地即用、逐年统计及现有技术要求;项目年人均能耗控制线为9999kWh。
- IAEA小型模块堆技术综述、美国能源部光储基础说明、PVWatts官方文档:分别用于候选调查、功率与容量的概念区分及光伏建模方法,不作为本项目具体设备参数的保证。
设计假设 按系统分别确认
以下设定用于确定设备需求和进行计算,并非设备已经达到的性能。它们分别回答五个问题。
1. 核电需要多大 检修时由谁接续
- 配置:两套机组,每套发电功率2MW,相当于满功率运行一小时发出2000度电。这是扣除电站自身用电之前的数值。
- 计算条件:暂按8%的电留给电站自身使用,热转电效率按40%估算。
- 用途与待确认项:用于检查供电和散热规模,并研究一套检修时的接续安排。具体型号须同时核实功率、效率、体积、燃料与检修要求;只确定“两套”还不能证明供电可靠。
2. 电池能存多少 能以多快速度供电
- 配置:总标称容量6万度,分成六组,每组1万度;每组最大充放电功率暂定1MW,即一小时最多充入或放出约1000度电,六组合计6MW。
- 用途:让故障或检修可以按组隔离,同时分别检查“存的电够不够”和“供电速度跟不跟得上”。
- 待确认项:电池和变流设备在不同温度、剩余电量和老化程度下,实际还能提供多少容量与功率。
3. 停电后希望维持哪些服务 多久
计算项目 | 暂定条件 | 用于回答什么 |
老化程度 | 充满只能存新电池80%的电 | 使用多年后,应急能力还剩多少 |
停电时的剩余电量 | 重点按90%计算,同时比较只有50%的情况 | 故障来临前是否充足电,会造成多大差别 |
放电停止点 | 剩余20%时停止公共应急供电 | 留有保底电量时,实际能拿出多少电 |
放电效率 | 从电池取出的电有95%送到公共电网 | 扣除放电与转换损失后,还能交付多少 |
公共应急用电 | 平均每小时1200度,医疗、供水等分配见第八节 | 必要服务能维持多久 |
日常补电提醒 | 剩余50%时停止非必要放电,开始恢复储备 | 避免日常调节把应急储备消耗过低 |
这些条件需要分别核实:电池参数由设备试验确认,必要服务用电由各模块的设备清单确认,保留多少电则结合电池要求和保障目标确定。按现有假设,一组停用时约能支撑22.2小时,尚未达到24小时。
4. 热水罐需要多大
暂用100立方米水、可利用温差25℃作容量算例,理论储热约2910千瓦时。它用于理解水罐能缓冲多少供热波动,并非已经确定的施工尺寸;最终按住宅和农业实际需要多少热、需要持续多久来选。
5. 需要多少人值守
公共电网暂以每班2人、五个轮值班组共10人作为排班起点,用来检查轮休、培训和替补能否安排。这个人数不包含核电专用岗位,也不包括全部维修人员;最终定员按实际工作量和所选机组要求确定。
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