国外电力工业漫谈(亚洲篇)-你想像中的新加坡

2020年05月11日

封面这只鸟叫做黄腰太阳鸟——新加坡的国鸟。它体型娇小、五色斑斓、灵活机智,用来代表新加坡再合适不过了。

国外电力工业漫谈(亚洲篇)-你想像中的新加坡

一、三好学生证,还是新加坡多

新加坡这个国家,说它是全球的宠儿完全不过分——全世界犯罪率最低的国家之一;金融中心指数排名第三大金融中心(前两者是伦敦和纽约);连续十年世行营商指数排名第一;KPMG报告中CRI(应变能力指数)全球第一;开放和多元化经济指标全球第一;世界经济论坛的全球竞争力排名第二;美国传统基金会发布的经济自由度指数排名全球第二(香港第一);彭博社全球创新国家排名第六;国际清算银行报告中全球外汇交易排名第三;德勤发布的金融中心报告中排名第二……

写到这里我脸都有点红了,感觉有点像小时候老师表扬学生,别的同学左一朵小红花,右一张大奖状,自己却只能坐在教室后面搓手,拿铅笔画哆啦A梦。

挺尴尬的。

几个月前的一次会议中,我接触到一位新加坡国立大学新能源专业博士,他工作于新加坡某研究所,跟随项目负责人来我司进行汇报,从专业水平来看……很不错,但和我国名牌大学学生的差距谈不上太多。

然而专业外的差距却非常明显:他英语应用能力强、冷静大方,对措辞的谨慎性和敏感性高,当我方言论比较尖锐时,就不翻译了,很礼貌的做个手势请我们自行传达。在这方面我感觉自己都差他很远,大有一种游击队见正规军的感觉。

当然,任何事物都有其两面性,美好的故事背后往往也有一些不为人知的原因,如果新加坡的金融数据让你膝盖发软的话……电力工业或许是另外一个完全不同的故事。

坐稳了,老司机带你飞。

二、关于新加坡

新加坡位于西马来西亚半岛南端,马六甲海峡出入口,说出来不怕大家笑话……直到前年我去印尼苏门答腊岛时,我都不知道新加坡和马来西亚原来是不接壤的(啊,我的地理老师)……虽然知道印尼和新加坡之间有个新加坡海峡,但是马来西亚和新加坡之间的柔佛海峡就这样被我几百度的近视给忽略了我擦。(图中标注Johore Stait的就是柔佛海峡段)

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fig.1

新加坡总人口560万,人均GDP约人民币33万……该国自然资源匮乏,生活必需品要靠进口(想旅游先掂量下钱包……),淡水资源稀少,除了全国各地的17个大型蓄水池外,地理位置中心还设置了一个中央集水区(图中中心绿色区域,同时也是自然保护区),该区域是整个新加坡的淡水生命线,关系到全国的淡水安全问题,十分重要。

新加坡是一个城邦国家,没有省市之分,全国按方位划分为东北、东南、西北、西南和中部五个大区,然后又进一步划分为27个选区。这个国家有以下几个超强领域:电子工业(半导体、数据存储设备),石化工业(亚洲石油产品定价中心),精密工程(半导体引线焊接机全球占有率70%),金融保险业(占GDP总额的12.25%),运输仓储(地理位置不用说了)。全球500强企业该国占据了三席,除了丰益国际和伟创力位居中下游(239和455),大宗商品贸易寡头托克集团排在了第54位(波音和微软公司之前)。

当然,最最最有名的还是淡马锡……已经不是公司了,都快成管理模板了

三、发电侧

(一)电源结构现状

新加坡那么发达,会不会有人觉得新加坡的电源结构也很先进很环保(有也很正常),太阳能风能潮汐能等清洁能源应该是风生水起,核电蠢蠢欲动,传统燃料发电岌岌可危……甚至空气中都弥漫着布尔乔亚的甘甜……

然而实际情况并非如此。

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fig.2

上图是新加坡能源市场局EMA披露的坡岛电源结构,惊不惊喜,意不意外?

——常年95%以上的天然气发电(用的大多是LNG),1%左右的重油发电,4%左右的其他类型发电。在“其他类型”当中,除了一小部分光伏发电之外,其余都是垃圾发电,风电闻所未闻。对比我国当下电源结构:化石燃料发电和清洁能源基本是7:3开,2030年计划推动清洁能源占比35%。按理来说,新加坡碳排放压力应该大很多才对。

然而这个世界就是那么现实,相比我国在过去的岁月里几乎每年都要被西方媒体和国际环保组织以环保、碳排放等问题大作文章,要求履行“这个责任”、“那个责任”,其实这里面大家都很清楚:要找新闻素材,全球多了去了。

(二)为什么会是这样的电源结构?

(1)土地的综合利用效率

寸土寸金的小型国家什么最值钱?——土地最值钱。

修一个单机60万,总装机300万的燃气电站占地多少?——一个大型高中的占地面积。

修一个总装机300万的海上风电场占地多少?——把马六甲海峡、柔佛海峡给堵了都有可能。

那么问题来了,300万容量的海上风电厂创造的经济效益最多也就是几十亿人民币级别,再综合碳排放减少的环保效益,也顶不到天上去……而一个马六甲海峡和柔佛海峡的通航被影响了,恐怕新加坡瞬间就要回归原始社会。这笔经济账简直太简单了,简单到有点基本社会常识都能理解。换成地面光伏,道理也一样,北京二环内日照条件再好,也不可能修一个光伏电厂放着的。

写到这里肯定又会有同学问了:那在屋顶加装光伏设备不就完美了?咳咳,工程的事情不能想当然,一定要去现场调研……新加坡的那个楼有多高朋友你知道吗,几千平方米的地方动不动就几十层、几百层,一栋摩天大楼里面装满成千上万人,在屋顶那么大个地方摆光伏烧热水用都不够里面人用的……何必再用来发电呢?

更何况那里集中了全球顶级的奇葩建筑设计师,搞些稀奇古怪的设计,有的像颗子弹头有的像根针,屋顶?excuse me屋顶在哪里我看不见。甚至有些建筑的楼顶是顶级派对场所,别说想着弄两个光伏设备装上去——泳池都修好了,不游泳的给我下去。

所以说,理论研究是一回事,工程的商业可操作性和经济可行性又是另一回事,虽然谈钱是挺俗的,但是回避钱的问题真的挺蠢的。

(2)资源的天然限制

新加坡的煤和天然气都要进口,因没有普通天然气跨国运输管道,故采用海运LNG发电,不搞燃煤发电主要还是对环境污染大,燃烧后的废料对于岛国而言也不好处理。

进口电力呢?

虽然东盟电网APG互联正在推进当中,远期看新加坡也存在借助互联大幅度下调电价的理论可能性……但就目前而已,坡岛估计也意识到APG互联的协调难度大,因此在响应举措上似乎没那么积极,预期偏低。——这我觉得不能怪新加坡,想想周边的那些穷兄弟,一群人均GDP不到3万人民币的国家找到了一个人均GDP33万的国家说:兄弟,我们一起开黑吧……想想也知道这是煎熬的过程……很难激动得起来。

四、电网侧

新加坡电网将是本文介绍的重中之重,进入正题之前,先给大家讲个非常有趣的故事。

五六年前,ACFUN网站上诞生了好几个有名的梗,先是逼老师在2012年创造了“三峡五亿墨西哥”……其次则是2013年出现了“美帝电线地中埋”。以上梗均收录至萌娘百科,详见:三峡五亿 - 萌娘百科 万物皆可萌的百科全书。

“美帝电线地中埋”的梗,源于认真你就输啦 (?ω?)ノ- ( ゜- ゜)つロ357楼一位ACer评论:

伊拉克当年的武器,有部分苏制武器非常精良

另外,中国电网,包括大部分主力电网枢纽立于地上,美国大部分埋设在较为安全的土层下。

由于这位同学当美分的姿势太差(我在案发现场,该贴有我2013年的留言),论据假到队友都看不下去了,因此被五毛和美分的阵营双方都吊起来打……至今已接楼数千层,持续鞭尸六年……

究其原因,这位同学输就输在了专业上:如果他当年选择了电气工程专业,对国外电力工业架构有一点的基本了解,并学会正确举例的话,整个故事也许就反转了。

为什么?

因为新加坡输电网+配电网真的全是埋地下啊!

(1)输电网的发展

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fig.3

Fig.1所示为2000年左右新加坡400kV/230kV骨干输电网架构,其中蓝线为230kV北岛块,黄线为230kV南岛块,400kV自成环,所有的输电线路都采用了地下电缆,为了突出它的与众不同,很多文献杂志都会在Transmission Network前面加一个“Underground”。

由于经济起步早,十几年前新加坡的电网架构基本也就成型了,直至现在并未出现颠覆性的结构变化,高度发达的资本主义国家都有这个通病……对于我国而言,在特高压直流输电的大布局没有全面形成之前,骨干架构基本5-10年就会多几条大动脉。

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fig.4

近期新加坡输电架构如上图,可以看到该国电网总体格局变化不大,比较明显的是upper jurong(上裕廊变)引出了一条230kV线路出岛——实际上是连到马来西亚去了,就东盟最近的APG互联成果而言,老挝就是借助这条线路实现了经马来西亚向新加坡供电(卖的不多,仅100MW)老挝官员表示希望向新加坡卖电---中国---东盟中心

整个新加坡的总体情况又如何呢?一图流给大家展示下:

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fig.5

上图中,新加坡tuas电厂(目前属于中国华能集团)+seraya电厂并入400kV电网,其余电厂并入220kV电网,66kV是输电网范畴的最低电压等级并以此为过渡,电压等级再往下走就是传说中的22kV/6.6kV花瓣式配网。

(2)世界闻名的花瓣式配电网

啥是花瓣式配网?简单点说,喏,下图中这样花瓣形状的配电网,就是花瓣式电网。(噗)

国外电力工业漫谈(亚洲篇)-你想像中的新加坡

当然……这样说也太简单了……我觉得有必要进一步解释一下(warning:看懂以下内容可能要事先学习《电力系统分析》及《发电厂电气部分》等课程),请大家务必跟着我的思路走,课本上没有,百度上没有,论文上不会讲那么细,你们老师也不一定知道……错过这村就没这店了。

如图所示的A、B、C、D四个配电区域中,实心黑点代表普通配电站,空心白点代表联络配电站,以B区为例:

B区第5号花瓣配网从B区66kV/22kV站的低压侧A母线引出,连接了4个配电站(3普通+1联络)回到母线B,形成闭环。正常供电时,联络配电站的联络断路器是断开的,即5、6两片花瓣是分开的。此处要特别注意:A母线引出线并非重新回到A母线,而是回到B母线。

情况一:同一花瓣上两个配电站间线路故障

因为闭环结构,任何两个配电站之间的配电线路故障只需跳开连接线,将环形结构转为辐射型结构供电,因此不会发生供电中断。

情况二:任意一条母线故障

由于A母线出B母线回,A母线故障时,只需断路器动作跳开与之最近的配电站联络线,将负荷倒至B母线之上即可,不会发生供电中断,反之亦然。

情况三:两条母线同时故障(or一条母线在检修态,另外一条母线故障)

以花瓣5为例,假设引出花瓣5的两条母线全部故障,根据自动装置动作逻辑,此时:跳开与A、B母线最近配电站的断路器,合上空心白点处的联络断路器,此时花瓣5的负荷将全部由花瓣6的通道供电,不会发生供电中断。

情况四:B区变电站彻底瘫痪

所有花瓣按照情况三的逻辑动作,跳开与B区变电站的所有断路器,由每个花瓣的切点(联络配电站)进行供电,因此仍然不会发生供电中断。

情况X:多个变电站瘫痪

根据花瓣的拉手效果,在此情况下,仍有部分本属于停电范围的用户能够保持正常供电。比较大限度上减少了停电的影响范围。

至此,整个花瓣式配网的基本原理已经介绍的差不多了……其优越性不言而喻。

(3)这样的输电网+配电网厉害在哪里?

就我个人看法,还是厉害在新加坡有钱。

为什么?

个人认为:配网规划和城市规划从专业上而言可能千差万别,但是逻辑上却十分近似,简单一点直白一点说就是:没有最好的设计院,只有最有钱的甲方。

更简单粗暴一点来说就是:腰包有多鼓,思想就能走多远。

当然,关于这个看法嘛,大家仁者见仁。也许大家过个十几年二十几年,到了三四十岁的时候,就会更加理解“钱能创造奇迹”的意义,也会更加明白我国挖空心思,疯狂谋经济发展的用心良苦……

PS:400kV架空线和400kV电缆的造价,大家有兴趣可以去比比,体会更深。

五、后记

此外,新加坡还有其他很多的亮点:

地下电缆的故障检测采用的是基于拉曼散射原理的分布式光纤测温装置(DTS),灵敏度很高,还对整条线路实现了多测点全面检测。更重要的是,新加坡是世界上最先大面积应用该技术的国家之一……(大概18年前?)

还有让国家电网、南方电网流口水的总体指标:SAIFI仅为0.006,SAIDI仅为0.23min。

SAIFI可以简单理解为你今年遇到停电的概率为0.006,大家都学过概率论,明白小概率事件是什么水平……如果0.006指的是遇到一次停电的概率,那么大家可以算算同一个人一年中遇到两次停电的概率……

而SAIDI(平均停电时间)0.23分钟则可以对比下全球其他地方:2016年世界前列的大阪是4分钟,香港是23.4分钟,伦敦33.6分钟,纽约20.53分钟……要说稳定性高,日本电网和新加坡都不在一个级别上。我国呢……更差一点……当然,社会还没发展到这一步,急不得。

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说了那么多新加坡的好,依然要劝诫各位:什么都要辩证的看,稳定性、可靠性那么高背后是钱砸出来的,除了输电网配电网的大手笔之外,我没有告诉大家新加坡目前6000MW用电,却有12000MW左右的可调度装机……在这么高的冗余度下,高可靠性的代价就是高设备闲置率,你买三张车放车库里,因车辆故障影响出行的几率自然更低一些……

至于新加坡电力市场,emmmmmm……还是我的老观点:没有最好,只有最适合。

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