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风电亟须优化电源布局和电源结构

作者: 来源:人民网 发布时间:2011-08-17 浏览:

  电源布局和电源结构亟待调整优化

  长期以来,我国大区电网存在电源分布不合理,造成电源结构(基、腰、峰荷电源)性矛盾,即电网严重缺调峰电源,是当前阻碍节能减排的根源,且未引起决策部门重视。

  我国电力一次能源结构中,水电占有20%多,煤电70%多,其它核、抽水蓄能、燃气电厂极少,合起来不足10%,因此煤发电量占总发电量80%以上,二氧化碳和二氧化硫排放自然大。风能、太阳能等绿色能源只是最近几年才迅速发展。

  一次能源结构不合理必然导致电源结构不合理。我国水电占20%多,且多是径流,西南大水电发电年利用4000小时以上,汛期大发,带基荷,供水期可提供调峰也不足10%。特别是上世纪90年代以来,电网进入超高压、大电网、大机组时期,执行“以大代小”、“以煤代油”政策;使得原一天内可开停作主力调峰的小火电近亿千瓦,逐年关停,至2010年已关停8100万千瓦,但却没有规划补建峰荷电源,致使调峰矛盾凸显,至今时过20年,矛盾依旧,实属决策失误。新发展热电机组又没有严格执行国家“以热定电”的原则,机组多为30万千瓦,打孔抽汽的一般只允许调峰10%。低碳大机组合理调峰率为20%,现有水、火电可调峰率共约为总电源20%,远不能满足电网40%~50%峰谷差的调整要求。

  因此,多年来一直迫使超临界和超超临界的60~100万千瓦机组低谷时压负荷到50%亚临界运行,使低碳机组高碳运行。如继续增建低碳煤电大机组,必将继续强迫非常规调峰,岂不恶性循环。目前各大区电网都出现缺电,其主因是煤炭平衡工作没做好,煤炭涨价电价不变,实际更是缺调峰电源,估计约占总电源的15%~20%。因此调整电源布局和电源结构已迫在眉睫。

  欧洲风电调峰模式可供借鉴

  据欧洲风能协会研究报告的观点,电网接纳更多风电是经济性和政策性问题,不是技术水平和运行问题,德、法、丹麦、西班牙等国对风电并网以及电网如何适应作了深入研究,结论是,风电容量可占电网比例超过20%。其经验分析如下:

  风电与抽水蓄能配套、风电出力预报、电价政策——西班牙风电强劲发展。

  西班牙风电装机占总装机20%,发电量占8.7%,核电15%,抽水蓄能约10%,为开发EIHierro岛、Canary岛风能,建相应抽水蓄能与之联合运行,风电场风电功率预测是强制性的,与电价挂钩。

  风电与抽水蓄能配套,加强电网建设——德国风电积极发展。

  德国风电占总装机17%,电量占总7%,水电比重很低,消纳风电措施除与欧洲电网强联外,建设超过10%抽水蓄能,就地调峰平衡,因峰荷远距离输送增加网损。

  其海上风电接入系统也走在世界前沿,装机40万千瓦、离岸超100千米的Borkum-2风电场,用轻型直流电技术接入电网,因价高,我国仍采用交流接网。

  多能互补,法国积极发展风电。

  法国是核电大国,有一定水电,其中抽水蓄能比重约占总电源13%,电源结构较优,为风电发展提供了条件。规划2020年风电装机达2500万千瓦,其中1900万千瓦为近岸风电场。法水电资源丰富,已开发92%,已有十几座抽水蓄能电站,最大180万千瓦,都是可逆式的,既节省投资,又节约场地,今后继续发展这种电站。

  丹麦通过错峰,利用挪威水电蓄能提高风电利用率。

  丹麦风电装机已达总容量25%,发电量占16%,规划2025年风电比重达50%。其风电发展措施有扩大电网容量,强化风电预测,发展智能电网。全国电网与北欧强大电网相联,使风电自如地输送到全国及邻国,而用电需求方的对接行动是抽水蓄能、热电联产以及大力发展电动汽车产业等。丹麦南部有众多火电,北有水电大国挪威(其电力98%来自水电),通过丹麦挪威间海底电缆,可很好实现匹配调峰,使挪威成为理想的抽水蓄能国度。

  我国南方电网公司2006年成立调峰调频发电公司,2009年派专家到日本考察抽水蓄能发展历史和运营现状。目前广东电网有2个240万千瓦的抽水蓄能电站,占广东电网8%,在建4座共760万千瓦,2015年将达10%。

  近年,政府给予国网公司建设抽水蓄能的权力执行力度不够,蓄能电站比例不足2%,合理的比例应保持10%。电源结构要优化,必须大力发展抽水蓄能,才能适应风电、核电发展和火电大机组的高效运行。

  关于规划大区受端电网

  调峰电源的五个观点

  一、大电网必须有专用的调峰电源。

  二、峰荷电源尽可能就地平衡,大中小结合,分区分层接入电网。

  三、首选抽水蓄能,即顶峰又添谷。那种认为只是与核电配合的观点是片面的。

  四、尽可能改扩建老水电为抽水蓄能电站。

  五、建燃气调峰机组,利用小时取2000左右。

  两大问题待解决

  国家第十二个五年计划纲要中,第十一章指出“推动能源生产和利用方式变革”“坚持节能优先,立足国内,多元发展,保护环境,加强国际互利合作,调整优化能源结构,建安全、稳定、经济、清洁的现代能源产业体系”。为我们指出了能源电力发展方式转变的方向和原则。

  电力工业在满足社会经济持续发展需要前提下,必须尽快扭转电源结构不合理,节能减排任务重局面,抓紧实现电源结构优化,切实解决严重缺乏调峰电源问题。

  在当前厂网分开体制下,大电网分“电源、电网、配电(含用电)”三大块,贯彻“节能减排”基本国策,电源是主要的,是决定性的。

  当前我国电源布局和电源结构主要需解决两大问题。

  一是鉴于我国是能源输入大国,为保安全,立足国内,解决长远能源需求。在确保安全条件下加快发展核电,提升核电比例。我国研制成功的第四代快中子堆核利用技术,实现核废料循环利用和贫铀矿开发利用,使铀资源利用率提高60倍(由现有的核电站利用率1%提升至60%),解决了铀资源短缺。以国内探明的核资源,可供4~5亿千瓦规模核电使用上百年。接受日本福岛核电事故教训,加强地震海啸防护,特别是加强厂用保安电源。东部沿海和内地缺能省区都应加快发展,这是解决一次能源大量缺口的唯一途径,又减少输能(煤、电)投资,节省输能占地。

  二是如何实现节能减排,扭转电力系统电源结构不合理局面。当前东中部受端电网缺煤缺电,实际是更缺峰荷电源。

  目前我国东中部电网,包括华北、山东、广东电网,主要是缺调峰电源,故提出优先大力发展风电,配套建设抽水蓄能,形成风抽水电为主的调峰电源,再选建一批燃气发电,可利用城市附近关停的10~20万千瓦机组的基础,投资少,见效快,加上常规水电调峰10%,使峰荷电源不少于总电源35%,达到大幅度降低煤电装机比重目的。以上是电力工业发展方式转变的首要措施。

  已知我国东部沿海、山东及辽东半岛、东北吉林、黑龙江、内蒙东部和华北电网北部是风电的丰富地区。抽水蓄能除上海外,东中部都有,东北就有3000万千瓦的站址,已规划好11处1250万千瓦,每千瓦造价比煤电低15~20%。

  风蓄配合效果明显

  设取风电(上网容量)、抽水蓄能各占受端电网总电源10%配合开发,其对电网巨大的效果是明显的:

  (1)风蓄配合的绿色能源20%,替代总电源20%的煤电装机,如“十二五”末电源总规模15亿千瓦,煤电则可少装3亿千瓦,使电源结构改善后取得大幅度节能减排。并减少输煤输电压力。

  (2)风蓄配合,既调峰又填谷,有力解决调峰矛盾,排除煤电高效机组低碳运行状况,提高负荷率,年利用小时可由目前的4000多升到6000多,使运行机组大幅节能减排。且减少磨损,安全运行。

  (3)水电风电年度分布特性:冬春季雨少风多,正是水库供(或枯)水期,且是风电大发期;汛期雨多风少正是水电大发,用抽水蓄能吸收西部低谷时弃水电量,南方电网已实现。风电设备可大修,实现风水互补,利用电网低谷的弃风抽水,推动风电发展。

  (4)受端电网中建抽水蓄能,可让西部直流送来的输电通道带基荷,输送电力年利用小时可由设计5000小时提高到7500小时,则3通道可以替代4通道,节省大量投资。

  (5)抽水蓄能在电网中调频调相黑启动事故备用等,有利于提高电网抵御自然灾害,军事打击,恐怖活动的能力。

  (6)抽水蓄能增加受端电源支持,提高电网稳定性,特别是提供防止电压崩溃的动态无功。

  近几年各省区风电开发迅猛,分散开发方式全国已突破5000万千瓦,其中酒泉集中开发1000万千瓦并于西北750千伏电网,东北于6月底已达1500万千瓦,日发电1.3亿千瓦时,华北电网已超过1000万千瓦。电网低谷用电时,风电被关停情况下,东北电网2010年风电量达10%。

  风电、抽水蓄能技术成熟,储能效率、工程造价、使用寿命及总体对环境影响方面都具有明显优势,上海东海大桥100兆瓦海上风电于2010年投运,国外专家评论,中国已具备独立发展海上风电能力。

  我国应首先大力发展东部沿海、中部几大受端电网内的风电。大中小结合,一是各网省区分散开发,就近上网。二是规模百万、千万千瓦级开发,关键需解决风电并网和蓄能问题,将大风电尽量利用各水电线路送出,再在受端大城市附近建风抽蓄水电站(利用弃风),互相推动,互为补偿。

  东中部沿海的华东、华中、山东、广东、福建电网以及东北、华北电网,风电资源丰富,除上海外,各省区都有抽水蓄能站点。应优先开发,充分开发本地绿色能源。这正是优化能源布局的需要。

  大电网易于接纳风电:

  (1)大风电可分组直接并入邻近的大区受端超高压网架,与其它电源一样,直接供用户使用,其波动性,间隙性在大电网中易于接纳吸收,因有水、火电机组AGC配合,其综合可调容量足够适应;抽水蓄能更有快速负荷跟踪能力,可有效减少风电场对电网的冲击。

  (2)每日电网两个低谷用电时段,利用弃风抽水蓄能(尽力在大城市附近建厂址),虽是4度换3度(美国已有5度换4度的报道),但转换成可贵的峰荷电源,而且是双倍的绿色的峰荷电源(如用煤电抽水,则排放不减),从而推动风电发展并充分提高风电利用率。

  以上节能减排效果是巨大的,实现了电源结构的优化,是电力发展方式转变的重大措施。

  作者简介

  黄英矩:原东北电网调度局副总工,享受国务院特殊津贴电网专家,教授级高工。

  郭象容:原东北电网副总工,享受国务院特殊津贴电网专家,教授级高工。

  蒋建民:原东北电网副总工,享受国务院特殊津贴电网专家,教授级高工。

  蒙定中:原电力部生产司教授级高工,国际大电网CIGRE和美IEEE会员。

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关键字:风电 电源

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