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风水配合既解决缺电又节能减排

发布时间:2012年03月28日 14:26 | 进入复兴论坛 | 来源:中国能源报 | 手机看视频


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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,是当前电源紧张和阻碍节能减排的关键。

  首先,我国电力一次能源构成不合理,品种单一。

  目前,我国水电占20%以上,煤电70%以上,核电、抽水蓄能、燃气电厂极少,合起来不足10%,燃煤发电量占总发电量80%以上,二氧化碳和二氧化硫排放量很大。核电极少,风能、太阳能等绿色能源只是最近几年才开发利用。

  其次,我国电源结构不合理。

  电力一次能源结构不合理必然导致电源结构不合理。水电占20%多,且多是径流,西南水电年利用4000小时以上,汛期大发,带基荷,供水期可提供调峰也不足10%。

  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;原日内开停作主力调峰的小火电、油电近亿千瓦,逐年关停,至2010年小火电、油电关停8100万千瓦,原调峰率高的油电大机组改为煤电,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,实属决策严重失误。

  发展热电没有严格执行国家“以热定电”的原则,机组多为30万千瓦打孔抽汽的,只允许调峰10%。主要新增低碳大机组合理调峰率为20%,故现有水、火电合理调峰率约为总电源15%-20%,远不能满足电网40%-50%峰谷差的调整要求。

  特别是电源结构性矛盾,造成严重缺调峰电源,尚未引起重视。一些决策领导和专家只谈“发电能源结构”,即煤、水、油、核、新能源的比重,这是必要的,而重要的“基荷、腰荷、峰荷电源结构”甚至未提出这个概念,电源规划中只列电量、最大电力和备用容量,列峰谷差,但不做调峰方案。上世纪八十年代几个大区电网都曾长期存在峰荷电源不足,频繁拉闸限电,成为困扰调度的严重问题。但笼统地归因于缺装机容量,有大区电气工程学会组织召开水、火电设计院及网省局专家“调峰专题会”,一致认为建设抽水蓄能电站迫在眉睫,建议调整原规划项目以100万kW抽水蓄能替代同容量煤电规划项目。但决策领导以所谓的有煤电项目才有电煤指标的说法,一味地争上港口、路口煤电项目,使建议告吹。以后30万kW以上火电机装了一批,电源有余了,但调峰矛盾更加突出,小火电难以停下去。虽采取了5.0万kW及以下火电机组每日开停调峰,又迫使10万kW煤电机组开停。进一步迫使30万以上机组深度调峰,60万机组非常规调峰降出力到50%。制粉、除灰、油、汽、水等系统频繁调整,煤耗高,磨损大,不经济,不安全,电网安全经济调度无法进行。又搞一批20、30万机组轮流开一天停两天,电厂抵制,曾发生过有20万、30万机组冷备用、高峰时拉闸的极不合理局面。

  虽已有联网错峰,仍在搞火电机组非常规调峰,在组织用户有序用电,高峰让电以保生活用电,这不正是调峰矛盾吗?发生高峰时频繁拉闸的极不合理局面仍然存在。

  因此,多年来一直迫使超临界和超超临界60万-100万千瓦机组非常规调峰,低谷时出力压到50%亚临界运行,使低碳机组高碳运行。随着城市化、工业化,电网每年增长的用电负荷,其峰谷差将超过50%,如继续增建低碳煤电大机组,必将继续强迫其非常规调峰,岂不恶性循环。目前东中部电网出现缺电,实际是缺调峰电源,目前调峰电源约占总电源的15%-20%。因此调整电源布局和电源结构已迫不亟待。

  发达国家十分重视合理的电源结构,使基、腰、峰荷电源保持最佳比例,一般峰荷电源占总装机容量25%~35%。峰荷电源首选是抽水蓄能,其装机比重较高。日本经济高速发展时期,抽水蓄能规模始终按电源结构最优原则确定,1980年占总装机8.01%,1990年占9.03%,1999年占9.4%。且认为应始终保持10%-15%的最优比重,并由政策规定不必逐个将其上网电价待财务评价,而由九大电力公司统一还贷。

  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%。

  我国蓄能电站不足2%,合理的比例应保持10%以上,才能适应风电、核电发展和火电大机组的高效运行。

  风电因其间隙性、波动性特点,因此开发百万千瓦或更大的风电场,主要需解决并网、蓄能和励磁的问题。

  风电与常规水电配合

  风电、水电年度分布特性:冬春季雨少风多,水电为供(或枯)水期,水电少而风电为大发期;汛期雨多风少,正是水电大发,而风电少发正可检修。二者能量互补。

  常规水电年利用小时低,南方的约4000小时左右,东北、西北水电主要用于调峰,利用小时数2000—3000,故水电线路送电年利用小时低,供水(或枯)水期更低,如果水电送出线路沿途有风电接入,风水打捆风主水从最为有利,不但少建风电输电专线;而水电调峰机可作压水调相运行,其调峰水量存入水库备用。特别是调相机组可作风电间隙补偿,或缓冲风电波动性冲击。还可输出无功作风电励磁电源。

  再在受端电网中,尽可能在大城市附近选建抽水蓄能电站,以降低输电功率损耗和电压损耗,实现就地调峰平衡和无功平衡。

  利用弃风产生的电量,抽梯级水电的下库水到上库蓄能。

  大电网易于接纳几十万至几百万千瓦的大风电:

  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。

  每日电网两个低谷用电时段,约6—8小时利用弃风抽水蓄能(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。

  西欧滨海国家

  配套发展经验可供借鉴

  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、西班牙等西欧濒海国家对风电并网以及电网如何适应作了深入研究,结论是,风电容量可占总电源比例超过20%。其风、蓄配合,改善电源结构,是促进风电发展的主要经验:

  西班牙风电装机占总装机20%,发电量占8.7%,核电占15%,抽水蓄能约10%。

  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,建设抽水蓄能电站超过10%。

  法国是核电大国,水电资源丰富,已开发92%,强调多能互补,积极发展风电,配套建抽水蓄能约占总电源13%,电源结构较优。

  风电国度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%。全国电网与北欧强大电网相联,利用北部挪威水电大国错峰蓄能,可很好实现匹配调峰,使挪威成为理想的抽水蓄能国度,从而提高其风电利用率。

  案例分析:为分析电源结构性矛盾,设一个电网冬季典型日发电曲线,研究在节能减排、发展清洁能源政策指导下,优化电源布局和结构,寻求最佳调峰方案。(注:用百分制作图,概念清晰,取开机容量PM=100%=1.0pu.。(如图))

  图表清晰说明,在以煤电为主,缺油少气的国情下,除大力开发西部水电,当务之急要大力发展风电,配套建设抽水蓄能,实现电源结构优化。可获以下六项巨大效益:

  第一、全国风电(上网容量)、抽水蓄能各占受端电网总电源10%配合开发,替代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。

  第二、风蓄配合,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。

  第三、利用常规水电、风电年度分布特性:实现风水互补,推动风电发展。

  第四、受端电网中建抽水蓄能,可让西部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。

  第五、抽水蓄能增加受端电源(有功和无功)支持,提高电网稳定性,特别是发电机的强行磁励,提供防止电压崩溃的动态无功。

  第六、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。

  目前我国风蓄配合

  改善电源结构条件更成熟

  目前我国东中部电网,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%,这正是优化电源布局和电源结构的急需,且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。

  近几年各省区风电发展方兴未艾,其中酒泉集中开发1000万千瓦并于西北750千伏电网,东北2011年末已达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%。

  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,东中部各省都有,东北就有3000万千瓦的站址,已规划好11处1250万千瓦。

  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。近半年,我国领导与一些发达国家领导人互访中,或国际会议中,谈经贸合作都有新能源,西欧滨海国家风蓄配套和日本抽水蓄能发展经验值得我国借鉴。他们的先进技术和设备,正是我国急需。当前世界经济处在衰退时期,我们正处于买方市场低位。

  基于以上分析,我国东中部既有丰富的风能和抽水蓄能站点,又靠近大电网,电网的电源结构性矛盾又亟待调整改善,因此,建议大力开发,大中小相结合,小的各省区分散开发,就近上网;百万千瓦级的,由中央集中财力完成,建成为 “风、蓄配合”的绿色峰荷电源,对电网发挥巨大节能减排为主的上述六项效益。

  注:本期刊载内容节选自《既解决缺电、又实现节能减排的重大建议》。

  作者简介

  黄英矩:原东北电网调度局副总工,原东北经济区规划办(省部级)正处级干部,享受国务院特殊津贴的电网专家,教授级高工。

  郭象容:原东北电网公司副总工,享受国务院特殊津贴的电网专家,教授级高工。

  蒋建民:原东北电网公司副总工,享受国务院特殊津贴的电网专家,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。

热词:

  • 调峰
  • 风电发展
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