建設(shè)特高壓直流輸電工程輸送風(fēng)電的技術(shù)經(jīng)濟(jì)可行性分析及建議

吳敬儒，王建生，何百磊

（國家開發(fā)銀行，北京 100032）

0 引言

由于技術(shù)上成熟、經(jīng)濟(jì)上可行，且資源豐富，風(fēng)電成為目前除水電外應(yīng)用最廣泛的可再生能源。截至2012年年底，全球風(fēng)電裝機(jī)容量約280GW，當(dāng)年新增裝機(jī)量約40GW，繼續(xù)保持較快增長[1]。我國風(fēng)電累計(jì)吊裝容量75.32GW，其中并網(wǎng)容量60.83GW，發(fā)電量100.4TWh，是全球風(fēng)電裝機(jī)容量最多的國家[2-3]。但2012年新增吊裝容量12.96GW，低于2011年17.63GW的水平，連續(xù)第二年下降。風(fēng)電發(fā)展放緩主要是受電網(wǎng)消納能力不足“限電棄風(fēng)”的影響，風(fēng)電利用小時(shí)數(shù)持續(xù)下降，已從2011年1920h下降到2012年的1890h，棄風(fēng)電量從10TWh增加到20TWh[4]，約占20%，主要發(fā)生在東北和西北電網(wǎng)，風(fēng)電利用小時(shí)數(shù)蒙東僅為1499h，吉林為1420h，甘肅1645h，青海1475h。

1 跨區(qū)域長距離輸送風(fēng)電的益處

我國風(fēng)能資源豐富，陸上風(fēng)能資源可開發(fā)容量2378GW，海上為200GW[5]，但資源分布不均，北方占80%，用電發(fā)達(dá)的東、中部地區(qū)較少。“十二五”規(guī)劃建設(shè)蒙東、吉林、黑龍江、蒙西、河北、甘肅、新疆、山東、江蘇九大風(fēng)電基地，新增容量約55GW，其中蒙東、蒙西、甘肅、新疆因當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)用電少，風(fēng)電消納能力小，必須發(fā)展跨區(qū)長距離外送。建設(shè)蒙東至華東（容量10GW）、酒泉至華中（容量8GW）兩項(xiàng)主要輸送風(fēng)電的特高壓直流輸電工程是促進(jìn)蒙東、吉林、酒泉風(fēng)電基地發(fā)展的重要措施，可新增風(fēng)電發(fā)電量57.6TWh，風(fēng)電裝機(jī)容量28.8GW，可節(jié)省化石能源1840萬噸標(biāo)煤（原煤2580萬噸或天然氣115億立方米），減少污染。拉動投資3418億元人民幣，擴(kuò)大內(nèi)需，增加就業(yè)，增強(qiáng)自生能力，促進(jìn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展。

此外，正在建設(shè)的哈密至鄭州±800kV容量8GW的特高壓直流輸電工程輸送風(fēng)電比例需盡快明確落實(shí)，促進(jìn)新疆風(fēng)電發(fā)展，取得長距離輸送風(fēng)電的寶貴經(jīng)驗(yàn)。蒙西風(fēng)電也需及早研究確定向外送電規(guī)劃及輸電項(xiàng)目，并組織實(shí)施。

目前存在問題是議論多行動少，如何送、送到哪里尚無明確具體的輸電方案，已影響風(fēng)電發(fā)展，急需采取有力措施解決。近兩年，我國有關(guān)建設(shè)特高壓輸送風(fēng)電工程的工作也在不斷推進(jìn)[6]。

2 遠(yuǎn)距輸風(fēng)電只宜輸送經(jīng)濟(jì)可用容量

風(fēng)電具有隨機(jī)、不穩(wěn)定的特性，發(fā)電出力隨風(fēng)能大小變動很大，不能根據(jù)用電需要發(fā)電，電網(wǎng)消納困難。風(fēng)電利用小時(shí)較低，一般只有2000h－2500h左右，全額輸送經(jīng)濟(jì)性差，質(zhì)量不高。研究證明，風(fēng)電出力在50%以上容量的發(fā)電概率不高，電量不多，僅占10%左右。因此，可以考慮合理?xiàng)夛L(fēng)，而將占風(fēng)電裝機(jī)容量50%左右的容量稱為經(jīng)濟(jì)可用容量，以提高輸送風(fēng)電的電量、質(zhì)量、經(jīng)濟(jì)性、運(yùn)行安全可靠性。與全額輸送風(fēng)電比較，輸送經(jīng)濟(jì)可用容量：1）輸送風(fēng)電裝機(jī)容量可增加一倍，電量增加80%左右；2）輸電利用小時(shí)由2200h提高到4000h，和目前輸送水電的線路相近，輸電成本降低80%；3）減少了風(fēng)電變動幅度，提高了風(fēng)電質(zhì)量，有利于電網(wǎng)消納及安全運(yùn)行，減輕了對其他電源的調(diào)節(jié)要求。

風(fēng)電基地發(fā)電出力特性曲線及利用經(jīng)濟(jì)可用容量時(shí)利用電量與棄風(fēng)電量示意圖如圖1。

3 蒙東－華東、酒泉－華中兩項(xiàng)直流輸電工程概況及技術(shù)經(jīng)濟(jì)可行性分析

3.1 蒙東-華東直流輸電工程

蒙東風(fēng)能資源十分豐富，建設(shè)條件良好，但當(dāng)?shù)赜秒娸^少，大規(guī)模開發(fā)必須規(guī)劃外送。附近東北電網(wǎng)風(fēng)能資源也很豐富，目前已自給有余，部分也需外送。華北電網(wǎng)風(fēng)電也自給有余。

華東電網(wǎng)覆蓋區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)，用電量大。2012年華東電網(wǎng)發(fā)電裝機(jī)容量233.56GW，發(fā)電量1153.7TWh，用電量1208.5TWh，從區(qū)外輸入電量54.8TWh，風(fēng)電裝機(jī)容量4.05GW，發(fā)電量8.2TWh，僅占裝機(jī)容量1.7%，用電量0.68%，消納風(fēng)電的能力和市場都很大。而華東電網(wǎng)陸上風(fēng)能資源不多，建設(shè)條件一般；海上風(fēng)能資源豐富，開發(fā)難度較大，利用海域各方協(xié)調(diào)困難，且投資和發(fā)電成本均較陸上風(fēng)電貴一倍多，目前已投標(biāo)項(xiàng)目進(jìn)展不快。預(yù)計(jì)2020年前華東電網(wǎng)新增風(fēng)電裝機(jī)容量不會超過20GW，有較大的市場空間接納蒙東及吉林富裕風(fēng)電電力。

蒙東－華東直流輸電工程初步設(shè)想發(fā)端在內(nèi)蒙古通遼地區(qū)，受端在浙北、全長約1800km，電壓±800kV、容量10GW（其中風(fēng)電經(jīng)濟(jì)可用容量8GW，火電2GW），年輸電量42TWh（其中風(fēng)電32TWh，火電10TWh）；相應(yīng)在蒙東及吉林地區(qū)建設(shè)風(fēng)電裝機(jī)16GW，火電2GW，為提高供電質(zhì)量在華東地區(qū)建設(shè)抽水蓄能電站3GW。總投資約需1960億元（其中風(fēng)電1280億元，火電80億元，抽水蓄能電站150億元，直流輸電工程300億元，配套交流輸電工程及其他約150億元）。上網(wǎng)電價(jià)按每千瓦時(shí)0.55元（包括棄風(fēng)補(bǔ)償）計(jì)，至華東落地電價(jià)約每千瓦時(shí)0.7元，與當(dāng)?shù)仃懙仫L(fēng)電上網(wǎng)電價(jià)相近，低于海上風(fēng)電上網(wǎng)電價(jià)（約每千瓦時(shí)1元左右），也低于華東電網(wǎng)今后發(fā)展的天然氣發(fā)電當(dāng)氣價(jià)每立方米3元的上網(wǎng)電價(jià)（每千瓦時(shí)0.842元）。風(fēng)電電量32TWh，可節(jié)省1024萬噸標(biāo)煤，如按替代天然氣發(fā)電可少用天然氣約64億立方米，相應(yīng)減少二氧化碳排放約1400萬噸，改善華東地區(qū)環(huán)境質(zhì)量，在經(jīng)濟(jì)上是可行的，環(huán)保上是十分有利的。

圖1 風(fēng)電基地發(fā)電出力特性曲線及利用經(jīng)濟(jì)可用容量時(shí)利用電量與棄風(fēng)電量示意圖

在電網(wǎng)安全運(yùn)行上，輸入和當(dāng)?shù)仫L(fēng)電合計(jì)發(fā)電量約70TWh左右，不超過用電量的4%，小于德國風(fēng)電占比11%的水平，且輸送風(fēng)電經(jīng)濟(jì)可用容量可提高風(fēng)電質(zhì)量，在華東加裝3GW抽水蓄能電站配合風(fēng)電調(diào)節(jié)，在電網(wǎng)安全運(yùn)行及供電質(zhì)量上是有保證的。此外輸送2GW火電主要是為保證直流輸電工程輸電量不小于10%的技術(shù)要求，保障輸電安全；也可增加供應(yīng)華東10TWh電量，減少華東火電發(fā)電量。

3.2 酒泉-華中直流輸電工程

甘肅酒泉地區(qū)風(fēng)能資源豐富，規(guī)劃風(fēng)電裝機(jī)40GW以上，2012年甘肅發(fā)電裝機(jī)容量29.16GW，發(fā)電量110.7TWh，用電量99.5TWh，其中風(fēng)電裝機(jī)容量5.97GW，發(fā)電量9.4TWh，年利用小時(shí)僅1645h，棄風(fēng)少發(fā)現(xiàn)象嚴(yán)重。今后規(guī)劃新增風(fēng)電裝機(jī)容量，將主要依靠向外輸電。

華中電網(wǎng)東四?。ê幽?、湖北、湖南、江西）處于中部崛起地區(qū)，經(jīng)濟(jì)和用電發(fā)展較快，2012年發(fā)電裝機(jī)容量167.82GW，發(fā)電量681.6TWh，用電量646.9TWh，輸出電量34.7TWh，主要是三峽水電站豐水期水電，風(fēng)電裝機(jī)容量0.71GW，發(fā)電量1.1TWh，只占用電量0.16%，消納風(fēng)電市場潛力很大。地區(qū)風(fēng)電資源較少，開發(fā)條件較差，發(fā)展不快，預(yù)測2020年風(fēng)電裝機(jī)將達(dá)8GW－10GW左右，電量16TWh－20TWh左右，按用電量年均增長6.5%測算，2020年用電量將達(dá)1070TWh，風(fēng)電占比不到2%，具備消納西北酒泉、哈密兩大風(fēng)電基地外送風(fēng)電的良好條件。正在建設(shè)的哈密至鄭州±800kV、容量8GW的特高壓直流輸電工程將輸送部分風(fēng)電，風(fēng)電與火電比例待定，若按風(fēng)電占比50%－70%計(jì)算，約可輸送風(fēng)電電量約16TWh－22TWh，（相應(yīng)風(fēng)電裝機(jī)容量8GW－11.2GW），合計(jì)約32TWh－42TWh，僅占3%－4%，還有消納酒泉基地外送風(fēng)電的能力。

圖2 專家建議風(fēng)電外送通道示意圖

酒泉至華中±800kV容量8GW特高壓直流輸電工程，初步設(shè)想發(fā)端在酒泉市西部風(fēng)電集中地區(qū)，受端在湖南長沙附近，全長約2000km，輸送風(fēng)電經(jīng)濟(jì)可用容量6.4GW（相應(yīng)風(fēng)電裝機(jī)容量12.8GW），火電1.6GW；年輸電量33.6TWh，其中風(fēng)電25.6TWh，火電8TWh。因湖北、湖南水電比重大，調(diào)節(jié)性能較好，應(yīng)優(yōu)先利用水電調(diào)節(jié)風(fēng)電的不均衡性，若有必要也可考慮建設(shè)部分抽水蓄能電站。2020年華中東四省共利用風(fēng)電約57.6TWh －67.6Wh，占用電量5.4%－6.3%左右，電網(wǎng)是可以消納的。

初步測算工程約需總投資1468億元，其中風(fēng)電12.8GW，投資1024億元；火電1.6GW，投資64億元；直流輸電工程約需投資260億元，配套交流輸電工程及其他120億元。

風(fēng)電落地電價(jià)約每千瓦時(shí)0.7元（其中輸電成本每千瓦時(shí)0.15元），與當(dāng)?shù)匦陆L(fēng)電上網(wǎng)電價(jià)相近，低于天然氣發(fā)電，高于燃煤火電。

減少化石能源消耗約820萬噸標(biāo)煤及相應(yīng)污染物排放，改善環(huán)境質(zhì)量，作用顯著。

華中東四省能源資源不豐富，煤炭產(chǎn)量2012年已近峰值，今后將下降，水電已基本開發(fā)利用，今后新增容量很少；核電建設(shè)何時(shí)起步尚待明確，至2020年新增用電420TWh，如何解決？除四川還能增送少量豐水期季節(jié)性水電外，主要靠火電（煤電及氣電）、風(fēng)電太陽能發(fā)電解決，加大接受西北風(fēng)電電能，是解決用電增長需求的重要戰(zhàn)略措施之一。

以上兩項(xiàng)直流輸電工程輸電容量共18GW，電量75.6TWh，其中風(fēng)電57.6TWh，相應(yīng)需新增風(fēng)電裝機(jī)容量28.8GW，可替代化石能源1810萬噸標(biāo)煤（原煤2580萬噸或天然氣116億立方米），節(jié)能減排環(huán)境效益顯著，且充分利用國內(nèi)可再生能源，不增加消耗礦物能源，可提高能源自給率和能源安全。增加就業(yè)，有利于經(jīng)濟(jì)可持續(xù)升級發(fā)展。兩項(xiàng)工程總投資3418億元及投產(chǎn)后的發(fā)電用電效益，可拉動內(nèi)需GDP增速，其中風(fēng)電投資1920億元，主要用于經(jīng)濟(jì)欠發(fā)達(dá)地區(qū)，投產(chǎn)后可增加稅收和綜合經(jīng)濟(jì)效益，有利于當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)跨越式發(fā)展，趕上發(fā)達(dá)地區(qū)水平。

長距離大容量輸送風(fēng)電在世界上屬首創(chuàng)，但沒有技術(shù)上不可克服的難題，經(jīng)濟(jì)上可行，可增加非化石能源供應(yīng)比重，減少中、東部經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)火電對環(huán)境的污染。建議國家主管部門將其列入“十二五”電力規(guī)劃，并盡早開工建設(shè)。

4 建議

上述兩項(xiàng)直流輸電工程是巨大的系統(tǒng)工程，建設(shè)項(xiàng)目多，牽涉面廣，參建公司多，投資大、效益好，經(jīng)營管理難度大、技術(shù)上世界首創(chuàng)。需有關(guān)各級政府主管部門、各公司統(tǒng)一認(rèn)識，大力支持用改革辦法組織建設(shè)經(jīng)營管理，才能完成。為此建議：

（1）國家發(fā)改委、能源局盡早委托電力工程規(guī)劃設(shè)計(jì)咨詢工程公司對蒙東－華東、酒泉－華中兩項(xiàng)輸送風(fēng)電為主的特高壓直流輸電工程作可行性研究，對建設(shè)的必要性、可行性，輸電容量，電壓等級，兩端換流站地址，輸送風(fēng)電和火電比例，風(fēng)電規(guī)劃、配套火電及抽水蓄能電站規(guī)劃和接入方案，受端配套電源和智能電網(wǎng)建設(shè)，電網(wǎng)調(diào)度運(yùn)行方式等進(jìn)行深入細(xì)致的研究分析，提出可行性研究報(bào)告。如可行，列入“十二五”規(guī)劃，盡快明確項(xiàng)目法人組織實(shí)施。

攝影：李永利

據(jù)了解哈密至鄭州直流工程輸送風(fēng)電容量初步定為3GW，小了一些，以后可根據(jù)實(shí)際運(yùn)行情況逐步提高至合適比例。并認(rèn)真總結(jié)經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，供今后建設(shè)、運(yùn)營參考。

（2）提高對發(fā)展風(fēng)電重要性認(rèn)識，明確各省市各電網(wǎng)利用風(fēng)電配額。

從資源、環(huán)保及長遠(yuǎn)可持續(xù)發(fā)展看，風(fēng)電將是今后發(fā)電電源的重要組成部分，發(fā)電量將超過水電，可減少新增火電，是解決新增用電、節(jié)能減排的重要戰(zhàn)略措施，根據(jù)我國資源特點(diǎn)，風(fēng)電發(fā)展采用優(yōu)先就地開發(fā)利用和建設(shè)大型風(fēng)電基地向外送電相結(jié)合的方針，因此各省市有關(guān)部門、各發(fā)電公司、各級電網(wǎng)公司要提高對發(fā)展風(fēng)電重要性的認(rèn)識，做好風(fēng)電發(fā)展規(guī)劃，在風(fēng)電資源少的地區(qū)要接受區(qū)外送入的風(fēng)電。國家要明確各省市各電網(wǎng)利用風(fēng)電的配額，并采取優(yōu)惠政策鼓勵風(fēng)電發(fā)展。

攝影：夏偉雄

（3）加強(qiáng)跨區(qū)大容量長距離輸送風(fēng)電的科研工作。

跨區(qū)大容量長距離輸送風(fēng)電是一項(xiàng)創(chuàng)新工作，國內(nèi)外無成熟經(jīng)驗(yàn)，風(fēng)電的隨機(jī)性不穩(wěn)定性增加了電網(wǎng)安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行困難，需其他電源協(xié)調(diào)配合運(yùn)行。要研究各大風(fēng)電基地發(fā)電特性，風(fēng)電在電網(wǎng)中的地位和作用，如何根據(jù)用電增長需要優(yōu)化的配置建設(shè)其他電源；風(fēng)電利用小時(shí)低，如何確定長距離輸送風(fēng)電合理?xiàng)夛L(fēng)的經(jīng)濟(jì)可用容量；研究不同比例風(fēng)電對電網(wǎng)安全運(yùn)行影響，發(fā)展智能電網(wǎng)提高電網(wǎng)消納風(fēng)電能力保障安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，電網(wǎng)調(diào)度運(yùn)行管理方式等都需結(jié)合我國風(fēng)電發(fā)展實(shí)際大力加強(qiáng)有關(guān)科研工作。當(dāng)前要著重研究解決哈密至鄭州、蒙東至華東、酒泉至華中、蒙西風(fēng)電外送的重大科技問題。并著眼長遠(yuǎn)開展有關(guān)風(fēng)電發(fā)展規(guī)劃（2020年200GW，2050年約800GW）中的重大課題進(jìn)行前瞻性研究工作。

[1] 中國可再生能源學(xué)會風(fēng)能專業(yè)委員會.2012年風(fēng)電裝機(jī)容量統(tǒng)計(jì)[R].北京：中國可再生能源學(xué)會，2012.

[2] 全球風(fēng)能理事會.全球風(fēng)電市場發(fā)展報(bào)告2012[J].風(fēng)能 , 2013(4)：32-36.

[3] 中國電力企業(yè)聯(lián)合會.2012年全國電力工業(yè)年快報(bào)統(tǒng)計(jì)[R].2013,3.

[4] 新華網(wǎng).裝機(jī)快速增長棄風(fēng)限電現(xiàn)象嚴(yán)重[EB/OL].(2013-03-03)[2013-06-23].

[5] 人民網(wǎng).風(fēng)能資源詳查結(jié)果：我國風(fēng)能開發(fā)潛力逾25億千瓦[EB/OL].(2010-01-05)[2013-06-23].

[6] 全國人大網(wǎng).國家能源局認(rèn)真結(jié)合當(dāng)前工作研究辦理特高壓電網(wǎng)建設(shè)[EB/OL].(2012-07-25)[2013-06-23].