東北電網(wǎng)建設(shè)抽水蓄能電站必要性分析

胡 亮 ，王 娜 ，樊祥船 ，于 珊

（1.中水東北勘測(cè)設(shè)計(jì)有限研究有限責(zé)任公司，吉林 長(zhǎng)春 130021；2.吉林省高速公路管理局，吉林 長(zhǎng)春 130000）

1 電力系統(tǒng)概況

東北電網(wǎng)是以火電為主、水電為輔的電網(wǎng)，已覆蓋了東北地區(qū)的遼寧、吉林、黑龍江三省和內(nèi)蒙東部的赤峰市、通遼市、呼倫貝爾市及興安盟地區(qū)。目前，東北電網(wǎng)500 kV電網(wǎng)已成為骨干網(wǎng)架；遼吉、吉黑省間500 kV聯(lián)絡(luò)線(xiàn)均已達(dá)4回；東北與華北電網(wǎng)實(shí)現(xiàn)了直流背靠背聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行。截至2010年底，東北電網(wǎng)500 kV輸電線(xiàn)路118條，總長(zhǎng)為12945 km；220 kV輸電線(xiàn)路933條，總長(zhǎng)為33062 km；500 kV變電站43座，總?cè)萘繛?9717 MVA；220 kV變電站410座，總?cè)萘繛?7075 MVA。

2010年底，東北電網(wǎng)總裝機(jī)容量為89069 MW，其中水電7004.4 MW，占總?cè)萘康?.86%；火電71459 MW，占80.23%；風(fēng)電10578.7 MW，占11.88%。2010年?yáng)|北電網(wǎng)完成全社會(huì)用電量3322.4億kW·h，同比增長(zhǎng)14.60%。全網(wǎng)最大負(fù)荷為48557 MW，同比增加9.07%。最大峰谷差12447 MW，同比增長(zhǎng)16.50%。

2 電網(wǎng)調(diào)峰運(yùn)行中存在的主要問(wèn)題

東北電網(wǎng)是以火電為主的電網(wǎng)。隨著境內(nèi)待開(kāi)發(fā)水力資源的不斷減少，東北電網(wǎng)的水電比重呈逐年下降趨勢(shì)。2006年水電比重為12.38%，2007，2008，2009年分別為 11.18%，10%，9.26%，而2010年已降至7.86%，且呈繼續(xù)下降趨勢(shì)。東北電網(wǎng)水火電比例嚴(yán)重失調(diào)，電源結(jié)構(gòu)不合理，電網(wǎng)調(diào)峰十分困難。

目前東北電網(wǎng)現(xiàn)有水電裝機(jī)容量7004.4 MW，其中抽水蓄能電站300 MW。調(diào)節(jié)性能好的水電裝機(jī)只有5200 MW左右，而最大峰谷差已達(dá)12447 MW，東北電網(wǎng)統(tǒng)調(diào)主要水電廠(chǎng)中，扣除為下游供水所承擔(dān)的基荷容量、機(jī)組檢修和備用容量以及界河水電廠(chǎng)不能參加調(diào)峰的容量后，最大調(diào)峰能力只有3500 MW左右，約占最大峰谷差的28%；抽水蓄能電站調(diào)峰能力按600 MW考慮，僅占最大峰谷差的4.8%，剩余67.2%的調(diào)峰任務(wù)要由火電機(jī)組承擔(dān)。

據(jù)統(tǒng)計(jì)，東北電網(wǎng)現(xiàn)有火電機(jī)組中供熱機(jī)組占40%以上，冬季供熱機(jī)組實(shí)行“以熱定電”，基本上不能調(diào)峰；地方和企業(yè)自備機(jī)組也較多，不能參加調(diào)峰；調(diào)峰性能較好的300 MW及以上大機(jī)組只占32%左右，約13000 MW。因此，火電機(jī)組的調(diào)峰能力極為有限，在冬季供暖和夏季水電大發(fā)期間，系統(tǒng)運(yùn)行的調(diào)峰及備用容量明顯不足。

另外，近年來(lái)，東北地區(qū)風(fēng)電裝機(jī)發(fā)展迅速，風(fēng)電機(jī)組運(yùn)行的不確定性，特別是在冬季低谷時(shí)呈現(xiàn)出來(lái)的反調(diào)峰性，更加大了電網(wǎng)調(diào)峰、調(diào)頻的難度。許多火電機(jī)組不得不采取超常規(guī)、深度壓出力運(yùn)行及啟停調(diào)峰，結(jié)果導(dǎo)致電網(wǎng)周波的合格率下降，供電質(zhì)量得不到保證，不僅付出了很大的經(jīng)濟(jì)代價(jià)，也給電力系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定運(yùn)行帶來(lái)隱患。

從長(zhǎng)遠(yuǎn)看，東北電網(wǎng)最大負(fù)荷、最大峰谷差仍呈較快的增長(zhǎng)趨勢(shì)。盡管火電機(jī)組綜合調(diào)峰能力在逐漸提高，但在運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性和安全穩(wěn)定性等方面仍然存在很多問(wèn)題；而且隨著風(fēng)電裝機(jī)的逐年加大，給電網(wǎng)維持電力平衡帶來(lái)前所未有的困難，電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行面臨較大的風(fēng)險(xiǎn)。調(diào)整電源結(jié)構(gòu)、增加調(diào)峰容量將是東北電網(wǎng)長(zhǎng)期需要解決的問(wèn)題。

3 負(fù)荷預(yù)測(cè)與電源規(guī)劃

根據(jù)東北地區(qū)國(guó)民經(jīng)濟(jì)、社會(huì)發(fā)展和用電趨勢(shì)，東北電網(wǎng)有限公司及東北電力設(shè)計(jì)院編制完成了《東北電網(wǎng)“十二五”主網(wǎng)架規(guī)劃總報(bào)告》，預(yù)測(cè)東北電網(wǎng)2020年全社會(huì)需電量為6370億kW·h，綜合最大負(fù)荷為102700 MW，冬季典型日負(fù)荷率和最小負(fù)荷率分別為0.809和0.678；夏季典型日負(fù)荷率和最小負(fù)荷率分別為0.873和0.709。

2020年規(guī)劃建設(shè)的總裝機(jī)容量達(dá)到197074 MW，其中常規(guī)水電8230 MW，抽水蓄能電站4900 MW，火電122730 MW，風(fēng)電50000 MW，核電11000 MW，其他214 MW。規(guī)劃水電主要有豐滿(mǎn)重建1480 MW和水豐擴(kuò)機(jī)200 MW以及一些小水電站，抽水蓄能電站主要有已建的白山蓄能300 MW、在建的蒲石河1200 MW及擬建的荒溝1200 MW、桓仁800 MW、敦化1400 MW?；痣娊ㄔO(shè)主要是以引進(jìn)技術(shù)、國(guó)內(nèi)制造的300 MW和600 MW機(jī)組為主，輔以350 MW和800 MW等機(jī)組。為滿(mǎn)足供熱、供汽需要，還擬建設(shè)一批熱電機(jī)組和地方、企業(yè)自備電廠(chǎng)。

4 東北電網(wǎng)抽水蓄能電站需求空間分析

根據(jù)東北電網(wǎng)負(fù)荷預(yù)測(cè)及電源規(guī)劃，采用電力系統(tǒng)電源優(yōu)化和生產(chǎn)模擬模型，對(duì)東北電網(wǎng)2020年擬定不建抽水蓄能電站、新建抽水蓄能電站0～14400 MW共9個(gè)方案，分別進(jìn)行生產(chǎn)模擬計(jì)算和系統(tǒng)費(fèi)用現(xiàn)值計(jì)算，以系統(tǒng)費(fèi)用現(xiàn)值最小為原則，分析東北電網(wǎng)抽水蓄能容量經(jīng)濟(jì)合理的需求空間。

根據(jù)《水利水電工程動(dòng)能設(shè)計(jì)規(guī)范》并結(jié)合東北電網(wǎng)的實(shí)際情況，模擬計(jì)算中，負(fù)荷備用率取3%，事故備用率為10%。常規(guī)水電、抽水蓄能機(jī)組的檢修時(shí)間為30 d，燃煤火電機(jī)組檢修時(shí)間為45d，核電機(jī)組檢修時(shí)間為60 d。

表1 東北電網(wǎng)2020年抽水蓄能容量配置方案比較表

參照有關(guān)已建工程及設(shè)計(jì)電站成果，取抽水蓄能電站的建設(shè)期為7年，投資為3900元/kW，運(yùn)行費(fèi)率采用2.5%。燃煤火電機(jī)組的投資采用4000元/kW，建設(shè)期為4年，運(yùn)行費(fèi)率采用4%（不含燃料費(fèi)），標(biāo)煤?jiǎn)蝺r(jià)取800元/t。社會(huì)折現(xiàn)率為8%，對(duì)東北電網(wǎng)2020年進(jìn)行優(yōu)化配置分析。計(jì)算成果見(jiàn)表1。

從表1可以看出，在東北電網(wǎng)2020年各調(diào)峰電源配置方案中，以方案5的費(fèi)用現(xiàn)值為最小，表明東北電網(wǎng)在2020年至少需要9600 MW抽水蓄能容量才能達(dá)到系統(tǒng)電源的優(yōu)化配置。屆時(shí)，全區(qū)抽水蓄能電站裝機(jī)容量占系統(tǒng)總裝機(jī)容量的比例為8%左右，占最大負(fù)荷的比例為9%左右，同國(guó)內(nèi)外以火電為主電網(wǎng)中抽水蓄能容量所占比例相接近，說(shuō)明東北電網(wǎng)2020年至少配置9600 MW抽水蓄能容量是經(jīng)濟(jì)合理的。

5 建設(shè)抽水蓄能電站的必要性

1）建設(shè)抽水蓄能電站是東北電網(wǎng)電源結(jié)構(gòu)調(diào)整和調(diào)峰電源優(yōu)化配置的需要。東北地區(qū)煤炭資源相對(duì)較少，需長(zhǎng)期調(diào)入?yún)^(qū)外煤炭；水力資源開(kāi)發(fā)程度又較高，后續(xù)開(kāi)發(fā)規(guī)模有限，東北電網(wǎng)受能源與資源所限，將來(lái)電源建設(shè)將以大容量燃煤火電為主，同時(shí)興建抽水蓄能電站作為未來(lái)的主要調(diào)峰電源。到2020年，東北電網(wǎng)至少需配置9600 MW的抽水蓄能容量才能達(dá)到電源優(yōu)化配置，即使在白山蓄能、蒲石河、荒溝、桓仁和敦化抽水蓄能電站均投產(chǎn)后，仍需投入4700 MW的抽水蓄能容量。

2）建設(shè)抽水蓄能電站是節(jié)能降耗、提高電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)性的需要。抽水蓄能電站跟蹤負(fù)荷變化的能力強(qiáng)，投入系統(tǒng)后，不僅能充分發(fā)揮調(diào)峰、填谷雙倍解決系統(tǒng)峰谷差的運(yùn)行特性，同時(shí)還能夠承擔(dān)電網(wǎng)調(diào)頻、調(diào)相、旋轉(zhuǎn)及事故備用，給電網(wǎng)帶來(lái)可觀的動(dòng)態(tài)效益，有效地改善火電及其它類(lèi)型機(jī)組的運(yùn)行條件，延長(zhǎng)火電機(jī)組的使用壽命，減少電網(wǎng)的燃料消耗，相應(yīng)減少了有害氣體的排放量，對(duì)改善大氣環(huán)境具有一定的作用。

3）建設(shè)抽水蓄能電站為電網(wǎng)核電建設(shè)提供有利保證。為了滿(mǎn)足電網(wǎng)不斷增長(zhǎng)的負(fù)荷需要，減輕對(duì)煤炭資源的依賴(lài)，東北電網(wǎng)正積極開(kāi)展核電建設(shè)項(xiàng)目。由于核電具有建設(shè)成本高、運(yùn)行成本低的特點(diǎn)，調(diào)峰運(yùn)行不具經(jīng)濟(jì)性。無(wú)論從保證核電的經(jīng)濟(jì)性還是核電站運(yùn)行安全，核電宜帶基荷運(yùn)行，不宜參與調(diào)峰，遠(yuǎn)期隨著電網(wǎng)核電容量的不斷增加，勢(shì)必給本已調(diào)峰就很緊張的電網(wǎng)增加了調(diào)峰難度。為保證電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行，提高核電運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性與安全性，需要與核電匹配建設(shè)具有調(diào)峰、填谷、調(diào)頻、調(diào)相等多種功能的抽水蓄能電站。

4）建設(shè)抽水蓄能電站為電網(wǎng)風(fēng)電開(kāi)發(fā)提供有利條件。

綜上所述，東北電網(wǎng)在2020年存在著建設(shè)9600 MW左右抽水蓄能電站的市場(chǎng)空間，并且東北地區(qū)具有豐富的抽水蓄能資源，因此，在該地區(qū)建設(shè)抽水蓄能電站是非常必要的。