湖北省消納西南水電的策略研究

蔣 霖，王 楓，唐金銳，李泰軍，胡濟(jì)州，庸 威

(1.國(guó)網(wǎng)湖北省電力公司，湖北 武漢 430077；2.中國(guó)電力工程顧問集團(tuán)中南電力設(shè)計(jì)院有限公司，湖北 武漢 430071)

0 引言

今后十五年的時(shí)間，是西南水電大規(guī)模開發(fā)時(shí)期，根據(jù)國(guó)家總體能源規(guī)劃，華中東四?。òê保┦窍{西南水電的重要市場(chǎng)，應(yīng)該也必須消納西南水電[1-4]。在此背景下，通過分析研究，明確湖北應(yīng)該消納西南哪些水電、可以消納多大規(guī)模、什么時(shí)機(jī)消納較合適，有助于提高湖北電網(wǎng)運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性、安全性，增強(qiáng)湖北電網(wǎng)規(guī)劃的主動(dòng)性和適應(yīng)性。

1 湖北消納區(qū)外電力的必要性

1.1 湖北電力工業(yè)情況

從全省全口徑裝機(jī)結(jié)構(gòu)來看，湖北省電源生產(chǎn)結(jié)構(gòu)以水電為主；但扣除三峽外送電力后，湖北省電源結(jié)構(gòu)以火電為主，由于水電裝機(jī)占全省水電經(jīng)濟(jì)可開發(fā)量的比重已超過90%，因此短期內(nèi)這一結(jié)構(gòu)將難以改變。2014年湖北省電源結(jié)構(gòu)見表1。

表1 2014年湖北省裝機(jī)構(gòu)成表Tab.1 Generator unit construction in Hubei in 2014(單位：104kW)

1.2 未來電力供應(yīng)需求分析

根據(jù)湖北省的國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展情況，結(jié)合歷史用電結(jié)構(gòu)情況，對(duì)湖北未來的全社會(huì)用電量和用電負(fù)荷進(jìn)行了預(yù)測(cè)，分為高方案和低方案。

（1）電力負(fù)荷預(yù)測(cè)高方案

湖北2020年和2025年全社會(huì)負(fù)荷將分別達(dá)到5 260×104kW和6 885×104kW。考慮到目前湖北在建及已核準(zhǔn)火電項(xiàng)目973×104kW、已取得路條及納入規(guī)劃火電項(xiàng)目136×104kW，以及特高壓交流送入電力，湖北電力平衡計(jì)算結(jié)果如下：

1)至2020年，湖北電源建設(shè)空間達(dá)到1 000×104kW。

2)不考慮核電，2025年湖北電源建設(shè)空間約為2 839×104kW。

（2）電力負(fù)荷預(yù)測(cè)低方案

湖北2020年和2025年全社會(huì)負(fù)荷將分別達(dá)到4 450×104kW和5 384×104kW?？紤]到目前湖北在建、已核準(zhǔn)、已取得路條及納入規(guī)劃火電項(xiàng)目1 109×104kW，以及特高壓交流送入電力，湖北電力平衡計(jì)算結(jié)果如下：

1)至2020年，湖北電力由盈余狀態(tài)轉(zhuǎn)為基本平衡。

2)不考慮核電，2025年湖北省電源建設(shè)空間約為1 127×104kW。

1.3 中長(zhǎng)期電力供應(yīng)措施分析

根據(jù)上述分析，結(jié)合全國(guó)其他地區(qū)的電力平衡計(jì)算結(jié)果，至2025年左右，華中區(qū)域?qū)⒊饺A東，成為我國(guó)最大的能源（非油氣）輸入?yún)^(qū)域[5]。且華中區(qū)域處于全國(guó)能源流的末端，缺少沿海區(qū)位優(yōu)勢(shì)，能源進(jìn)口難度大，能源供應(yīng)問題最為突出。

為保證中長(zhǎng)期電力供應(yīng)，湖北可采取措施包括：加快開發(fā)風(fēng)電和太陽(yáng)能發(fā)電建設(shè)、增加湖北吸納三峽電量、有序推進(jìn)火電建設(shè)、經(jīng)濟(jì)合理消納區(qū)外電力、積極推進(jìn)省內(nèi)核電建設(shè)。受湖北資源限制，新能源對(duì)本省電力供應(yīng)的貢獻(xiàn)度非常有限。而三峽電力回收難度大，回收的比例有限。因此，湖北的電力供應(yīng)安全將主要依靠火電建設(shè)、區(qū)外電力消納以及核電建設(shè)措施來保障。

1.4 湖北消納區(qū)外電力的時(shí)機(jī)與規(guī)模

根據(jù)未來建設(shè)的鐵路煤運(yùn)能力[6]，以及二氧化硫、氮氧化物排放控制指標(biāo)[7]，對(duì)湖北省的煤電建設(shè)極限進(jìn)行了分析，初步測(cè)算結(jié)果表明，受環(huán)保及交通運(yùn)輸制約，2020年，湖北煤電建設(shè)極限值約為4 100×104kW[8]，2025年約為4 500×104kW。

（1）電力負(fù)荷預(yù)測(cè)高方案

“十三五”，至2020年，若湖北電源建設(shè)空間1 000×104kW全部依靠省內(nèi)自建煤電彌補(bǔ)，則屆時(shí)省內(nèi)煤電規(guī)模達(dá)到4 575×104kW，超過煤電建設(shè)極限值。因此，建議湖北消納區(qū)外電力，落點(diǎn)一條直流，保證本省電力供應(yīng)安全。

“十四五”，2025年，湖北電力建設(shè)空間相比2020年增加1 840×104kW，即使“十四五”期間核電規(guī)模達(dá)到500×104kW，若全部依靠省內(nèi)自建煤電彌補(bǔ)，省內(nèi)煤電規(guī)模將超過湖北煤電建設(shè)極限。因此，建議“十四五”湖北消納區(qū)外電力，落點(diǎn)一條直流，保證湖北省電力供應(yīng)安全。

（2）電力負(fù)荷預(yù)測(cè)低方案

“十三五”，湖北基本處于盈余狀態(tài)，無(wú)需消納區(qū)外電力。但部分煤電機(jī)組的緩建，將為區(qū)外電力受入創(chuàng)造一定的條件。

“十四五”，2025年，湖北電力建設(shè)空間相比2020年增加1 100×104kW，由于“十四五”期間湖北省內(nèi)核電規(guī)模達(dá)到500×104kW存在較大的不確定性，若全部依靠省內(nèi)自建煤電彌補(bǔ)，屆時(shí)省內(nèi)煤電規(guī)模將接近湖北煤電建設(shè)極限。一旦核電發(fā)展滯后、環(huán)保壓力加大或鐵路運(yùn)輸卡口，湖北省電力供應(yīng)安全將無(wú)法得到保證。因此，建議“十四五”湖北消納區(qū)外電力，落點(diǎn)一條直流，保證湖北省電力供應(yīng)安全。

（3）小結(jié)

“十三五”期間，在電力負(fù)荷預(yù)測(cè)高方案下，可消納區(qū)外電力，落點(diǎn)一條直流；在電力負(fù)荷預(yù)測(cè)低方案下，湖北基本處于電力盈余狀態(tài)，無(wú)需落點(diǎn)直流。

“十四五”期間，不管在電力負(fù)荷預(yù)測(cè)高方案下還是低方案下，建議消納區(qū)外電力，落點(diǎn)一條直流。

2可供湖北消納西南水電規(guī)模

2.1 西南水電概況

我國(guó)西部的水力資源豐富，主要集中在大渡河、雅礱江、金沙江、瀾滄江、怒江、雅魯藏布江等6大流域。雅魯藏布江的水電開發(fā)工作深度尚淺，預(yù)計(jì)2030年前不可能集中開發(fā)形成規(guī)模，論文中暫不考慮。結(jié)合相關(guān)流域輸電規(guī)劃研究成果[4,9-11]，這5大流域梯級(jí)水電站以及四川季節(jié)性水電開發(fā)時(shí)序和規(guī)模如表2所示。大渡河流域電站規(guī)劃裝機(jī)總規(guī)模約為2 670×104kW，未來的送電方向主要為四川地區(qū)。

雅礱江流域電站規(guī)劃裝機(jī)總規(guī)模約2 850×104kW。雅礱江上游總體規(guī)劃裝機(jī)規(guī)模有限，約250×104kW；雅礱江中游規(guī)劃總裝機(jī)規(guī)模約1 130×104kW；雅礱江下游主要送電華東，部分在重慶和四川消納。

表2 西南水電開發(fā)規(guī)模、進(jìn)度及送電方向Tab.2 The planning schedule and accommodating area of the southwest hydropower(單位：104kW)

需要說明的是，雅礱江中游水電距離四川負(fù)荷中心也較近，根據(jù)目前的輸電規(guī)劃，其枯期電量留存四川消納的可能性大。

瀾滄江流域電站規(guī)劃裝機(jī)總規(guī)模為3 116×104kW。瀾滄江上游（西藏段）裝機(jī)規(guī)模625×104kW；瀾滄江上游（云南段）裝機(jī)規(guī)模883×104kW，送電廣東；瀾滄江中下游河段規(guī)劃水電均已投產(chǎn)，送電廣東、云南地區(qū)消納。

怒江流域電站規(guī)劃裝機(jī)總規(guī)模約為3 690×104kW。怒江上游總裝機(jī)容量約1 460×104kW；怒江中下游梯級(jí)開發(fā)規(guī)模約為2 220×104kW，考慮送廣東、云南等地區(qū)消納。

金沙江流域電站規(guī)劃裝機(jī)總規(guī)模約為8 100×104kW。金沙江上游總裝機(jī)規(guī)模約1 450×104kW；金沙江中游總裝機(jī)規(guī)模約為2 100×104kW，主要送電云南、廣西、廣東地區(qū)消納；金沙江下游總裝機(jī)規(guī)模約4 520×104kW。目前，溪洛渡左岸、右岸、向家壩均已投產(chǎn)，金下二期烏東德水電在廣東、云南地區(qū)消納，金下二期白鶴灘水電總裝機(jī)1 600×104kW。

根據(jù)相關(guān)研究結(jié)果[5]，四川“十三五”可外送季節(jié)性電力630（枯水年）～1 015×104kW（平水年）；2025年可外送季節(jié)性電力1 180（枯水年）～1 580×104kW（平水年）。

2.2 可供湖北消納的西南水電規(guī)模

根據(jù)上節(jié)分析內(nèi)容，除四川季節(jié)性水電外：“十三五”期間可供湖北消納的西南水電包括雅礱江中游水電?！笆奈濉逼陂g可供湖北消納的西南水電包括金沙江上游水電和金下二期白鶴灘水電。

3 湖北消納西南水電策略

3.1 西南水電策略思路

西南水電屬于可再生能源，宜就近消納，以降低輸變電工程投資，減少能源損耗。而華中（湖北）是西南水電最近的消納市場(chǎng)，從全國(guó)能源流經(jīng)濟(jì)、合理角度出發(fā)，湖北應(yīng)優(yōu)先消納西南水電，其次再考慮消納北方煤電基地送出的火電（以下簡(jiǎn)稱“北方火電”）。

但在消納西南水電，應(yīng)注重其高效性、經(jīng)濟(jì)性及安全性。湖北電力供應(yīng)長(zhǎng)期受到水文年、豐枯期影響，枯水年、枯水期供電壓力較大。接受西南水電時(shí)，應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注出力特性較好的水電。

2015年，湖北煤電標(biāo)桿上網(wǎng)電價(jià)全國(guó)第6，接受外電應(yīng)該充分考慮經(jīng)濟(jì)性，關(guān)注送入電力的落地電價(jià)，努力降低用電成本。

湖北用電負(fù)荷有限，接受外區(qū)送入電力時(shí)，需考慮電網(wǎng)實(shí)際接受能力，避免受入電力規(guī)模較大，影響電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行和系統(tǒng)調(diào)峰[12]。

3.2 西南水電出力特性

根據(jù)相關(guān)流域輸電規(guī)劃研究成果，可供湖北消納的雅礱江中游水電、金沙江上游水電、白鶴灘水電和四川季節(jié)性水電豐枯期外送電量比如下表3所示。

可見，白鶴灘水電的出力特性最好，平水年豐枯期電量比為61∶39，枯水年豐枯期電量比為54∶46；其次為金沙江上游水電，平水年豐枯期電量比為70∶30；再次為雅礱江中游（枯期全部外送），最后為四川季節(jié)性水電和雅礱江中游水電（枯期全部留存四川），豐期送電而枯期不送電。

表3 可供湖北消納西南水電的出力特性Tab.3 Output characteristics of the southwest hydropower accommodated in Hubei

3.3“十三五”消納西南水電策略

“十三五”期間，電力負(fù)荷預(yù)測(cè)高方案下，需要消納區(qū)外電力，落點(diǎn)一條直流。表4給出了雅礱江中游水電枯期全部外送和枯期全部留存四川時(shí)送湖北消納的替代率。

表4 雅礱江中游水電替代率Tab.4 Substitution effect of the hydropower in middle reach of Yalong River

由于雅礱江中游水電出力特性不理想，即使枯期電量全部外送，湖北受入超過500×104kW時(shí)，替代率就不足100%，即無(wú)法替代同等容量的火電機(jī)組，造成資源浪費(fèi)。如果僅送500×104kW，則雅礱江中游水電剩余容量將無(wú)法充分利用。實(shí)際上，雅礱江中游水電枯期電量將首先要保證四川地區(qū)供電，很可能全部留存四川，此時(shí)雅礱江中游水電的豐枯期電量比更差，在湖北受入超過300×104kW時(shí)，替代率就不足100%。

因此，從全國(guó)資源優(yōu)化利用角度出發(fā)，雅礱江中游水電不宜送湖北消納，可送往其他省份消納。

3.4“十四五”期間湖北消納西南水電的優(yōu)化

“十四五”期間，可供湖北消納的西南水電包括金沙江上游水電和金下二期白鶴灘水電。

根據(jù)金沙江上游水電和金下二期白鶴灘水電出力特性，得出送湖北消納時(shí)的替代率如表5?？梢姡谒秃毕{800×104kW水電條件下，金沙江上游水電和白鶴灘水電的替代率均為100%，替代火電裝機(jī)效益明顯，湖北能夠完全消納上述西南水電。

表5 金沙江上游水電和白鶴灘替代率計(jì)算結(jié)果Tab.5 Substitution effects of the hydropower in upper reach of Jinsha River and Baihetan hydropower

在此基礎(chǔ)上，重點(diǎn)從水電送入后湖北調(diào)峰、火電利用小時(shí)數(shù)及電價(jià)的影響來對(duì)比研究湖北應(yīng)該消納哪個(gè)水電更合適。

調(diào)峰方面，分析結(jié)果見表6所示，結(jié)果表明，受入白鶴灘水電，可降低省內(nèi)調(diào)峰壓力10.7個(gè)百分點(diǎn)；受入金沙江上游水電，將增加省內(nèi)調(diào)峰壓力1.5個(gè)百分點(diǎn)。

表6 2025受入西南水電后對(duì)湖北調(diào)峰壓力的影響Tab.6 Impact of accommodating southwest hydropower on peak load regulation demand in 2025

對(duì)電價(jià)的影響方面，分析結(jié)果見表7所示，上網(wǎng)電價(jià)是按照水電站單位千瓦造價(jià)估算得出。結(jié)果表明，白鶴灘水電的“落地電價(jià)”為0.441 6元/kW·h，與省內(nèi)火電上網(wǎng)電價(jià)持平；金沙江上游水電的“落地電價(jià)”為0.466 0元/kW·h，較白鶴灘水電“落地電價(jià)”高出0.024元/kW·h。

表7“十四五”西南水電落地電價(jià)測(cè)算結(jié)果Tab.7 Price level of the southwest hydropower

火電利用小時(shí)數(shù)影響方面，結(jié)果表明，由于白鶴灘水電利用小時(shí)數(shù)低于省內(nèi)火電利用小時(shí)數(shù)，而金沙江上游水電利用小時(shí)數(shù)高于省內(nèi)火電利用小時(shí)數(shù)，因此，受入白鶴灘水電后，省內(nèi)火電利用小時(shí)數(shù)上升，而受入金沙江上游水電后，省內(nèi)火電利用小時(shí)數(shù)下降。

因此，“十四五”期間，推薦湖北消納白鶴灘水電。

3.5 湖北消納四川季節(jié)性水電策略

對(duì)四川季節(jié)性水電的“落地電價(jià)”進(jìn)行了測(cè)算，四川季節(jié)性水電的“落地電價(jià)”為0.36元/kW·h，較省內(nèi)煤電上網(wǎng)電價(jià)低約0.08元/kW·h，可見，在避免對(duì)湖北省內(nèi)調(diào)峰等造成過大影響的條件下，可適當(dāng)消納，以降低省內(nèi)用電成本。

后續(xù)將根據(jù)省內(nèi)負(fù)荷特性、調(diào)峰電源現(xiàn)況及規(guī)劃對(duì)接受四川季節(jié)性水電的規(guī)模進(jìn)行分析確定。

4 結(jié)論

1）受能源資源、環(huán)保及交通運(yùn)輸制約，為保證中長(zhǎng)期電力供應(yīng)安全，湖北省必須大規(guī)模接受外電、大力發(fā)展核電。

2）由五大流域電站的開發(fā)時(shí)序、送電方向，及四川季節(jié)性水電的規(guī)模可得，除四川季節(jié)性水電外，“十三五”可供湖北消納的西南水電包括雅礱江中游水電，“十四五”可供湖北消納的西南水電包括金沙江上游水電和金沙江下游二期水電（即白鶴灘水電）。

3）“十三五”期間，在電力負(fù)荷預(yù)測(cè)高方案下，湖北可考慮消納北方火電；在電力負(fù)荷預(yù)測(cè)低方案下，湖北基本處于電力平衡狀態(tài)，沒有空間接受外電。但部分煤電機(jī)組的緩建，將為區(qū)外電力受入創(chuàng)造一定的條件。

4）“十四五”期間，不管在電力負(fù)荷預(yù)測(cè)高方案還是低方案下，建議湖北積極爭(zhēng)取消納白鶴灘水電。

5）湖北可合理消納四川季節(jié)性水電，降低用電成本。

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