特高壓交流輸電經(jīng)濟(jì)性研究分析

吳非宏

山西省電力公司檢修分公司

特高壓交流輸電經(jīng)濟(jì)性研究分析

吳非宏

山西省電力公司檢修分公司

引言

能源是國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要支撐，目前我國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的突出問(wèn)題是迅速增長(zhǎng)的能源需求和日益嚴(yán)重的資源短缺，因此推動(dòng)能源生產(chǎn)和消費(fèi)革命已經(jīng)成為我國(guó)發(fā)展的重要戰(zhàn)略舉措。我國(guó)的發(fā)電能源分布極不均衡，煤炭資源主要在西北，水資源主要在西南準(zhǔn)東、伊犁煤電基地、哈密風(fēng)電基地、西藏水電基地等主要發(fā)電基地均距離占2/3 以上的電力需求的中東部負(fù)荷中心較遠(yuǎn)。據(jù)估計(jì)我國(guó)的電力總裝機(jī)容量在2020年將達(dá)到1100～1200GW，這就要求我國(guó)的電力建設(shè)必須實(shí)現(xiàn)大容量遠(yuǎn)距離輸電，才能滿足未來(lái)電力市場(chǎng)的需求。

1.不同電壓等級(jí)相比較

1.1 不同等級(jí)電壓序列造價(jià)分析

因?yàn)楦麟妷旱燃?jí)其技術(shù)參數(shù)不盡相同，所以對(duì)變電工程采用單位容量變電費(fèi)用作為指標(biāo)，而對(duì)線路工程采用單位容量長(zhǎng)度輸電費(fèi)用作為指標(biāo)[2]。

單位容量變電費(fèi)用是指建設(shè)1kVA變電容量所需的本體工程投資，是變電工程本體費(fèi)用(建設(shè)、安裝、設(shè)備費(fèi)用之和)與變電容量的比值。單位容量長(zhǎng)度輸電費(fèi)用是指將1kW電力輸送1km在輸電本體工程中所需的投資，通過(guò)輸電工程本體費(fèi)用比輸電長(zhǎng)度和輸電容量的積得到。為了分析造價(jià)變化趨勢(shì)，選取500，220kV一般配置作為代表方案，以輸變電工程典型造價(jià)[3-6]為依據(jù)(見(jiàn)表1)，與特高壓交流工程進(jìn)行比對(duì)。

通過(guò)分析以及查閱輸變電工程典型造價(jià)得出如下結(jié)論，隨著電壓等級(jí)的升高，各個(gè)電壓等級(jí)的代表方案的單位容量變電費(fèi)用和單位容量長(zhǎng)度輸電費(fèi)用都呈現(xiàn)遞減趨勢(shì)。如圖1所示，1000kV GIS變電站單位容量變電費(fèi)用為550kV的72%，是220kV的68%，各電壓等級(jí)變電站單位容量變電費(fèi)用變化速度均勻類(lèi)似直線。對(duì)比圖2我們可以看出，1000kV單回架空線路單位本體費(fèi)用是500kV的58%，但是僅為220kV的13%，各電壓等級(jí)線路單位容量變電費(fèi)用變化速度在低電壓等級(jí)較快但是在高等級(jí)并不明顯，呈現(xiàn)出雙曲線形勢(shì)。

上述論述表明，隨著電壓等級(jí)的升高，變電工程造價(jià)減少?zèng)]有輸電線路造價(jià)減少快，因而高電壓等級(jí)輸送距離越長(zhǎng)越具有經(jīng)濟(jì)性。

1.2 電力市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)能力

按照財(cái)務(wù)內(nèi)部收益率8%計(jì)算，參考建設(shè)特高壓試驗(yàn)示范工程的數(shù)據(jù)，特高壓的輸電價(jià)為0.06元/(kW·h)。根據(jù)山西物價(jià)部門(mén)及華中能源監(jiān)管局2013年發(fā)布(華中區(qū)域電力交易與市場(chǎng)秩序監(jiān)管年度報(bào)告)[7]，山西上網(wǎng)電價(jià)為0.3767元/(kW·h)，而湖北省上網(wǎng)電價(jià)為0.4718元/(kW·h)，如圖3所示。以山西、湖北兩地上網(wǎng)標(biāo)桿電價(jià)差計(jì)算，特高壓工程財(cái)務(wù)內(nèi)部收益率高達(dá)20%，9年即可以完成回收。從輸電價(jià)格來(lái)看，特高壓工程具有較強(qiáng)的電力市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)能力，擁有良好的商業(yè)前景。

圖1 不同電壓等級(jí)的單位容量變電費(fèi)用

圖2 不同電壓等級(jí)單位容量長(zhǎng)度輸電費(fèi)用

圖3 各地到網(wǎng)電價(jià)

2.能源運(yùn)輸方式的比較

表1 不同電壓等級(jí)配置選取方案

在我國(guó)大規(guī)模、長(zhǎng)距離能源輸送除了電網(wǎng)輸送還有鐵路輸煤、管道輸油、輸氣等，為了清楚的說(shuō)明特高壓的經(jīng)濟(jì)性，本文選取鐵路輸煤方案與特高壓輸電方案進(jìn)行對(duì)比。輸煤方案選取煤炭通過(guò)鐵路運(yùn)輸?shù)截?fù)荷中心地區(qū)再進(jìn)行發(fā)電；特高壓輸電方案選取電能經(jīng)過(guò)特高壓電網(wǎng)從坑口電廠輸?shù)截?fù)荷中心的。為了更好地對(duì)特高壓輸電方案與輸煤輸電方案進(jìn)行對(duì)比，我們將使用比對(duì)可比發(fā)電成本方式進(jìn)行說(shuō)明。

2.1 數(shù)學(xué)表示

將煤炭的成本與上網(wǎng)電價(jià)相加，即可以得到可比發(fā)電成本。通過(guò)對(duì)比可比發(fā)電成本，我們可以得出特高壓輸電方案與輸煤方案相比度電煤炭成本是否具有競(jìng)爭(zhēng)性。

輸煤方案的煤炭成本計(jì)算公式為

式中M為輸煤方案中的度電煤炭成本，元/kWh；P在輸煤方案中指到廠標(biāo)煤價(jià)，取值為煤炭到廠價(jià)格，元/t；則fm應(yīng)取0.373×10-3t，標(biāo)煤/kWh。

兩地區(qū)標(biāo)煤價(jià)差之和為坑口煤價(jià)，用Pm表示則

式中Pm1表示坑口標(biāo)煤價(jià)，元/t?？涌跇?biāo)煤價(jià)一般為150～350元/t，因此Pm1取值150～350元/t。Pm2為兩個(gè)地區(qū)的標(biāo)煤價(jià)之差，元/t，這種差價(jià)主要為各種運(yùn)費(fèi)、稅費(fèi)和人工費(fèi)等，山西等地的煤炭?jī)r(jià)格與一般負(fù)荷中心的到煤炭標(biāo)準(zhǔn)價(jià)差多在200～500元/t，所以Pm2應(yīng)該取值 200～500元/t。

特高壓輸電方案的可比發(fā)電成本相比于輸煤方案要多出一個(gè)輸電電價(jià)。即

式中s是通過(guò)特高壓電網(wǎng)的輸電電價(jià)，元/kWh；fm和Pm1為輸煤方案的度電煤炭發(fā)電比和坑口標(biāo)煤價(jià)。Me代表輸電方案的可比發(fā)電成本，元/kWh。

2.2 估算特高壓電網(wǎng)的輸電電價(jià)

為了對(duì)比兩個(gè)方案的可比發(fā)電成本，必須估算通過(guò)特高壓電網(wǎng)的輸電電價(jià)s，假設(shè)采用特高壓交流輸電方案在距離在500～2100km兩地之間的輸送6GW電量，其投資及經(jīng)濟(jì)指標(biāo)見(jiàn)表3[9]。在建設(shè)輸電線路時(shí)，以每300km建造一個(gè)開(kāi)關(guān)站為標(biāo)準(zhǔn)。

在估算輸電電價(jià)時(shí)，采用平均成本法和直線折舊法，在計(jì)算含線損的輸電電價(jià)時(shí)，上網(wǎng)電價(jià)定為0.25元/ kWh，線損定為0.004%/km。最終結(jié)果見(jiàn)表4。

2.3 可比發(fā)電成本比較

輸煤與輸電的可比發(fā)電成本比為

從公式可以看出可比發(fā)電成本的經(jīng)濟(jì)性關(guān)鍵在于Pm2和s。若Me/Mm＜1，輸電方案更經(jīng)濟(jì)；若Me/Mm＞1，輸煤方案更經(jīng)濟(jì)。令Me/Mm=1可以畫(huà)出可比發(fā)電成本臨界經(jīng)濟(jì)曲線，如下頁(yè)圖5所示：

從圖5中可以看出，特高壓輸電與輸煤發(fā)電在可比發(fā)電成本上進(jìn)行比較的話，兩者各自擁有自己的優(yōu)勢(shì)區(qū)域，以圖中直線為分割，直線以下是特高壓比較經(jīng)濟(jì)，而直線以上是輸煤發(fā)電比較經(jīng)濟(jì)。

表3 投資經(jīng)濟(jì)指標(biāo)

表4 特高壓輸電電價(jià)

3.結(jié)論

(1)從特高壓電網(wǎng)結(jié)構(gòu)分析，多回路特高壓及交直流混合特高壓電網(wǎng)建成后，特高壓網(wǎng)絡(luò)所具有的輸送容量大、覆蓋范圍廣、與負(fù)荷中心結(jié)合緊密的特點(diǎn)將更加明顯，電網(wǎng)的穩(wěn)定性與運(yùn)行方式的靈活性所潛在的經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)將會(huì)更加凸顯。

(2)從社會(huì)綜合效益看，特高壓輸電將突破傳統(tǒng)意義的電力輸送功能，具有全國(guó)范圍內(nèi)的資源重新配置作用，煤炭、水能、風(fēng)能、太陽(yáng)能、核能、生物質(zhì)能、潮汐能等能源轉(zhuǎn)換，能源互補(bǔ)、合理利用的功能，特高壓電網(wǎng)將成為能源交流互聯(lián)的平臺(tái)，在減少碳排放，保護(hù)生態(tài)環(huán)境方面所產(chǎn)生的綜合效益是難以估量的。

因此，在當(dāng)前我國(guó)能源開(kāi)發(fā)呈現(xiàn)結(jié)構(gòu)多元，快速發(fā)展的背景下，推動(dòng)以特高壓交流輸電為支撐的電網(wǎng)建設(shè)，經(jīng)濟(jì)合理，技術(shù)領(lǐng)先，是能源生產(chǎn)和消費(fèi)革命的必然選擇。

圖5 輸電與輸煤可比發(fā)電成本比較

[1]劉振亞，全面建設(shè)小康社會(huì)需要堅(jiān)強(qiáng)的國(guó)家電網(wǎng)[N].《人民日?qǐng)?bào)》，2005-5-11(9)

[2]史雪飛，李敬如，胡濱，等.輸變電工程造價(jià)與變化趨勢(shì)分析[J].電力標(biāo)準(zhǔn)化與技術(shù)經(jīng)濟(jì)，2008(3)：50-52.

[3]劉振亞.國(guó)家電網(wǎng)公司輸變電工程典型造價(jià)(500kV變電站分冊(cè))

[M].北京：中國(guó)電力出版社，2006.

[4]劉振亞.國(guó)家電網(wǎng)公司輸變電工程典型造價(jià)(500kV輸電線路分冊(cè))[M].北京：中國(guó)電力出版社，2006.

[5]劉振亞.國(guó)家電網(wǎng)公司輸變電工程典型造價(jià)(220kV變電站分冊(cè)) [M].北京：中國(guó)電力出版社，2006.

[6]劉振亞.國(guó)家電網(wǎng)公司輸變電工程典型造價(jià)(220kV輸電線路分冊(cè))[M].北京：中國(guó)電力出版社，2006.

[7]華中能源監(jiān)管局發(fā)布(華中區(qū)域電力交易與市場(chǎng)秩序監(jiān)管年度報(bào)告，2013

[8]國(guó)家發(fā)展與改革委員會(huì).發(fā)展價(jià)格[2008]1681號(hào)國(guó)家發(fā)展改革委關(guān)于提高華中電網(wǎng)電價(jià)的通知.北京：國(guó)家發(fā)展與改革委員會(huì)，2008.

[9]國(guó)電動(dòng)力經(jīng)濟(jì)研究中心報(bào)告，煤電運(yùn)綜合平衡分析[R].2005，11：PP.

[10]劉振亞.特高壓電網(wǎng)[M].北京： 中國(guó)經(jīng)濟(jì)出版社， 2005.

[11]中國(guó)工程院“特高壓”咨詢課題組.關(guān)于我國(guó)特高壓輸電研究與工程建設(shè)的咨詢意見(jiàn)[R].北京： 中國(guó)工程院， 2005.

[12]張欽， 王錫凡， 王建學(xué)等.電力市場(chǎng)下需求響應(yīng)研究綜述[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化， 2008， 03：97-106