新疆電網(wǎng)建設(shè)抽水蓄能電站必要性分析

吳來群,盧其福

(中國電建集團西北勘測設(shè)計研究院有限公司，西安 710065)

1 新疆電網(wǎng)現(xiàn)狀及特點

新疆電網(wǎng)以烏魯木齊市為中心，沿天山北坡東西展開，南北延伸，最東至哈密，最西至伊犁，最南至和田，最北至阿勒泰，東西約2 200 km，南北約3 300 km，供電范圍覆蓋全疆的大部地區(qū)。在新疆電網(wǎng)覆蓋范圍內(nèi)，還有一些隸屬于兵團、石油和地方的110、35 kV獨立小電網(wǎng)，以及企業(yè)自備小電網(wǎng)。

2015年，隨著750 kV亞中輸變電工程的投運，750 kV烏昌小環(huán)網(wǎng)完全形成，提高了烏昌地區(qū)的供電可靠性；隨著750 kV電網(wǎng)庫車～阿克蘇～巴楚～喀什新疆輸變電工程投運，750 kV主網(wǎng)架延伸至南疆地區(qū)，加強了南疆地區(qū)與主網(wǎng)的聯(lián)系。2016年新疆750 kV電網(wǎng)形成了“三環(huán)網(wǎng)、一延伸”結(jié)構(gòu)。五彩灣-芨芨湖-三塘湖-哈密750 kV東環(huán)網(wǎng)的建立，促進了五彩灣地區(qū)火電及哈密地區(qū)新能源的送出，保障了天中直流的安全可靠送出。750 kV烏蘇、伊犁主變增容及伊庫線投運，環(huán)天山西環(huán)網(wǎng)形成，實現(xiàn)了南北疆電力互供、水電與光伏互補的格局。截至2016年底，全網(wǎng)總裝機容量76 911 MW，較2015年(65 761.3 MW)增長17%。其中，直流配套電廠72座(火電3座、風電51座、光伏18座)，容量13 109.5 MW，占總裝機17.04%。

新疆電網(wǎng)主要有以下特點：

(1) 負荷增長較快，2016年最大用電負荷26 028 MW，全疆發(fā)電量2 273.7億kWh，外送電量356.58億kWh。隨著經(jīng)濟社會進一步發(fā)展，電力需求將繼續(xù)增長。根據(jù)預測，2025年新疆全社會用電量4 000億kWh，最大負荷65 000 MW；2030年全社會用電量4 750億kWh，最大負荷78 500 MW。同時，2025年新疆規(guī)劃外送電規(guī)模56 000 MW，2030年外送規(guī)模80 000 MW。

(2) 能源資源豐富，新能源開發(fā)利用前景廣闊。新疆是全國風能資源最豐富的地區(qū)，可開發(fā)利用地區(qū)主要分布在北疆。新疆還是太陽能資源豐富的地區(qū)，峰值出現(xiàn)在東部地區(qū)。截至2016年底，新疆風電裝機1 7754.8 MW、光伏裝機8 926 MW，新能源裝機合計26 680.8 MW，除在區(qū)內(nèi)消納外，還通過直流特高壓工程外送，外送裝機7 829.5 MW。規(guī)劃2025年風電總裝機51 650 MW、太陽能發(fā)電總裝機33 825 MW；2030年風電總裝機58 350 MW、太陽能發(fā)電總裝機49 150 MW。

新能源增速過快，開發(fā)規(guī)模遠超當?shù)叵{能力，棄風、棄光限電問題日益突出，2016年棄風率38%，棄風電量137億kWh[1]，制約了新疆新能源的消納和開發(fā)。

(3) 新疆電網(wǎng)峰谷差相對較小，但電網(wǎng)中水電裝機比重小，且受綜合利用任務(wù)的限制，調(diào)峰能力不能充分發(fā)揮[2]?；痣娧b機中供熱機組比重較大，隨著風電、光伏裝機的不斷增加，電網(wǎng)調(diào)峰與新能源消納愈發(fā)困難。

(4) 新疆地域廣，電網(wǎng)跨度大。由于新疆地域遼闊，電網(wǎng)東西、南北跨度均超過2 000 km。把疆內(nèi)的能源資源轉(zhuǎn)化成電力，進行遠距離、大規(guī)模輸電和全國范圍優(yōu)化配置，特高壓電網(wǎng)通道建設(shè)勢在必行。同時也需要加強750 kV網(wǎng)架建設(shè)，滿足地區(qū)間大功率送電的需要和大容量電廠、大型水火電基地的接入及送出需要。

2 新疆建設(shè)抽水蓄能電站的必要性

抽水蓄能電站是世界公認的可靠調(diào)峰電源，啟動迅速、爬坡卸荷速度快、運行靈活可靠，既能削峰又可填谷，能很好地適應(yīng)電力系統(tǒng)負荷變化，改善火電、核電機組運行條件，提高電網(wǎng)經(jīng)濟效益，同時也可作為調(diào)頻、調(diào)相、緊急事故備用電源，提高供電可靠性[3]。結(jié)合新疆電網(wǎng)及能源資源特點，建設(shè)一定規(guī)模的抽水蓄能電站，在滿足電力增長要求的同時，可優(yōu)化電源結(jié)構(gòu)，緩解系統(tǒng)調(diào)峰矛盾，增加風電和光伏發(fā)電消納能力，提高電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定性和運行經(jīng)濟性；配合風電、太陽能發(fā)電外送，可提高輸電系統(tǒng)穩(wěn)定性，增加新能源外送能力[4]。因此新疆電網(wǎng)建設(shè)抽水蓄能電站的經(jīng)濟合理規(guī)模主要從其發(fā)揮作用的以下幾個方面進行分析。

(1) 解決新疆電網(wǎng)負荷中心電力調(diào)峰問題

烏魯木齊、昌吉、吐魯番、奎屯區(qū)域是新疆政治、經(jīng)濟、文化、金融、交通等最發(fā)達、最活躍的地區(qū)，也是新疆電網(wǎng)的負荷中心。根據(jù)預測，“烏昌吐奎”地區(qū)2025年最大負荷約33 050 MW，占全疆負荷50%以上，需電量約2 152億kWh，冬季最大峰谷差5 002 MW。另外，新疆準東～皖南±1 100 kV特高壓直流工程最大輸電容量為10 000 MW。

電源方面，“烏昌吐奎”電網(wǎng)水電規(guī)模很小，且基本都是徑流式電站或者具有灌溉、防洪和發(fā)電等綜合效益的水庫式電站；根據(jù)規(guī)劃，2025年達坂城、小草湖及準東地區(qū)的16 134 MW風電將并入“烏昌吐奎”電網(wǎng)。

在進行調(diào)峰容量平衡計算時，考慮輸電平臺對受端電網(wǎng)要有一定的適應(yīng)性，直流輸電工程日內(nèi)按照2個時段限制輸電線路的輸電容量。低谷時段最大輸電容量為線路輸電能力的70%；其他時段最大為輸電線路滿負荷運行，且保證受端電網(wǎng)負荷高峰時線路滿負荷送電，網(wǎng)內(nèi)現(xiàn)有火電總裝機容量13 845 MW，不足部分由規(guī)劃的其它火電補充，火電綜合調(diào)峰率按35%考慮。由于達坂城、小草湖風區(qū)地處同一風帶，經(jīng)過統(tǒng)計分析，進行調(diào)峰容量平衡分析時選取風電典型出力過程，低谷時段風電上網(wǎng)容量按裝機容量的70%控制，以上部分按棄風處理。調(diào)峰容量平衡計算成果見表1。

2025年水平，“烏昌吐奎”冬季、夏季缺調(diào)峰容量分別為7 164 MW和5 711 MW，配置3 600 MW的抽水蓄能電站后，冬季、夏季火電綜合調(diào)峰率分別為38.1%和34.5%。

(2) 新能源消納和幾大外送基地需要

根據(jù)相關(guān)規(guī)劃，2020年新疆風電總裝機容量達到36 500 MW，其中疆內(nèi)消納23 300 MW，外送13 200 MW；2025年風電總裝機容量達到51 650 MW，其中疆內(nèi)消納約26 450 MW，外送25 200 MW；2030年風電總裝機容量達到58 350 MW，新增規(guī)模主要考慮疆內(nèi)消納。規(guī)劃2025年新疆外送通道有哈密3條、準東2條、伊犁1條，2030年準東、伊犁各增加1條。

表1 2025年“烏昌吐奎”電網(wǎng)調(diào)峰容量平衡成果表 /MW

風電外送基地配置一定規(guī)模抽水蓄能電站，不僅有利于提高輸電線路有效容量，也有利于提高輸電系統(tǒng)安全穩(wěn)定性，更能適應(yīng)受端電網(wǎng)負荷變化需求，減少受端電網(wǎng)調(diào)峰壓力和調(diào)峰電源規(guī)模[5]；同時配置一定規(guī)模抽水蓄能電站，對提高風光電電量利用率、提高風光電開發(fā)規(guī)模、提高可再生能源電量在外送電量中的比例均具有較大的積極作用[6]。

以哈密基地為例分析計算[7]，在“火電5 000 MW+風電8 000 MW”方案的基礎(chǔ)上，增加抽水蓄能電站1 000、1 200、1 400、1 600 MW和1 800 MW，風、光電電量利用率分別由88.53%提高至92.36%、92.78%、93.16%、93.52%和93.84%，多利用風、光電電量分別是6.61億、7.33億、7.99億、8.61億kWh和9.17億kWh。

(3) 喀什特區(qū)經(jīng)濟發(fā)展和中巴聯(lián)網(wǎng)輸電的需要

隨著喀什特區(qū)經(jīng)濟發(fā)展、新能源發(fā)展及中巴聯(lián)網(wǎng)，電力負荷快速增長，調(diào)峰需求也會進一步加大，電力保障要求越來越高?？说貐^(qū)所在的南疆四地州水力資源較為豐富，但徑流式電站較多[8]，且水利項目大多以防洪、灌溉等綜合任務(wù)為主，電站調(diào)峰運行時下泄不均勻的流量對下游灌區(qū)引水產(chǎn)生不利影響，因此調(diào)峰能力受到一定影響。按火電綜合調(diào)峰率夏季35%、冬季30%計算，2025年南疆四地州缺調(diào)峰容量約1 212～1 331 MW，調(diào)峰容量平衡結(jié)果見表2。

表2 南疆四地州電網(wǎng)調(diào)峰容量盈虧平衡表 /MW

由此可知，如果沒有新調(diào)峰電源投入，枯水年冬季火電綜合調(diào)峰率達到43.1%，夏季火電綜合調(diào)峰率達到54.2%，平水年火電綜合調(diào)峰率更高。

3 抽水蓄能電站的經(jīng)濟規(guī)模分析

(1) “烏昌吐奎”電網(wǎng)

“烏昌吐奎”電網(wǎng)以火電為主，具有一定的煤炭資源和抽水蓄能站點資源。常規(guī)水電站規(guī)模很小，且基本都是徑流式電站或者具有灌溉、防洪和發(fā)電等綜合效益的水庫式電站。根據(jù)電網(wǎng)情況及阜康抽水蓄能電站建設(shè)情況[9]，現(xiàn)對僅有阜康抽水蓄能電站和新增抽水蓄能電站裝機容量分別為0～2 400 MW等9個方案進行分析，各方案所缺調(diào)峰容量由火電補充。在同等程度滿足2025年電力電量平衡與調(diào)峰容量平衡的前提下，各調(diào)峰方案對應(yīng)的電網(wǎng)內(nèi)電源組成、火電調(diào)峰率及耗煤量見表3?？芍盀醪驴彪娋W(wǎng)(含準東地區(qū))在阜康抽水蓄能電站建成投產(chǎn)的基礎(chǔ)上，新增建設(shè)一定規(guī)模的抽水蓄能電站來替代燃煤火電是經(jīng)濟的，經(jīng)濟合理新增規(guī)模在1 400～1 800 MW之間。

(2) 風電外送基地配套需求

在抽水蓄能配合風電外送中，對不同規(guī)模抽水蓄能電站方案進行分析計算[10]，得出對應(yīng)每個方案的不同類型機組裝機容量組成、燃料消耗和總費用現(xiàn)值等指標見表4。在同等程度滿足受端電力系統(tǒng)要求的情況下，輸電平臺電源組合方案中風電8 000 MW、抽水蓄能電站規(guī)模為1 400 MW時，總費用現(xiàn)值最小[11]。因此推薦哈密能源基地單個±800 kV直流外送輸電平臺中風電合理規(guī)模在8 000 MW左右，抽水蓄能電站合理的配置規(guī)模約為1 400 MW，此時風、光電電量利用比例均在90%以上[12-13]。

表3 “烏昌吐奎”電網(wǎng)不同抽水蓄能電站規(guī)模方案比較表

表4 風電外送配套抽水蓄能電站規(guī)模比較表

根據(jù)目前風電規(guī)劃及開發(fā)情況，2025年水平，當哈密風電基地風電開發(fā)規(guī)模達到19 135 MW時，按照哈密南～鄭州、哈密～川渝2個外送輸電平臺考慮，抽水蓄能電站需求規(guī)模約為2 800 MW。準東外送基地在“烏昌吐奎”電網(wǎng)內(nèi)統(tǒng)籌考慮；伊犁、博州地區(qū)由于風光電規(guī)模尚不明確，暫不考慮配套抽水蓄能電站。因此風電外送基地配套需求主要考慮哈密風電基地。

(3) 南疆四地州

依照相同原則和參數(shù)，對南疆四地州電網(wǎng)調(diào)峰電源擴展優(yōu)化計算分析，得出不同抽水蓄能電站規(guī)模方案的電網(wǎng)不同類型機組裝機容量組成、燃料消耗和總費用現(xiàn)值等指標見表5，可知南疆四地州抽水蓄能電站的經(jīng)濟合理規(guī)模為800～1 000 MW。

4 結(jié) 語

綜上所述，綜合網(wǎng)內(nèi)和外送基地總體需求，新疆2025年抽水蓄能電站總的需求規(guī)模約為5 800～7 000 MW。為了適應(yīng)大規(guī)模風電接入系統(tǒng)、風電基地外送需要，充分發(fā)揮已、在建外送輸電通道的作用，促進風電外送消納，保障電網(wǎng)安全穩(wěn)定經(jīng)濟運行，加快推進新疆電網(wǎng)建設(shè)抽水蓄能電站是十分必要和緊迫的。

表5 南疆四地州電網(wǎng)2025年不同抽水蓄能電站規(guī)模方案比較表

根據(jù)已經(jīng)開展的選點規(guī)劃及調(diào)整工作，總體來看新疆抽水蓄能站點資源條件一般，一方面受水源條件限制；另外也受環(huán)保因素的限制，在高差較大，且水源較好的地方，自然保護區(qū)、森林公園等環(huán)保敏感對象較多。因此在做好抽水蓄能電站規(guī)劃建設(shè)與各相關(guān)專業(yè)規(guī)劃及不同種類、不同層次保護區(qū)的銜接與協(xié)調(diào)的同時，也要認真做好規(guī)劃站點資源的保護工作。

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