云南電力發(fā)展存在問(wèn)題與未來(lái)新型電力系統(tǒng)發(fā)展建議

劉娟，張秀釗，王志敏，劉民偉，王凌誼，趙爽

（云南電網(wǎng)有限責(zé)任公司電網(wǎng)規(guī)劃建設(shè)研究中心，昆明 650011）

0 前言

2020年習(xí)近平總書(shū)記提出了“雙碳”目標(biāo)，即我國(guó)力爭(zhēng)二氧化碳排放2030年前達(dá)到峰值，2060年前實(shí)現(xiàn)碳中和。2021年習(xí)近平總書(shū)記提出“要構(gòu)建清潔低碳安全高效的能源體系，控制化石能源總量，著力提高利用效能，實(shí)施可再生能源替代行動(dòng)，深化電力體制改革，構(gòu)建以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)?！痹颇鲜【G色能源資源基礎(chǔ)條件扎實(shí)、開(kāi)發(fā)空間廣闊，既是能源生產(chǎn)大省，也是綠色能源大省。除水電外，云南新能源資源開(kāi)發(fā)潛力也位居全國(guó)前列，本文總結(jié)云南電源發(fā)展存在的問(wèn)題，并提出未來(lái)新型電力系統(tǒng)電源發(fā)展建議。

1 云南電源現(xiàn)狀

截至2020年底，云南省全口徑發(fā)電裝機(jī)10338萬(wàn)千瓦。其中水電裝機(jī)7556萬(wàn)千瓦，風(fēng)電裝機(jī)879萬(wàn)千瓦，光伏發(fā)電裝機(jī)394萬(wàn)千瓦，煤電裝機(jī)1240萬(wàn)千瓦，自備電廠269萬(wàn)千瓦。水電、新能源、火電、自備電廠分別占總裝機(jī)容量的73 %、12.3 %、12 %、2.7 %，云南成為全國(guó)重要的西電東送基地和綠色能源基地。

1.1 水電出力特性

云南水電裝機(jī)占比70%左右，水電裝機(jī)占比較大，中小水電多為徑流式水電，調(diào)節(jié)能力較差，且受來(lái)水影響，呈現(xiàn)季節(jié)性變化，全年水電出力呈現(xiàn)豐期多、枯期少的特點(diǎn)，豐枯出力懸殊，平水年、枯水年發(fā)電量差距較大，出力特性如圖1所示。

圖1 云南水電出力特性

“十四五”參與云南平衡水電裝機(jī)約7710萬(wàn)千瓦，其中三江干流水電5300萬(wàn)千瓦，平水年水電總體利用小時(shí)數(shù)約4400小時(shí)，發(fā)電量豐枯比為67:33，豐枯差距較大。根據(jù)水電設(shè)計(jì)出力平、枯水年電量相差約660億千瓦時(shí)。

1.2 風(fēng)電出力特性

對(duì)云南省所有風(fēng)電場(chǎng)2016～2020年實(shí)際出力數(shù)據(jù)進(jìn)行集群分析，得到風(fēng)電年平均出力特性及日平均出力特性曲線(xiàn)。云南省風(fēng)電年出力特性呈現(xiàn)豐期小、枯期大的特點(diǎn)，5-10月風(fēng)電月平均出力在12～30%之間；11-次年4月月平均出力在30～44%之間。全年發(fā)電小時(shí)數(shù)在2600小時(shí)左右，發(fā)電豐枯比為33:67左右，出力特性如圖2所示。

圖2 云南風(fēng)電年平均出力特性

云南省風(fēng)電豐、枯期日平均出力特性變化趨勢(shì)基本相似，豐期平均出力在11%左右，在中午10～17點(diǎn)出力最小，此后逐漸增大，至晚上21～23點(diǎn)達(dá)到最大，此后逐漸減小，豐期全省風(fēng)電一天之內(nèi)平均出力波動(dòng)較小，基本在8%以?xún)?nèi)?？萜诔隽ο鄬?duì)較大，平均出力在34%左右，在中午10點(diǎn)左右出力最小，此后逐漸增大，至21點(diǎn)左右出力達(dá)到最大，枯期全省風(fēng)電一天之內(nèi)平均出力波動(dòng)高于豐期，在13%左右，出力特性如圖3所示。

圖3 云南風(fēng)電豐枯期典型日平均出力特性

1.3 光伏出力特性

對(duì)2016～2020年云南省所有光伏電站實(shí)際出力數(shù)據(jù)進(jìn)行集群分析，得到光伏年平均出力及日平均出力特性曲線(xiàn)。光伏年平均出力特性呈現(xiàn)出豐期出力小、枯期出力大的特點(diǎn)，5-10月光伏月平均出力在12～14 %之間；11-次年4月月平均出力在14～17 %之間。全年發(fā)電小時(shí)數(shù)在1300小時(shí)左右，發(fā)電豐枯比為46:54左右，逐月出力特性如圖4所示。

圖4 云南光伏年平均出力特性

云南省光伏豐、枯期日平均出力特性變化趨勢(shì)基本相似，豐期平均出力在11 %左右，枯期出力相對(duì)較大，平均出力在17 %左右。光伏出力主要集中在10:00-14:00，這段時(shí)間內(nèi)的出力占全天出力總量的80 %左右，典型日出力特性如圖5所示。

圖5 云南光伏典型日平均出力特性

1.4 煤電出力特性

2010～2020年云南省煤電利用小時(shí)數(shù)如表1所示。“十一五”末至“十二五”初期，受來(lái)水偏枯、電源裝機(jī)不足等因素影響，云南電力供需整體偏緊，全省煤電利用小時(shí)數(shù)較高，2010年達(dá)到4860小時(shí)。“十二五”末至“十三五”期間，由于云南整體負(fù)荷發(fā)展不達(dá)預(yù)期、電煤供應(yīng)不足、煤炭?jī)r(jià)格較高等因素，全省煤電利用小時(shí)數(shù)總體處于較低水平。2016～2018年，云南電力電量大量富余、水電等清潔能源發(fā)電量較大，煤電利用小時(shí)繼續(xù)維持極低水平，電煤供應(yīng)完全滿(mǎn)足發(fā)電需要。2017年，云南省煤電利用小時(shí)數(shù)達(dá)到歷年來(lái)最低1277小時(shí)，2018、2019年分別為1539、1761小時(shí)。2020年以來(lái)，云南用電需求保持較高增速，煤電利用小時(shí)較前幾年顯著提高，2020年，全省煤電利用小時(shí)數(shù)已達(dá)2541小時(shí)。

表1 云南省發(fā)電煤耗和利用小時(shí)數(shù)表單位：克/千瓦時(shí)、小時(shí)

2 云南電源發(fā)展存在的問(wèn)題

2.1 云南電源結(jié)構(gòu)與省內(nèi)用電結(jié)構(gòu)問(wèn)題

云南水電裝機(jī)已占到電源總裝機(jī)容量的70 %以上，為典型的水電系統(tǒng)。受氣候的影響，云南水電出力特性表現(xiàn)為明顯的“豐大枯小”，即豐期（5～10月份）平均出力可以達(dá)到裝機(jī)容量的70%以上，而枯期只有30%左右。云南省內(nèi)用電量豐枯比約為51:49，電源結(jié)構(gòu)與用電結(jié)構(gòu)不匹配[1]，豐期云南僅靠省內(nèi)用電市場(chǎng)無(wú)法消納云南水電，必須重視省內(nèi)、省外市場(chǎng)，發(fā)揮南方電網(wǎng)資源優(yōu)化配置平臺(tái)作用，解決云南電源結(jié)構(gòu)與省內(nèi)用電結(jié)構(gòu)不匹配的固有問(wèn)題。

風(fēng)電、光伏發(fā)電量豐枯比分別為33:67、46:54，與水電具有一定互補(bǔ)特性，但風(fēng)光隨機(jī)波動(dòng)性較大，出力與日內(nèi)負(fù)荷特性匹配性差，高峰時(shí)段電力供應(yīng)能力較弱，間歇性出力特性導(dǎo)致電力供應(yīng)不確定性增加。風(fēng)電反調(diào)峰特性顯著，凌晨系統(tǒng)需求處于較低水平而風(fēng)電大發(fā)，導(dǎo)致系統(tǒng)凈負(fù)荷峰谷差增大，增加了日調(diào)峰壓力。

2.2 云南電力供需不平衡問(wèn)題

“十五”、“十一五”期間由于經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，云南總體供需較為緊張。而自2012年始，云南水電及新能源開(kāi)發(fā)過(guò)快，集中投產(chǎn)，電力產(chǎn)能?chē)?yán)重過(guò)剩，當(dāng)年汛期水電棄水24×108 kw·h，火電利用小時(shí)從2011年的4748 h下降至3670 h；2014～2015年電力供應(yīng)出現(xiàn)大量盈余棄水及棄風(fēng)進(jìn)一步增加，2015年火電利用小時(shí)是進(jìn)一步下降至1500 h[2]。

“十三五”初期，省內(nèi)用電需求不大預(yù)期，電力供應(yīng)嚴(yán)重過(guò)剩，棄水、棄風(fēng)、棄光并存[3]，“十三五”后期，隨著云南省積極促進(jìn)鋁硅產(chǎn)業(yè)發(fā)展，棄電得到緩解，供需基本平衡，但“十四五”期間，新增電源有限，鋁硅產(chǎn)業(yè)預(yù)計(jì)新增用電量達(dá)1300億千瓦時(shí)，2021年云南已開(kāi)始出現(xiàn)限電現(xiàn)象，“十四五”云南在兼顧省內(nèi)用電需求及西電東送面臨巨大壓力。

3 新型電力系統(tǒng)電源發(fā)展建議

3.1 積極推進(jìn)新能源發(fā)展

隨著云南水電建設(shè)高峰基本結(jié)束，后續(xù)新增大型電源潛力有限。“十四五”期間，云南核準(zhǔn)與在建的大型水電共計(jì)650萬(wàn)千瓦，相對(duì)明確的中小水電共計(jì)60萬(wàn)千瓦，退役煤電160萬(wàn)千瓦，已納入規(guī)劃風(fēng)電790萬(wàn)千瓦、光伏300萬(wàn)千瓦。此外，利用煤電退役項(xiàng)目替代指標(biāo)、已核未建指標(biāo)、新能源置換指標(biāo)新增煤電480萬(wàn)千瓦?！笆逦濉敝痢笆濉?，建設(shè)時(shí)序相對(duì)明確電源為水電870萬(wàn)千瓦（旭龍120萬(wàn)千瓦、奔子欄110萬(wàn)千瓦、古水220萬(wàn)千瓦、龍盤(pán)電站420萬(wàn)千瓦），其中龍盤(pán)電站受移民安置等因素影響，建設(shè)時(shí)序仍存在一定不確定性。怒江中下游“一庫(kù)十二級(jí)”梯級(jí)水電站（合計(jì)1863萬(wàn)千瓦）受生態(tài)環(huán)保等因素影響，開(kāi)發(fā)不確定性較大，云南自身電煤保障能力有限難以支撐大規(guī)模新增煤電。

云南新能源資源豐富，開(kāi)發(fā)潛力巨大。除已投產(chǎn)和規(guī)劃明確的風(fēng)電、光伏項(xiàng)目外，云南省新能源可開(kāi)發(fā)總量約1.61億千瓦，在目前環(huán)境政策下，經(jīng)濟(jì)技術(shù)可行的新能源資源，合計(jì)約5779萬(wàn)千瓦（風(fēng)電1800萬(wàn)千瓦、光伏3979萬(wàn)千瓦）；為保障未來(lái)云南電力安全可靠供應(yīng)，大力發(fā)展新能源是保障云南電力安全供應(yīng)的必然選擇。

3.2 提高電網(wǎng)對(duì)新能源接納能力

提升系統(tǒng)對(duì)新能源的接納能力，最重要的就是提升系統(tǒng)調(diào)節(jié)能力。提升系統(tǒng)調(diào)節(jié)能力可通過(guò)挖掘現(xiàn)有裝機(jī)調(diào)節(jié)能力及新建調(diào)節(jié)具備調(diào)節(jié)能力的電源及儲(chǔ)能設(shè)備。

挖掘現(xiàn)有裝機(jī)調(diào)節(jié)能力主要包括水電擴(kuò)機(jī)及煤電靈活性改造。大型水電擴(kuò)機(jī)雖然增加電量較少，但大大提高了存量水電的調(diào)節(jié)能力，有效促進(jìn)新能源消納?？赏ㄟ^(guò)推動(dòng)瀾滄江、金沙江流域大型電站擴(kuò)機(jī)來(lái)滿(mǎn)足系統(tǒng)電力及調(diào)峰容量需求；煤電除為系統(tǒng)提供可靠容量外，在來(lái)水偏枯和新能源建設(shè)滯后的情況下，將為系統(tǒng)提供托底的電量保障。隨著電力消費(fèi)結(jié)構(gòu)變化，負(fù)荷峰谷差逐步增大，新能源反調(diào)峰特性將進(jìn)一步加劇系統(tǒng)峰谷差，電力系統(tǒng)調(diào)峰需求持續(xù)提升。煤電是現(xiàn)階段最經(jīng)濟(jì)的調(diào)峰電源之一，為促進(jìn)新能源消納、保障電力供應(yīng)安全，煤電需要更多參與系統(tǒng)調(diào)峰、旋轉(zhuǎn)備用等輔助服務(wù)。

新建調(diào)節(jié)具備調(diào)節(jié)能力的電源及儲(chǔ)能設(shè)備主要包括新建調(diào)峰氣電、抽水蓄能和電化學(xué)儲(chǔ)能等等調(diào)節(jié)性電源或儲(chǔ)能設(shè)備，以及龍頭水電站建設(shè)等。

各類(lèi)措施在性能、成本和配置要求等方面存在差異，需要綜合考慮各類(lèi)調(diào)節(jié)電源特點(diǎn)和應(yīng)用場(chǎng)景需求，因地制宜合理配置。

表2 各類(lèi)提升調(diào)節(jié)能力措施對(duì)比

3.3 推進(jìn)電源建設(shè)與產(chǎn)業(yè)規(guī)劃協(xié)調(diào)發(fā)展

改革開(kāi)放以來(lái)，云南省電力供需形勢(shì)經(jīng)歷了“九五”后期供大于求，“十五”、“十一五”期間電力不足引起錯(cuò)峰限電，“十二五”及“十三五”前期電源過(guò)剩導(dǎo)致的棄水棄風(fēng)，直至“十三五”末期供需重歸平衡的過(guò)程。供需不平衡問(wèn)題在云南電力工業(yè)發(fā)展中問(wèn)題較為突出，有全國(guó)大環(huán)境客觀引起的供需矛盾，例如“八五”后期的經(jīng)濟(jì)軟著陸和“九五”亞洲金融風(fēng)暴影響，也有云南自身電源建設(shè)與用電需求不匹配的問(wèn)題，例如“十二五”期間，云南省內(nèi)用電需求增速逐年下降，年均增長(zhǎng)7.47%，與此同時(shí)水電、新能源發(fā)戰(zhàn)迅猛，導(dǎo)致云南2013年開(kāi)始出現(xiàn)棄水現(xiàn)象，直至“十三五”末期，云南供需重新回歸平衡，但隨著云南“綠色能源牌”的持續(xù)推動(dòng)，鋁硅產(chǎn)業(yè)預(yù)計(jì)新增用電量達(dá)1300億千瓦時(shí)，明確新增電源有限。煤電在碳中和背景下，核準(zhǔn)建設(shè)依然存在較大不確定性，“十四五”面臨巨大的電力電量缺口。

建議在推動(dòng)云南經(jīng)濟(jì)發(fā)展中，重視產(chǎn)業(yè)規(guī)劃與電源建設(shè)發(fā)展的協(xié)調(diào)性，實(shí)現(xiàn)電力供需平滑過(guò)渡，避免供需形勢(shì)在短時(shí)期內(nèi)發(fā)生較大反轉(zhuǎn)，引發(fā)更多社會(huì)矛盾 。

4 結(jié)語(yǔ)

伴隨著云南經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展，云南電源裝機(jī)規(guī)模發(fā)展迅速，為云南電力工業(yè)、社會(huì)發(fā)展提供了強(qiáng)有力的支撐，但也存在電源結(jié)構(gòu)與用電結(jié)構(gòu)不匹配，電源發(fā)展與產(chǎn)業(yè)發(fā)展不協(xié)調(diào)引起的供需矛盾等問(wèn)題，在新型電力系統(tǒng)背景下，總結(jié)歷史發(fā)展中存在問(wèn)題，科學(xué)有序推進(jìn)新能源建設(shè)，加強(qiáng)系統(tǒng)調(diào)節(jié)能力建設(shè)，避免重蹈覆轍。