長距離大容量風(fēng)電的需求與利用

長距離大容量風(fēng)電的需求與利用

0國內(nèi)風(fēng)電吊裝容量由于技術(shù)成熟、經(jīng)濟可行、資源豐富，水電已成為除水電外的主要充能源。截至2012年年底,全球風(fēng)電裝機容量約280GW,當年新增裝機量約40GW,繼續(xù)保持較快增長。我國風(fēng)電累計吊裝容量75.32GW,其中并網(wǎng)容量60.83GW,發(fā)電量100.4TWh,是全球風(fēng)電裝機容量最多的國家。但2012年新增吊裝容量12.96GW,低于2011年17.63GW的水平,連續(xù)第二年下降。風(fēng)電發(fā)展放緩主要是受電網(wǎng)消納能力不足“限電棄風(fēng)”的影響,風(fēng)電利用小時數(shù)持續(xù)下降,已從2011年1920h下降到2012年的1890h,棄風(fēng)電量從10TWh增加到20TWh,約占20%,主要發(fā)生在東北和西北電網(wǎng),風(fēng)電利用小時數(shù)蒙東僅為1499h,吉林為1420h,甘肅1645h,青海1475h。1發(fā)展模式分析,加快由運輸角度回收利用風(fēng)電我國風(fēng)能資源豐富,陸上風(fēng)能資源可開發(fā)容量2378GW,海上為200GW,但資源分布不均,北方占80%,用電發(fā)達的東、中部地區(qū)較少。“十二五”規(guī)劃建設(shè)蒙東、吉林、黑龍江、蒙西、河北、甘肅、新疆、山東、江蘇九大風(fēng)電基地,新增容量約55GW,其中蒙東、蒙西、甘肅、新疆因當?shù)仉娋W(wǎng)用電少,風(fēng)電消納能力小,必須發(fā)展跨區(qū)長距離外送。建設(shè)蒙東至華東(容量10GW)、酒泉至華中(容量8GW)兩項主要輸送風(fēng)電的特高壓直流輸電工程是促進蒙東、吉林、酒泉風(fēng)電基地發(fā)展的重要措施,可新增風(fēng)電發(fā)電量57.6TWh,風(fēng)電裝機容量28.8GW,可節(jié)省化石能源1840萬噸標煤(原煤2580萬噸或天然氣115億立方米),減少污染。拉動投資3418億元人民幣,擴大內(nèi)需,增加就業(yè),增強自生能力,促進經(jīng)濟發(fā)展。此外,正在建設(shè)的哈密至鄭州±800kV容量8GW的特高壓直流輸電工程輸送風(fēng)電比例需盡快明確落實,促進新疆風(fēng)電發(fā)展,取得長距離輸送風(fēng)電的寶貴經(jīng)驗。蒙西風(fēng)電也需及早研究確定向外送電規(guī)劃及輸電項目,并組織實施。目前存在問題是議論多行動少,如何送、送到哪里尚無明確具體的輸電方案,已影響風(fēng)電發(fā)展,急需采取有力措施解決。近兩年,我國有關(guān)建設(shè)特高壓輸送風(fēng)電工程的工作也在不斷推進。2經(jīng)濟可用容量風(fēng)電具有隨機、不穩(wěn)定的特性,發(fā)電出力隨風(fēng)能大小變動很大,不能根據(jù)用電需要發(fā)電,電網(wǎng)消納困難。風(fēng)電利用小時較低,一般只有2000h-2500h左右,全額輸送經(jīng)濟性差,質(zhì)量不高。研究證明,風(fēng)電出力在50%以上容量的發(fā)電概率不高,電量不多,僅占10%左右。因此,可以考慮合理棄風(fēng),而將占風(fēng)電裝機容量50%左右的容量稱為經(jīng)濟可用容量,以提高輸送風(fēng)電的電量、質(zhì)量、經(jīng)濟性、運行安全可靠性。與全額輸送風(fēng)電比較,輸送經(jīng)濟可用容量:1)輸送風(fēng)電裝機容量可增加一倍,電量增加80%左右;2)輸電利用小時由2200h提高到4000h,和目前輸送水電的線路相近,輸電成本降低80%;3)減少了風(fēng)電變動幅度,提高了風(fēng)電質(zhì)量,有利于電網(wǎng)消納及安全運行,減輕了對其他電源的調(diào)節(jié)要求。風(fēng)電基地發(fā)電出力特性曲線及利用經(jīng)濟可用容量時利用電量與棄風(fēng)電量示意圖如圖1。3蒙東-華、酒泉-華斜流輸工程的概論和技術(shù)可行性的分析3.1電網(wǎng)投資及電力效率較低,可獲得較好的風(fēng)電發(fā)電能力較強蒙東風(fēng)能資源十分豐富,建設(shè)條件良好,但當?shù)赜秒娸^少,大規(guī)模開發(fā)必須規(guī)劃外送。附近東北電網(wǎng)風(fēng)能資源也很豐富,目前已自給有余,部分也需外送。華北電網(wǎng)風(fēng)電也自給有余。華東電網(wǎng)覆蓋區(qū)域經(jīng)濟發(fā)達,用電量大。2012年華東電網(wǎng)發(fā)電裝機容量233.56GW,發(fā)電量1153.7TWh,用電量1208.5TWh,從區(qū)外輸入電量54.8TWh,風(fēng)電裝機容量4.05GW,發(fā)電量8.2TWh,僅占裝機容量1.7%,用電量0.68%,消納風(fēng)電的能力和市場都很大。而華東電網(wǎng)陸上風(fēng)能資源不多,建設(shè)條件一般;海上風(fēng)能資源豐富,開發(fā)難度較大,利用海域各方協(xié)調(diào)困難,且投資和發(fā)電成本均較陸上風(fēng)電貴一倍多,目前已投標項目進展不快。預(yù)計2020年前華東電網(wǎng)新增風(fēng)電裝機容量不會超過20GW,有較大的市場空間接納蒙東及吉林富裕風(fēng)電電力。蒙東-華東直流輸電工程初步設(shè)想發(fā)端在內(nèi)蒙古通遼地區(qū),受端在浙北、全長約1800km,電壓±800kV、容量10GW(其中風(fēng)電經(jīng)濟可用容量8GW,火電2GW),年輸電量42TWh(其中風(fēng)電32TWh,火電10TWh);相應(yīng)在蒙東及吉林地區(qū)建設(shè)風(fēng)電裝機16GW,火電2GW,為提高供電質(zhì)量在華東地區(qū)建設(shè)抽水蓄能電站3GW?？偼顿Y約需1960億元(其中風(fēng)電1280億元,火電80億元,抽水蓄能電站150億元,直流輸電工程300億元,配套交流輸電工程及其他約150億元)。上網(wǎng)電價按每千瓦時0.55元(包括棄風(fēng)補償)計,至華東落地電價約每千瓦時0.7元,與當?shù)仃懙仫L(fēng)電上網(wǎng)電價相近,低于海上風(fēng)電上網(wǎng)電價(約每千瓦時1元左右),也低于華東電網(wǎng)今后發(fā)展的天然氣發(fā)電當氣價每立方米3元的上網(wǎng)電價(每千瓦時0.842元)。風(fēng)電電量32TWh,可節(jié)省1024萬噸標煤,如按替代天然氣發(fā)電可少用天然氣約64億立方米,相應(yīng)減少二氧化碳排放約1400萬噸,改善華東地區(qū)環(huán)境質(zhì)量,在經(jīng)濟上是可行的,環(huán)保上是十分有利的。在電網(wǎng)安全運行上,輸入和當?shù)仫L(fēng)電合計發(fā)電量約70TWh左右,不超過用電量的4%,小于德國風(fēng)電占比11%的水平,且輸送風(fēng)電經(jīng)濟可用容量可提高風(fēng)電質(zhì)量,在華東加裝3GW抽水蓄能電站配合風(fēng)電調(diào)節(jié),在電網(wǎng)安全運行及供電質(zhì)量上是有保證的。此外輸送2GW火電主要是為保證直流輸電工程輸電量不小于10%的技術(shù)要求,保障輸電安全;也可增加供應(yīng)華東10TWh電量,減少華東火電發(fā)電量。3.2特高壓直流輸電工程甘肅酒泉地區(qū)風(fēng)能資源豐富,規(guī)劃風(fēng)電裝機40GW以上,2012年甘肅發(fā)電裝機容量29.16GW,發(fā)電量110.7TWh,用電量99.5TWh,其中風(fēng)電裝機容量5.97GW,發(fā)電量9.4TWh,年利用小時僅1645h,棄風(fēng)少發(fā)現(xiàn)象嚴重。今后規(guī)劃新增風(fēng)電裝機容量,將主要依靠向外輸電。華中電網(wǎng)東四省(河南、湖北、湖南、江西)處于中部崛起地區(qū),經(jīng)濟和用電發(fā)展較快,2012年發(fā)電裝機容量167.82GW,發(fā)電量681.6TWh,用電量646.9TWh,輸出電量34.7TWh,主要是三峽水電站豐水期水電,風(fēng)電裝機容量0.71GW,發(fā)電量1.1TWh,只占用電量0.16%,消納風(fēng)電市場潛力很大。地區(qū)風(fēng)電資源較少,開發(fā)條件較差,發(fā)展不快,預(yù)測2020年風(fēng)電裝機將達8GW-10GW左右,電量16TWh-20TWh左右,按用電量年均增長6.5%測算,2020年用電量將達1070TWh,風(fēng)電占比不到2%,具備消納西北酒泉、哈密兩大風(fēng)電基地外送風(fēng)電的良好條件。正在建設(shè)的哈密至鄭州±800kV、容量8GW的特高壓直流輸電工程將輸送部分風(fēng)電,風(fēng)電與火電比例待定,若按風(fēng)電占比50%-70%計算,約可輸送風(fēng)電電量約16TWh-22TWh,(相應(yīng)風(fēng)電裝機容量8GW-11.2GW),合計約32TWh-42TWh,僅占3%-4%,還有消納酒泉基地外送風(fēng)電的能力。酒泉至華中±800kV容量8GW特高壓直流輸電工程,初步設(shè)想發(fā)端在酒泉市西部風(fēng)電集中地區(qū),受端在湖南長沙附近,全長約2000km,輸送風(fēng)電經(jīng)濟可用容量6.4GW(相應(yīng)風(fēng)電裝機容量12.8GW),火電1.6GW;年輸電量33.6TWh,其中風(fēng)電25.6TWh,火電8TWh。因湖北、湖南水電比重大,調(diào)節(jié)性能較好,應(yīng)優(yōu)先利用水電調(diào)節(jié)風(fēng)電的不均衡性,若有必要也可考慮建設(shè)部分抽水蓄能電站。2020年華中東四省共利用風(fēng)電約57.6TWh-67.6Wh,占用電量5.4%-6.3%左右,電網(wǎng)是可以消納的。初步測算工程約需總投資1468億元,其中風(fēng)電12.8GW,投資1024億元;火電1.6GW,投資64億元;直流輸電工程約需投資260億元,配套交流輸電工程及其他120億元。風(fēng)電落地電價約每千瓦時0.7元(其中輸電成本每千瓦時0.15元),與當?shù)匦陆L(fēng)電上網(wǎng)電價相近,低于天然氣發(fā)電,高于燃煤火電。減少化石能源消耗約820萬噸標煤及相應(yīng)污染物排放,改善環(huán)境質(zhì)量,作用顯著。華中東四省能源資源不豐富,煤炭產(chǎn)量2012年已近峰值,今后將下降,水電已基本開發(fā)利用,今后新增容量很少;核電建設(shè)何時起步尚待明確,至2020年新增用電420TWh,如何解決?除四川還能增送少量豐水期季節(jié)性水電外,主要靠火電(煤電及氣電)、風(fēng)電太陽能發(fā)電解決,加大接受西北風(fēng)電電能,是解決用電增長需求的重要戰(zhàn)略措施之一。以上兩項直流輸電工程輸電容量共18GW,電量75.6TWh,其中風(fēng)電57.6TWh,相應(yīng)需新增風(fēng)電裝機容量28.8GW,可替代化石能源1810萬噸標煤(原煤2580萬噸或天然氣116億立方米),節(jié)能減排環(huán)境效益顯著,且充分利用國內(nèi)可再生能源,不增加消耗礦物能源,可提高能源自給率和能源安全。增加就業(yè),有利于經(jīng)濟可持續(xù)升級發(fā)展。兩項工程總投資3418億元及投產(chǎn)后的發(fā)電用電效益,可拉動內(nèi)需GDP增速,其中風(fēng)電投資1920億元,主要用于經(jīng)濟欠發(fā)達地區(qū),投產(chǎn)后可增加稅收和綜合經(jīng)濟效益,有利于當?shù)亟?jīng)濟跨越式發(fā)展,趕上發(fā)達地區(qū)水平。長距離大容量輸送風(fēng)電在世界上屬首創(chuàng),但沒有技術(shù)上不可克服的難題,經(jīng)濟上可行,可增加非化石能源供應(yīng)比重,減少中、東部經(jīng)濟發(fā)達地區(qū)火電對環(huán)境的污染。建議國家主管部門將其列入“十二五”電力規(guī)劃,并盡早開工建設(shè)。4強化對發(fā)展風(fēng)電的研究,提高經(jīng)營管理水平上述兩項直流輸電工程是巨大的系統(tǒng)工程,建設(shè)項目多,牽涉面廣,參建公司多,投資大、效益好,經(jīng)營管理難度大、技術(shù)上世界首創(chuàng)。需有關(guān)各級政府主管部門、各公司統(tǒng)一認識,大力支持用改革辦法組織建設(shè)經(jīng)營管理,才能完成。為此建議:(1)國家發(fā)改委、能源局盡早委托電力工程規(guī)劃設(shè)計咨詢工程公司對蒙東-華東、酒泉-華中兩項輸送風(fēng)電為主的特高壓直流輸電工程作可行性研究,對建設(shè)的必要性、可行性,輸電容量,電壓等級,兩端換流站地址,輸送風(fēng)電和火電比例,風(fēng)電規(guī)劃、配套火電及抽水蓄能電站規(guī)劃和接入方案,受端配套電源和智能電網(wǎng)建設(shè),電網(wǎng)調(diào)度運行方式等進行深入細致的研究分析,提出可行性研究報告。如可行,列入“十二五”規(guī)劃,盡快明確項目法人組織實施。據(jù)了解哈密至鄭州直流工程輸送風(fēng)電容量初步定為3GW,小了一些,以后可根據(jù)實際運行情況逐步提高至合適比例。并認真總結(jié)經(jīng)驗教訓(xùn),供今后建設(shè)、運營參考。(2)提高對發(fā)展風(fēng)電重要性認識,明確各省市各電網(wǎng)利用風(fēng)電配額。從資源、環(huán)保及長遠可持續(xù)發(fā)展看,風(fēng)電將是今后發(fā)電電源的重要組成部分,發(fā)電量將超過水電,可減少新增火電,是解決新增用電、節(jié)能減排的重要戰(zhàn)略措施,根據(jù)我國資源特點,風(fēng)電發(fā)展采用優(yōu)先就地開發(fā)利用和建設(shè)大型風(fēng)電基地向外送電相結(jié)合的方針,因此各省市有關(guān)部門、各發(fā)電公司、各級電網(wǎng)公司要提高對發(fā)展風(fēng)電重要性的認識,做好風(fēng)電發(fā)展規(guī)劃,在風(fēng)電資源少的地區(qū)要接受區(qū)外送入的風(fēng)電。國家要明確各省市各電網(wǎng)利用風(fēng)電的配額,并采取優(yōu)惠政策鼓勵風(fēng)電發(fā)展。(3)加強跨區(qū)大容量長距離輸送風(fēng)電的科研工作?？鐓^(qū)大容量長距離輸送風(fēng)電是一項創(chuàng)新工作,國內(nèi)外無成熟經(jīng)驗,風(fēng)電的隨機性不穩(wěn)定性增加了電網(wǎng)安全經(jīng)濟運行困難,需其他電源協(xié)調(diào)配合運行。要研究各大風(fēng)