孟 婧，唐 權(quán)，杜新偉，李 新，戴松靈，朱國(guó)俊

(四川省電力公司電力經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院，四川 成都 610041)

0 引言

進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái)，四川經(jīng)濟(jì)持續(xù)快速發(fā)展，“十一五”期國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值年均增長(zhǎng)13.8%。全社會(huì)用電量年均增長(zhǎng)率達(dá)10.4%。隨著西部大開(kāi)發(fā)的繼續(xù)推進(jìn)，四川經(jīng)濟(jì)將在“十二五”及“十三五”期間實(shí)現(xiàn)跨越式發(fā)展，GDP年平均增長(zhǎng)率為12%和8.5%，全社會(huì)用電量、用電負(fù)荷以8% ～12%的速度相應(yīng)增長(zhǎng)，到2015年，四川全社會(huì)用電量250000 GWh，最大負(fù)荷48000 MW，2020年全社會(huì)用電量367000 GWh，最大負(fù)荷70500 MW。

經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，用電需求的不斷增加，必須要有充足的電力支撐作為保障。受四川能源“富水缺煤”的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)影響，供電豐枯矛盾問(wèn)題十分突出?！敖娙氪ā笔墙鉀Q四川電網(wǎng)枯期電力供應(yīng)緊張，有效減少豐期棄水的最佳途徑。

1 四川電力供應(yīng)“豐余枯缺”矛盾凸顯

四川水力資源極為豐富，技術(shù)可開(kāi)發(fā)量位居全國(guó)第一。四川能源資源的稟賦決定了四川電源水電為主的自然結(jié)構(gòu)，2010年四川全省全口徑電源裝機(jī)容量43140 MW，其中水電裝機(jī)30830 MW，占比71.5%。隨著金沙江一、二期，錦屏、官地等一批大型電站投運(yùn)，預(yù)計(jì)2015年、2020年總裝機(jī)容量將分別達(dá)到91290 MW、142100 MW，其中水電裝機(jī)達(dá)到80%以上。

受全年降水分布不均的影響，水電出力在各月份中的差異也很大，據(jù)近幾年資料統(tǒng)計(jì)，四川水電豐期(6月—10月)電量全年占比平均在60%以上，枯期(1月—4月、12月)占比則不到30%(含部分年調(diào)節(jié)電站枯期電量)，平期(5月、11月)近10%。盡管在“十二五”至“十三五”期新增的水電中，錦屏、官地等大型或巨型水電站具有一定的調(diào)節(jié)能力，但四川水電的整體調(diào)節(jié)性能仍較差，據(jù)統(tǒng)計(jì)到2020年，四川具有季調(diào)節(jié)能力電站裝機(jī)占水電總裝機(jī)比例為27%左右，具有年調(diào)節(jié)能力的電站僅占11%。

四川水電的調(diào)節(jié)性能差，在一年中表現(xiàn)出發(fā)電能力的“豐大枯小”，導(dǎo)致供電能力的“豐余枯缺”。電力平衡結(jié)果顯示，2015年、2020年，豐水期四川扣除直流外送電力23100 MW后，電力盈余分別為6370 MW、15040 MW;枯水期，電力缺額分別達(dá)到8840 MW、8300 MW，此外若考慮二灘、錦屏等電站已簽訂的協(xié)議中需通過(guò)四川電網(wǎng)轉(zhuǎn)送重慶的1700 MW電力，四川枯期實(shí)際電力缺額達(dá)到10000 MW以上。

表1 四川水電出力特性

豐水期四川電量富余較大，除滿(mǎn)足自身需要外尚有大量外送電量;枯水期，四川電量缺額較大。2015年，水電可發(fā)電量為327800 GWh，利用小時(shí)數(shù)約4400 h，豐、平、枯期電量比例約為61:14:25;火電按電煤供應(yīng)能力，可發(fā)電量為45800 GWh，枯期電量缺額達(dá)到27100 GWh。2020年，水電可發(fā)電量為520600 GWh，利用小時(shí)數(shù)約4400 h，豐、平、枯期電量比例約為58:15:27;火電可發(fā)電量為45800 GWh，枯期電量缺額達(dá)到26800 GWh。

2 “疆電入川”解決四川“枯缺”的最佳途徑

受四川能源“富水缺煤”的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)影響，供電豐枯矛盾問(wèn)題十分突出?！柏S余”的問(wèn)題需要新建特高壓交流通道增強(qiáng)外送能力解決，“枯缺”則可以通過(guò)本省自建火電、減少直流外送電力、引進(jìn)外來(lái)電源等3種途徑解決。

(1)改變四川電網(wǎng)自身電源結(jié)構(gòu)，增加網(wǎng)內(nèi)火電裝機(jī)

2010年至2020年10年期間，四川新建火電11600 MW，其中“十二五”期新建3000 MW，“十三五”期新建8000 MW左右。若缺額的10000 MW電力均由省內(nèi)自建火電來(lái)解決，則需新建火電裝機(jī)共計(jì)21600 MW火電。

根據(jù)預(yù)測(cè)，四川2015年發(fā)電用煤約30000000 t，可支撐裝機(jī)約10000 MW，目前四川煤電裝機(jī)已達(dá)到12000 MW，規(guī)劃新增裝機(jī)將大量依靠外省運(yùn)煤。根據(jù)目前的煤價(jià)測(cè)算，寧夏、陜西等外省電煤運(yùn)至四川，到廠價(jià)每噸標(biāo)準(zhǔn)煤需要1000～1100元，每千瓦時(shí)僅燃料成本就達(dá)到0.35～0.385元，按照目前的火電上網(wǎng)電價(jià)，影響火電投資和火電廠發(fā)電的積極性。因此，增加本省火電裝機(jī)容量，難以解決產(chǎn)能、運(yùn)輸、環(huán)保和經(jīng)濟(jì)性問(wèn)題，只能作為保障四川枯期電力供應(yīng)的補(bǔ)充措施和起到加強(qiáng)電源支撐的作用。

(2)將規(guī)劃直流外送水電在枯水期留存四川電網(wǎng)

目前四川的向家壩、錦屏、溪洛渡等巨型水電站主要考慮通過(guò)特高壓直流送往負(fù)荷較大的華東地區(qū)消納，從負(fù)荷特性和輸電通道看華東和四川具備水火互濟(jì)的條件，通過(guò)枯期適當(dāng)留存外送電力電量確實(shí)可以保障四川自身部分用電需求。

然而，枯期留存需要考慮一系列的問(wèn)題。首先考慮到向家壩、錦屏、溪洛渡等大型電站外送方案已經(jīng)實(shí)施或接近實(shí)施，現(xiàn)有電站接入方案及網(wǎng)架無(wú)法滿(mǎn)足留存要求，需要對(duì)電網(wǎng)進(jìn)行較大規(guī)模的調(diào)整，工期難以保證;并且將規(guī)劃外送水電容量枯期留存部分電力電量給四川電網(wǎng)，雖然可以部分解決四川電網(wǎng)枯期用電需求，但將對(duì)華東等受端電網(wǎng)產(chǎn)生一定影響，需要額外補(bǔ)充火電裝機(jī);此外外送水電枯期留存四川，直流外送工程利用效益也將較大降低，2015年特高壓直流通道綜合利用小時(shí)數(shù)由約5000 h降低到約4000 h，2020年由約4500 h降低到約3500 h。因此，考慮送、受端電網(wǎng)實(shí)際情況、調(diào)整網(wǎng)架所需工期及直流工程經(jīng)濟(jì)性等因素，將規(guī)劃直流外送水電枯水期留存不是解決四川枯期用電需要的最佳途徑。

(3)更大范圍能源優(yōu)化配置，接納外來(lái)電力

從全國(guó)能源分布分析，西藏的水電、新疆的火電具有引進(jìn)四川的可能性，從電源的出力特性分析，四川需要引進(jìn)能夠與水電出力互補(bǔ)的電源，而西藏的水電出力特性也是豐多枯少，引進(jìn)西藏水電將加重四川電網(wǎng)“豐余枯缺”矛盾，同時(shí)根據(jù)西藏水電開(kāi)發(fā)時(shí)序，“藏電入川”難以及時(shí)解決四川電網(wǎng)“枯缺”問(wèn)題。新疆電源主要為火電，引入四川后在解決枯期用電需要的同時(shí)也可以?xún)?yōu)化四川電源結(jié)構(gòu)。

2015—2020年四川電網(wǎng)枯期電力缺額約為10000 MW，在引入±1100 kV、10000 MW的新疆—四川特高壓直流工程后，四川電網(wǎng)枯期電力缺額有效緩解，枯期用電需要基本能夠滿(mǎn)足。

3 新疆火電與四川水電互濟(jì)運(yùn)行

受用電結(jié)構(gòu)影響，四川日負(fù)荷峰谷差較大，由于水電調(diào)峰能力有限，豐期存在大量調(diào)峰棄水電量，需要新增具有良好調(diào)峰能力的電源。若新疆火電成功進(jìn)入四川，參與小范圍調(diào)峰，減少棄水調(diào)峰電量，同時(shí)將減少的棄水電量安排在基荷位置工作并參與外送，交直流外送通道經(jīng)濟(jì)效益可進(jìn)一步調(diào)高。

根據(jù)2020年電量平衡結(jié)果，在豐期盈余電力全部外送的情況下，若疆電未入川，四川電網(wǎng)豐期棄水電量達(dá)到14300 GWh。以典型月8月為例，由于四川電網(wǎng)網(wǎng)內(nèi)電源缺少調(diào)峰電力，需要棄水調(diào)峰，富余水電電力電量主要分布在低谷和平段。若要想減少水電棄水，其最佳方式是低谷多送電量，但從川電外送實(shí)際情況看，豐水期日送電曲線基本上按一條直線運(yùn)行或者參與受端電網(wǎng)小幅度調(diào)峰，低谷無(wú)法多送電量。

圖1 2020年平水年8月典型日電站工作位置示意圖

若在負(fù)荷高峰期，采用短時(shí)購(gòu)入高峰時(shí)段電力的措施，可增強(qiáng)四川網(wǎng)內(nèi)電源的調(diào)峰能力，減少棄水調(diào)峰電力，同時(shí)增加外送，擴(kuò)大四川富余水電消納范圍。以典型月8月為例，若考慮利用“疆電入川”承擔(dān)部分系統(tǒng)調(diào)峰任務(wù)，水電多在基荷位置運(yùn)行，利用交流通道富余能力，提高四川水電外送容量，減少水電棄水，達(dá)到較為理想的送電方式。2020年全年有效減少棄水約4000 GWh，經(jīng)濟(jì)效益十分明顯。同時(shí)，川渝特高壓交流外送通道及向家壩—上海、溪洛渡—浙西、錦屏—蘇南、白鶴灘—湖北、烏東德—溫州等特高壓直流利用小時(shí)數(shù)均可保持到5000 h，輸電通道的整體利用效率得到顯著提高。

圖2 2020年平水年8月典型日電站工作位置圖(疆電參與調(diào)峰)

表2 2020年四川電網(wǎng)電量平衡表(疆電未入川) 單位:GWh

4 “疆電入川”受端換流站落點(diǎn)最佳位置

四川電網(wǎng)按電力送受關(guān)系可分為送端電源和受端電網(wǎng)。送端電源主要位于四川省西部水力資源十分豐富的大渡河和雅礱江等江河流域，甘孜、涼山及川西北的阿壩等3個(gè)少數(shù)民族自治州以及雅安等地區(qū)。受端電網(wǎng)按所處地理位置、規(guī)模和聯(lián)系緊密程度劃為8個(gè)分區(qū)，即:成都、川西北(包括德陽(yáng)、綿陽(yáng)、廣元)、川南(宜賓、瀘州、自貢、內(nèi)江、資陽(yáng))、川東北(遂寧、南充、廣安、達(dá)州、巴中)、樂(lè)山、眉山、攀枝花和西昌。成都、樂(lè)山和攀枝花電網(wǎng)為四川最大受端電網(wǎng)，合計(jì)年售電量接近全省的二分之一。

2015年，豐期，成都、川西北、川東北、川南4個(gè)片區(qū)存在電力缺額，可以通過(guò)片區(qū)間的電力交換補(bǔ)充;枯期，成都、川西北、川東北、川南、樂(lè)眉、阿壩6個(gè)片區(qū)存在電力缺額，川西北及阿壩、川南及樂(lè)眉可由德寶直流工程和省內(nèi)區(qū)間電力交換補(bǔ)充，川東北地區(qū)和成都地區(qū)缺額需要由“疆電入川”送入電力補(bǔ)充。

2020年，豐期，四川電網(wǎng)成都、川西北、川東北、川南4個(gè)片區(qū)存在電力缺額，且相對(duì)2015年缺口加大，川南可以通過(guò)片區(qū)電網(wǎng)間電力交換補(bǔ)充，成都、川西北、川東北的部分電力缺額需要由“疆電入川”送入電力補(bǔ)充;枯期，成都、川西北、川東北、川南、樂(lè)眉5個(gè)片區(qū)存在電力缺額，川西北、川南及樂(lè)眉片區(qū)的電力缺額可通過(guò)德寶直流工程和省內(nèi)區(qū)間電力交換補(bǔ)充，川東北和成都地區(qū)缺額將依靠“疆電入川”提供電力。

根據(jù)省內(nèi)電力流向分析，并結(jié)合電網(wǎng)發(fā)展規(guī)劃，2015年、2020年成都和川東北地區(qū)均存在10000～15000 MW、1000～3000 MW電力缺額無(wú)法通過(guò)片區(qū)間的電力交換完全滿(mǎn)足。因此“疆電入川”送入電力應(yīng)主要滿(mǎn)足成都地區(qū)負(fù)荷供電，同時(shí)兼顧川東北的負(fù)荷發(fā)展需要。建議“疆電入川”受端換流站宜落點(diǎn)在成都東部(金堂)、德陽(yáng)南部(中江)、遂寧西部(大英)、資陽(yáng)北部(簡(jiǎn)陽(yáng)、樂(lè)至)結(jié)合部區(qū)域。

2015年、2020年四川電網(wǎng)電力流向示意圖見(jiàn)圖3～圖6。

圖3 2015年豐大方式四川電網(wǎng)電力流向示意圖

圖4 2015年枯大方式四川電網(wǎng)電力流向示意圖

圖5 2020年豐大方式四川電網(wǎng)電力流向示意圖

圖6 2020年枯大方式四川電網(wǎng)電力流向示意圖

5 結(jié)語(yǔ)

(1)四川水電所占比重大，豐枯期出力差異明顯，“豐盈枯缺”矛盾十分突出。引入新疆火電是解決枯期電力缺額的最佳途徑，通過(guò)水火互濟(jì)運(yùn)行，“疆電入川”與“川電外送”通道協(xié)調(diào)運(yùn)行，四川能源綜合利用及特高壓交直流電網(wǎng)的整體經(jīng)濟(jì)效益明顯提高。

(2)根據(jù)四川省內(nèi)電力流向分析，確定“疆電入川”受端換流站宜落點(diǎn)在成都東部(金堂)、德陽(yáng)南部(中江)、遂寧西部(大英)、資陽(yáng)北部(簡(jiǎn)陽(yáng)、樂(lè)至)結(jié)合部。

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