電源佈局和電源結構亟待調整優化

　　長期以來，我國大區電網存在電源分佈不合理，造成電源結構（基、腰、峰荷電源）性矛盾，即電網嚴重缺調峰電源，是當前電源緊張和阻礙節能減排的關鍵。

　　首先，我國電力一次能源構成不合理，品種單一。

　　目前，我國水電佔20%以上，煤電70%以上，核電、抽水蓄能、燃氣電廠極少，合起來不足10%，燃煤發電量佔總發電量80%以上，二氧化碳和二氧化硫排放量很大。核電極少，風能、太陽能等綠色能源只是最近幾年才開發利用。

　　其次，我國電源結構不合理。

　　電力一次能源結構不合理必然導致電源結構不合理。水電佔20%多，且多是徑流，西南水電年利用4000小時以上，汛期大發，帶基荷，供水期可提供調峰也不足10%。

　　上世紀90年代以來，電網進入超高壓、大電網、大機組時期，執行“以大代小”、“以煤代油”政策；原日內開停作主力調峰的小火電、油電近億千瓦，逐年關停，至2010年小火電、油電關停8100萬千瓦，原調峰率高的油電大機組改為煤電，但卻沒有規劃補建峰荷電源，致使調峰矛盾凸顯，至今時過20年，矛盾依舊，實屬決策嚴重失誤。

　　發展熱電沒有嚴格執行國家“以熱定電”的原則，機組多為30萬千瓦打孔抽汽的，只允許調峰10%。主要新增低碳大機組合理調峰率為20%，故現有水、火電合理調峰率約為總電源15%-20%，遠不能滿足電網40%-50%峰谷差的調整要求。

　　特別是電源結構性矛盾，造成嚴重缺調峰電源，尚未引起重視。一些決策領導和專家只談“發電能源結構”，即煤、水、油、核、新能源的比重，這是必要的，而重要的“基荷、腰荷、峰荷電源結構”甚至未提出這個概念，電源規劃中只列電量、最大電力和備用容量，列峰谷差，但不做調峰方案。上世紀八十年代幾個大區電網都曾長期存在峰荷電源不足，頻繁拉閘限電，成為困擾調度的嚴重問題。但籠統地歸因于缺裝機容量，有大區電氣工程學會組織召開水、火電設計院及網省局專家“調峰專題會”，一致認為建設抽水蓄能電站迫在眉睫，建議調整原規劃項目以100萬kW抽水蓄能替代同容量煤電規劃項目。但決策領導以所謂的有煤電項目才有電煤指標的説法，一味地爭上港口、路口煤電項目，使建議告吹。以後30萬kW以上火電機裝了一批，電源有餘了，但調峰矛盾更加突出，小火電難以停下去。雖採取了5.0萬kW及以下火電機組每日開停調峰，又迫使10萬kW煤電機組開停。進一步迫使30萬以上機組深度調峰，60萬機組非常規調峰降出力到50%。制粉、除灰、油、汽、水等系統頻繁調整，煤耗高，磨損大，不經濟，不安全，電網安全經濟調度無法進行。又搞一批20、30萬機組輪流開一天停兩天，電廠抵制，曾發生過有20萬、30萬機組冷備用、高峰時拉閘的極不合理局面。

　　雖已有聯網錯峰，仍在搞火電機組非常規調峰，在組織用戶有序用電，高峰讓電以保生活用電，這不正是調峰矛盾嗎？發生高峰時頻繁拉閘的極不合理局面仍然存在。

　　因此，多年來一直迫使超臨界和超超臨界60萬-100萬千瓦機組非常規調峰，低谷時出力壓到50%亞臨界運行，使低碳機組高碳運行。隨著城市化、工業化，電網每年增長的用電負荷，其峰谷差將超過50%，如繼續增建低碳煤電大機組，必將繼續強迫其非常規調峰，豈不惡性循環。目前東中部電網出現缺電，實際是缺調峰電源，目前調峰電源約佔總電源的15%-20%。因此調整電源佈局和電源結構已迫不亟待。

　　發達國家十分重視合理的電源結構，使基、腰、峰荷電源保持最佳比例，一般峰荷電源佔總裝機容量25%～35%。峰荷電源首選是抽水蓄能，其裝機比重較高。日本經濟高速發展時期，抽水蓄能規模始終按電源結構最優原則確定，1980年佔總裝機8.01%，1990年佔9.03%，1999年佔9.4%。且認為應始終保持10%-15%的最優比重，並由政策規定不必逐個將其上網電價待財務評價，而由九大電力公司統一還貸。

　　我國南方電網公司2006年成立調峰調頻發電公司，2009年派專家到日本考察抽水蓄能發展歷史和運營現狀。目前廣東電網有2個240萬千瓦的抽水蓄能電站，佔廣東電網8%，在建4座共760萬千瓦，2015年將達10%。

　　我國蓄能電站不足2%，合理的比例應保持10%以上，才能適應風電、核電發展和火電大機組的高效運行。

　　風電因其間隙性、波動性特點，因此開發百萬千瓦或更大的風電場，主要需解決並網、蓄能和勵磁的問題。

　　風電與常規水電配合

　　風電、水電年度分佈特性：冬春季雨少風多，水電為供（或枯）水期，水電少而風電為大發期；汛期雨多風少，正是水電大發，而風電少發正可檢修。二者能量互補。

　　常規水電年利用小時低，南方的約4000小時左右，東北、西北水電主要用於調峰，利用小時數2000—3000，故水電線路送電年利用小時低，供水（或枯）水期更低，如果水電送出線路沿途有風電接入，風水打捆風主水從最為有利，不但少建風電輸電專線；而水電調峰機可作壓水調相運行，其調峰水量存入水庫備用。特別是調相機組可作風電間隙補償，或緩衝風電波動性衝擊。還可輸出無功作風電勵磁電源。

　　再在受端電網中，盡可能在大城市附近選建抽水蓄能電站，以降低輸電功率損耗和電壓損耗，實現就地調峰平衡和無功平衡。

　　利用棄風産生的電量，抽梯級水電的下庫水到上庫蓄能。

　　大電網易於接納幾十萬至幾百萬千瓦的大風電：

　　大風電可分組直接併入鄰近的大區受端超高壓網架，與其它電源一樣，直接供用戶使用，其波動性、間隙性在大電網中易於接納吸收，因有水、火電機組AGC配合，其綜合可調容量足夠適應；抽水蓄能更有快速負荷跟蹤能力，可有效減少風電場對電網的衝擊。

　　每日電網兩個低谷用電時段，約6—8小時利用棄風抽水蓄能（盡力在大城市附近建廠址），雖是4度換3度（美國已有5度換4度的報道），但轉換成可貴的峰荷電源，而且是雙倍的綠色的峰荷電源（如用煤電抽水，則排放不減），從而推動風電發展。

　　西歐濱海國家

　　配套發展經驗可供借鑒

　　據歐洲風能協會研究報告的觀點，電網接納更多風電是經濟性和政策性問題,不是技術水平和運行問題，德、法、丹麥、西班牙等西歐瀕海國家對風電並網以及電網如何適應作了深入研究，結論是，風電容量可佔總電源比例超過20%。其風、蓄配合，改善電源結構，是促進風電發展的主要經驗：

　　西班牙風電裝機佔總裝機20%，發電量佔8.7%，核電佔15%，抽水蓄能約10%。

　　德國風電佔總裝機17%，電量佔總7%，水電比重很低，消納風電措施除與歐洲電網強聯外，建設抽水蓄能電站超過10%。

　　法國是核電大國，水電資源豐富，已開發92%，強調多能互補，積極發展風電，配套建抽水蓄能約佔總電源13%，電源結構較優。

　　風電國度丹麥風電裝機已達總容量25%，發電量佔16%，規劃2025年風電比重達50%。全國電網與北歐強大電網相聯，利用北部挪威水電大國錯峰蓄能，可很好實現匹配調峰，使挪威成為理想的抽水蓄能國度，從而提高其風電利用率。

　　案例分析：為分析電源結構性矛盾，設一個電網冬季典型日發電曲線，研究在節能減排、發展清潔能源政策指導下，優化電源佈局和結構，尋求最佳調峰方案。（注：用百分製作圖，概念清晰，取開機容量PM=100%=1.0pu.。（如圖）)

　　圖表清晰説明，在以煤電為主，缺油少氣的國情下，除大力開發西部水電，當務之急要大力發展風電，配套建設抽水蓄能，實現電源結構優化。可獲以下六項巨大效益：

　　第一、全國風電（上網容量）、抽水蓄能各佔受端電網總電源10%配合開發，替代20%的煤電裝機，如“十二五”末電源總規模15億千瓦，煤電則可少裝3億千瓦，使電源結構改善後取得大幅度節能減排，並減少輸煤輸電壓力。

　　第二、風蓄配合，排除煤電高效機組低碳運行狀況，提高負荷率，年利用小時可由目前的4000多升到6000多，使運行機組大幅節能減排，且減少磨損，安全運行。

　　第三、利用常規水電、風電年度分佈特性：實現風水互補，推動風電發展。

　　第四、受端電網中建抽水蓄能，可讓西部送來的輸電通道帶基荷，輸送電力年利用小時可由設計5000小時提高到7500小時，則3通道可以替代4通道，節省大量投資。

　　第五、抽水蓄能增加受端電源（有功和無功）支持，提高電網穩定性，特別是發電機的強行磁勵，提供防止電壓崩潰的動態無功。

　　第六、抽水蓄能在電網中調頻調相黑啟動事故備用等，有利於提高電網抵禦自然災害，軍事打擊，恐怖活動的能力。

　　目前我國風蓄配合

　　改善電源結構條件更成熟

　　目前我國東中部電網，華北、山東、廣東電網，主要是缺調峰電源，故提出優先大力發展風電，配套建設抽水蓄能，形成風抽水電為主的調峰電源，再選建一批燃氣發電，可利用城市附近關停的10～20萬千瓦機組的基礎，投資少，見效快，加上常規水電調峰10%，使峰荷電源不少於總電源35%，這正是優化電源佈局和電源結構的急需，且達到大幅度降低煤電裝機比重目的。以上是電力工業發展方式轉變的首要措施。

　　近幾年各省區風電發展方興未艾，其中酒泉集中開發1000萬千瓦並於西北750千伏電網，東北2011年末已達1500萬千瓦，日發電1.3億千瓦時，華北電網已超過1000萬千瓦。電網低谷用電時，風電被關停情況下，東北電網2010年風電量達10%。

　　已知我國東部沿海、山東及遼東半島、東北吉林、黑龍江、內蒙東部和華北電網北部是風電的豐富地區。抽水蓄能除上海外，東中部各省都有，東北就有3000萬千瓦的站址，已規劃好11處1250萬千瓦。

　　風電、抽水蓄能技術成熟，儲能效率、工程造價、使用壽命及總體對環境影響方面都具有明顯優勢。近半年，我國領導與一些發達國家領導人互訪中，或國際會議中，談經貿合作都有新能源，西歐濱海國家風蓄配套和日本抽水蓄能發展經驗值得我國借鑒。他們的先進技術和設備，正是我國急需。當前世界經濟處在衰退時期，我們正處於買方市場低位。

　　基於以上分析，我國東中部既有豐富的風能和抽水蓄能站點，又靠近大電網，電網的電源結構性矛盾又亟待調整改善，因此，建議大力開發，大中小相結合，小的各省區分散開發，就近上網；百萬千瓦級的，由中央集中財力完成，建成為 “風、蓄配合”的綠色峰荷電源，對電網發揮巨大節能減排為主的上述六項效益。

　　注:本期刊載內容節選自《既解決缺電、又實現節能減排的重大建議》。

　　作者簡介

　　黃英矩：原東北電網調度局副總工，原東北經濟區規劃辦（省部級）正處級幹部，享受國務院特殊津貼的電網專家，教授級高工。

　　郭象容：原東北電網公司副總工，享受國務院特殊津貼的電網專家，教授級高工。

　　蔣建民：原東北電網公司副總工，享受國務院特殊津貼的電網專家，教授級高工。

　　蒙定中：原電力部生産司教授級高工，國際大電網CIGRE和美IEEE會員。