風水配合既解決缺電又節(jié)能減排

　　電源布局和電源結(jié)構(gòu)亟待調(diào)整優(yōu)化
　　長期以來，我國大區(qū)電網(wǎng)存在電源分布不合理，造成電源結(jié)構(gòu)（基、腰、峰荷電源）性矛盾，即電網(wǎng)嚴重缺調(diào)峰電源，是當前電源緊張和阻礙節(jié)能減排的關(guān)鍵。
　　首先，我國電力一次能源構(gòu)成不合理，品種單一。
　　目前，我國水電占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(fā)電量占總發(fā)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(fā)利用。
　　其次，我國電源結(jié)構(gòu)不合理。
　　電力一次能源結(jié)構(gòu)不合理必然導致電源結(jié)構(gòu)不合理。水電占20%多，且多是徑流，西南水電年利用4000小時以上，汛期大發(fā)，帶基荷，供水期可提供調(diào)峰也不足10%。
　　上世紀90年代以來，電網(wǎng)進入超高壓、大電網(wǎng)、大機組時期，執(zhí)行“以大代小”、“以煤代油”政策；原日內(nèi)開停作主力調(diào)峰的小火電、油電近億千瓦，逐年關(guān)停，至2010年小火電、油電關(guān)停8100萬千瓦，原調(diào)峰率高的油電大機組改為煤電，但卻沒有規(guī)劃補建峰荷電源，致使調(diào)峰矛盾凸顯，至今時過20年，矛盾依舊，實屬決策嚴重失誤。
　　發(fā)展熱電沒有嚴格執(zhí)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(diào)峰10%。主要新增低碳大機組合理調(diào)峰率為20%，故現(xiàn)有水、火電合理調(diào)峰率約為總電源15%-20%，遠不能滿足電網(wǎng)40%-50%峰谷差的調(diào)整要求。
　　特別是電源結(jié)構(gòu)性矛盾，造成嚴重缺調(diào)峰電源，尚未引起重視。一些決策領(lǐng)導和專家只談“發(fā)電能源結(jié)構(gòu)”，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(jié)構(gòu)”甚至未提出這個概念，電源規(guī)劃中只列電量、最大電力和備用容量，列峰谷差，但不做調(diào)峰方案。上世紀八十年代幾個大區(qū)電網(wǎng)都曾長期存在峰荷電源不足，頻繁拉閘限電，成為困擾調(diào)度的嚴重問題。但籠統(tǒng)地歸因于缺裝機容量，有大區(qū)電氣工程學會組織召開水、火電設(shè)計院及網(wǎng)省局專家“調(diào)峰專題會”，一致認為建設(shè)抽水蓄能電站迫在眉睫，建議調(diào)整原規(guī)劃項目以100萬kW抽水蓄能替代同容量煤電規(guī)劃項目。但決策領(lǐng)導以所謂的有煤電項目才有電煤指標的說法，一味地爭上港口、路口煤電項目，使建議告吹。以后30萬kW以上火電機裝了一批，電源有余了，但調(diào)峰矛盾更加突出，小火電難以停下去。雖采取了5.0萬kW及以下火電機組每日開停調(diào)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(diào)峰，60萬機組非常規(guī)調(diào)峰降出力到50%。制粉、除灰、油、汽、水等系統(tǒng)頻繁調(diào)整，煤耗高，磨損大，不經(jīng)濟，不安全，電網(wǎng)安全經(jīng)濟調(diào)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(fā)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(lián)網(wǎng)錯峰，仍在搞火電機組非常規(guī)調(diào)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(diào)峰矛盾嗎？發(fā)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(guī)調(diào)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(yè)化，電網(wǎng)每年增長的用電負荷，其峰谷差將超過50%，如繼續(xù)增建低碳煤電大機組，必將繼續(xù)強迫其非常規(guī)調(diào)峰，豈不惡性循環(huán)。目前東中部電網(wǎng)出現(xiàn)缺電，實際是缺調(diào)峰電源，目前調(diào)峰電源約占總電源的15%-20%。因此調(diào)整電源布局和電源結(jié)構(gòu)已迫不亟待。
　　發(fā)達國家十分重視合理的電源結(jié)構(gòu)，使基、腰、峰荷電源保持最佳比例，一般峰荷電源占總裝機容量25%～35%。峰荷電源首選是抽水蓄能，其裝機比重較高。日本經(jīng)濟高速發(fā)展時期，抽水蓄能規(guī)模始終按電源結(jié)構(gòu)最優(yōu)原則確定，1980年占總裝機8.01%，1990年占9.03%，1999年占9.4%。且認為應始終保持10%-15%的最優(yōu)比重，并由政策規(guī)定不必逐個將其上網(wǎng)電價待財務評價，而由九大電力公司統(tǒng)一還貸。
　　我國南方電網(wǎng)公司2006年成立調(diào)峰調(diào)頻發(fā)電公司，2009年派專家到日本考察抽水蓄能發(fā)展歷史和運營現(xiàn)狀。目前廣東電網(wǎng)有2個240萬千瓦的抽水蓄能電站，占廣東電網(wǎng)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(fā)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(fā)百萬千瓦或更大的風電場，主要需解決并網(wǎng)、蓄能和勵磁的問題。
　　風電與常規(guī)水電配合
　　風電、水電年度分布特性：冬春季雨少風多，水電為供（或枯）水期，水電少而風電為大發(fā)期；汛期雨多風少，正是水電大發(fā)，而風電少發(fā)正可檢修。二者能量互補。
　　常規(guī)水電年利用小時低，南方的約4000小時左右，東北、西北水電主要用于調(diào)峰，利用小時數(shù)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(diào)峰機可作壓水調(diào)相運行，其調(diào)峰水量存入水庫備用。特別是調(diào)相機組可作風電間隙補償，或緩沖風電波動性沖擊。還可輸出無功作風電勵磁電源。
　　再在受端電網(wǎng)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(xiàn)就地調(diào)峰平衡和無功平衡。
　　利用棄風產(chǎn)生的電量，抽梯級水電的下庫水到上庫蓄能。
　　大電網(wǎng)易于接納幾十萬至幾百萬千瓦的大風電：
　　大風電可分組直接并入鄰近的大區(qū)受端超高壓網(wǎng)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(wǎng)中易于接納吸收，因有水、火電機組AGC配合，其綜合可調(diào)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(wǎng)的沖擊。
　　每日電網(wǎng)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(zhuǎn)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(fā)展。
　　西歐濱海國家
　　配套發(fā)展經(jīng)驗可供借鑒
　　據(jù)歐洲風能協(xié)會研究報告的觀點，電網(wǎng)接納更多風電是經(jīng)濟性和政策性問題,不是技術(shù)水平和運行問題，德、法、丹麥、西班牙等西歐瀕海國家對風電并網(wǎng)以及電網(wǎng)如何適應作了深入研究，結(jié)論是，風電容量可占總電源比例超過20%。其風、蓄配合，改善電源結(jié)構(gòu)，是促進風電發(fā)展的主要經(jīng)驗：
　　西班牙風電裝機占總裝機20%，發(fā)電量占8.7%，核電占15%，抽水蓄能約10%。
　　德國風電占總裝機17%，電量占總7%，水電比重很低，消納風電措施除與歐洲電網(wǎng)強聯(lián)外，建設(shè)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(fā)92%，強調(diào)多能互補，積極發(fā)展風電，配套建抽水蓄能約占總電源13%，電源結(jié)構(gòu)較優(yōu)。
　　風電國度丹麥風電裝機已達總?cè)萘?5%，發(fā)電量占16%，規(guī)劃2025年風電比重達50%。全國電網(wǎng)與北歐強大電網(wǎng)相聯(lián)，利用北部挪威水電大國錯峰蓄能，可很好實現(xiàn)匹配調(diào)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(jié)構(gòu)性矛盾，設(shè)一個電網(wǎng)冬季典型日發(fā)電曲線，研究在節(jié)能減排、發(fā)展清潔能源政策指導下，優(yōu)化電源布局和結(jié)構(gòu)，尋求最佳調(diào)峰方案。（注：用百分制作圖，概念清晰，取開機容量PM=100%=1.0pu.。（如圖）)
　　圖表清晰說明，在以煤電為主，缺油少氣的國情下，除大力開發(fā)西部水電，當務之急要大力發(fā)展風電，配套建設(shè)抽水蓄能，實現(xiàn)電源結(jié)構(gòu)優(yōu)化。可獲以下六項巨大效益：
　　第一、全國風電（上網(wǎng)容量）、抽水蓄能各占受端電網(wǎng)總電源10%配合開發(fā)，替代20%的煤電裝機，如“十二五”末電源總規(guī)模15億千瓦，煤電則可少裝3億千瓦，使電源結(jié)構(gòu)改善后取得大幅度節(jié)能減排，并減少輸煤輸電壓力。
　　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(jié)能減排，且減少磨損，安全運行。
　　第三、利用常規(guī)水電、風電年度分布特性：實現(xiàn)風水互補，推動風電發(fā)展。
　　第四、受端電網(wǎng)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(shè)計5000小時提高到7500小時，則3通道可以替代4通道，節(jié)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(wǎng)穩(wěn)定性，特別是發(fā)電機的強行磁勵，提供防止電壓崩潰的動態(tài)無功。
　　第六、抽水蓄能在電網(wǎng)中調(diào)頻調(diào)相黑啟動事故備用等，有利于提高電網(wǎng)抵御自然災害，軍事打擊，恐怖活動的能力。
　　目前我國風蓄配合
　　改善電源結(jié)構(gòu)條件更成熟
　　目前我國東中部電網(wǎng)，華北、山東、廣東電網(wǎng)，主要是缺調(diào)峰電源，故提出優(yōu)先大力發(fā)展風電，配套建設(shè)抽水蓄能，形成風抽水電為主的調(diào)峰電源，再選建一批燃氣發(fā)電，可利用城市附近關(guān)停的10～20萬千瓦機組的基礎(chǔ)，投資少，見效快，加上常規(guī)水電調(diào)峰10%，使峰荷電源不少于總電源35%，這正是優(yōu)化電源布局和電源結(jié)構(gòu)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(yè)發(fā)展方式轉(zhuǎn)變的首要措施。
　　近幾年各省區(qū)風電發(fā)展方興未艾，其中酒泉集中開發(fā)1000萬千瓦并于西北750千伏電網(wǎng)，東北2011年末已達1500萬千瓦，日發(fā)電1.3億千瓦時，華北電網(wǎng)已超過1000萬千瓦。電網(wǎng)低谷用電時，風電被關(guān)停情況下，東北電網(wǎng)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(nèi)蒙東部和華北電網(wǎng)北部是風電的豐富地區(qū)。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(guī)劃好11處1250萬千瓦。
　　風電、抽水蓄能技術(shù)成熟，儲能效率、工程造價、使用壽命及總體對環(huán)境影響方面都具有明顯優(yōu)勢。近半年，我國領(lǐng)導與一些發(fā)達國家領(lǐng)導人互訪中，或國際會議中，談經(jīng)貿(mào)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(fā)展經(jīng)驗值得我國借鑒。他們的先進技術(shù)和設(shè)備，正是我國急需。當前世界經(jīng)濟處在衰退時期，我們正處于買方市場低位。
　　基于以上分析，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(wǎng)，電網(wǎng)的電源結(jié)構(gòu)性矛盾又亟待調(diào)整改善，因此，建議大力開發(fā)，大中小相結(jié)合，小的各省區(qū)分散開發(fā)，就近上網(wǎng)；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(wǎng)發(fā)揮巨大節(jié)能減排為主的上述六項效益。
　　注:本期刊載內(nèi)容節(jié)選自《既解決缺電、又實現(xiàn)節(jié)能減排的重大建議》。
　　作者簡介
　　黃英矩：原東北電網(wǎng)調(diào)度局副總工，原東北經(jīng)濟區(qū)規(guī)劃辦（省部級）正處級干部，享受國務院特殊津貼的電網(wǎng)專家，教授級高工。
　　郭象容：原東北電網(wǎng)公司副總工，享受國務院特殊津貼的電網(wǎng)專家，教授級高工。
　　蔣建民：原東北電網(wǎng)公司副總工，享受國務院特殊津貼的電網(wǎng)專家，教授級高工。
　　蒙定中：原電力部生產(chǎn)司教授級高工，國際大電網(wǎng)CIGRE和美IEEE會員。