能源局特高壓交流研究課題4--電源開發(fā)布局研究

蒙定中 原電力部生產(chǎn)司教授級高工、國際大電網(wǎng)委員會CIGRE和美IEEE會員

2015年6月30日

電源結(jié)構(gòu)改革是電源開發(fā)布局亟待決策的關(guān)鍵問題

“十三五”應(yīng)起步電源結(jié)構(gòu)的改革，推動綠色、低碳、高效、安全之路，以徹底解決長期以來不合理的電源結(jié)構(gòu)問題。

一、請各級領(lǐng)導(dǎo)了解和重視調(diào)峰首先是合理解決電源布局/結(jié)構(gòu)改革的關(guān)鍵

30多年來我國電源發(fā)展快速現(xiàn)已居世界第一位，但在電源資源上，沒有依負(fù)荷需求構(gòu)建合理布局與科學(xué)的峰荷、腰荷、基荷電源比例，除常規(guī)水電（20.7%）發(fā)展基本正常外，其它皆存在嚴(yán)重問題：過多煤電（63.8%）嚴(yán)重污染居世界首位、發(fā)展核電過慢過少（1.2%）、發(fā)展抽水蓄能（1.7%）和燃?xì)庋h(huán)發(fā)電（3.5%）嚴(yán)重不足、發(fā)展風(fēng)電（6.1%）和太陽能（1.2%）缺乏必要調(diào)峰設(shè)施配合而嚴(yán)重棄電。所以只有合理電源布局，合理調(diào)峰，才能既解決缺電，又真正實現(xiàn)節(jié)能減排、安全經(jīng)濟的目標(biāo)。

上世紀(jì)八十年代以來，主要靠小煤電/油電每日開停作為主力調(diào)峰能力達25%，加上大煤電20%調(diào)峰（100～80%運行）和水電調(diào)峰，使大煤電年利用小時達6000～6500小時。但后來接近一億千瓦的小煤電/油電逐步關(guān)停，長時以來沒有重視和補償因此而損失的調(diào)峰能力。結(jié)果多年來一直迫使20/30萬千瓦煤電機組深度（有時強迫每天開/停）調(diào)峰，更迫使超臨界和超超臨界60～100萬千瓦煤電機組非常規(guī)調(diào)峰，低谷時出力甚至壓到40%亞臨界運行，強迫使低碳機組高碳運行，極不合理的被迫超額調(diào)峰，使煤電年利用小時在2012/2013年跌落到5080/5012，2014年為4706小時，是1978年以來的最低水平。為了調(diào)峰估算要多裝機1.2億千瓦，至少相當(dāng)多花1.2億千瓦x3700元/千瓦=4440億元投資，除要多浪費裝機投資外，還造成發(fā)電多耗煤、多排污、縮短煤電機組壽命和導(dǎo)致發(fā)電集團公司可能虧損。發(fā)展熱電也沒有執(zhí)行“以熱定電”原則，不管熱負(fù)荷多少，規(guī)定煤電機組多為30～35萬千瓦級的，供熱時只調(diào)峰10%，更增大調(diào)峰矛盾。

發(fā)展風(fēng)電也從不考慮客觀存在的調(diào)峰問題，夜間用電低谷時段往往是風(fēng)電大發(fā)時段，特別是遠(yuǎn)離負(fù)荷中心的大型風(fēng)電基地，太陽能發(fā)電基地，為什么在規(guī)劃/批準(zhǔn)時都不考慮影響其可行性的關(guān)鍵-調(diào)峰問題？結(jié)果造成嚴(yán)重棄電、嚴(yán)重浪費。我國風(fēng)電裝機居世界首位，太陽能發(fā)電增長速度也占世界首位，就因為缺乏調(diào)峰能力，結(jié)果“棄風(fēng)”“棄光”嚴(yán)重程度也占世界首位，其發(fā)電年利用小時遠(yuǎn)低於世界水平。

南方電網(wǎng)公司比較重視調(diào)峰，廣東電網(wǎng)2013年底有可調(diào)峰的燃?xì)饴?lián)合循環(huán)機組1098.9萬千瓦和抽水蓄能電站2個合240萬千瓦、調(diào)峰能力共1578.9萬千瓦，占廣東負(fù)荷約14%。2014到2015年分別增裝442和128萬千瓦，調(diào)峰能力共2148.9萬千瓦，占廣東負(fù)荷約16.2%；廣東的做法值得借鑒。

祗有合理將目前抽水蓄能比例由1.76%提高到8～10%，燃?xì)鈾C組比例由3.5%提高到10%，兩者調(diào)峰能力達總裝機的22～25%（新增投資4194～4720億元），煤電、核電皆應(yīng)20%調(diào)峰，加上原有水電5%調(diào)峰再盡量加大。這樣全部調(diào)峰能力可達到總裝機容量36.7～40%；才能使全部煤電、核電、風(fēng)電、光電等安全又經(jīng)濟（不棄電）運行。希望各級領(lǐng)導(dǎo)了解和重視，并按上述辦法解決當(dāng)前急需的調(diào)峰問題，而不應(yīng)光等待、依靠目前宣傳尚未達實用的調(diào)峰儲能技術(shù)，例如鋰離子電池儲能已應(yīng)用于電動汽車，如研究有系統(tǒng)調(diào)峰能力實用價值時，當(dāng)然可以應(yīng)用。

二、為節(jié)能減排，應(yīng)大力減少煤電裝機比重并提高煤電發(fā)電效率

目前我國煤電比重64.4%，遠(yuǎn)大於美國36%、歐洲27%和日本31%，大力降低煤電比重應(yīng)是電源結(jié)構(gòu)改革的關(guān)鍵，特別是應(yīng)重視合理解決當(dāng)前調(diào)峰問題，不要再依靠煤電違反科學(xué)過度降出力調(diào)峰，即可使煤電比重由64.4%降低到55%。

對現(xiàn)有煤電應(yīng)實行減排改革，如浙能集團嘉興電廠三期7、8號機兩臺百萬千瓦機組按超低排放設(shè)施改革已於2014年6月投運；同時在建的六橫電廠（2臺100萬瓦）和臺州第二電廠（2臺100萬瓦）也正在按超低排放建設(shè)；其效果是排污降到燃?xì)獍l(fā)電排放水平，但需電廠投資增加255元/千瓦，發(fā)電成本增加0.015元/千瓦，即煤電每度成本為0.473元，仍低於燃?xì)獍l(fā)電水平。

大型循環(huán)流化床發(fā)電的超臨界60萬千瓦機組已在四川白馬成功應(yīng)用，因它可燃用低質(zhì)又低價的煤矸石、煤泥和洗中煤（1200～3500大卡/千克），免除浪費廢煤，而它的熱效率可低于濕冷機組303和空冷機組320克/千瓦時，它的單位投資皆接近燃煤大機組?，F(xiàn)有煤電如有條件多發(fā)揮供熱，也提高熱效率。

三、加速發(fā)展核電

為了減少煤電比重，加速發(fā)展核電才最有成效；風(fēng)、太陽、生物等發(fā)電利用小時低，不足以替代化石能源。2014年我國核電容量占1.4%，法國占近80%，韓國占30%，全球核電目前占15%左右，2030年將發(fā)展占25%左右。過去全球核電事故都因為采用早期技術(shù)，如日本福島已服役40年，可靠性低，加上罕見9級地震，所以老核電不安全。我國已投運是后二代技術(shù)，目前采用第三代AP1000機組成為我國發(fā)展的主流，該技術(shù)具備“非能動安全系統(tǒng)”，可以不依賴外部電源，而是依靠重力、溫差等自然力進行驅(qū)動，因此，不會出現(xiàn)日本福島類似的事故。

近年我國科學(xué)研究稱為第四代的〈高溫氣冷堆、也稱快堆〉，首座20萬千瓦核電示范工程散預(yù)計2017年11月在江西瑞金建成發(fā)電，60萬千瓦高溫氣冷堆核電站總體方案也已通過評審。它的發(fā)展優(yōu)勢，一是資源高效利用，因為第三代熱中子核反應(yīng)堆主要利用天然鈾中占0.7%的鈾235，而第四代快堆則利用天然鈾中占99.3%的鈾238，使天然鈾利用率提高60倍以上，所以快堆可實現(xiàn)燃料的增值，叫增值堆，使核能大規(guī)模用數(shù)百年。二是放射性廢物最小化，因壓水堆的乏燃料存在一些長壽命的次量錒系元素（MA），而快堆可以將其燒掉，使放射性廢物對環(huán)境影響縮100倍，一座快堆可以支持5～10座同功率壓水堆MA的嬗變。三是快堆安全性更高，包括喪失所有冷卻情況下，不采取任何人為和機器的干預(yù)，反應(yīng)堆都能保持安全狀態(tài)；在任何情況下，高溫堆都不會發(fā)生堆蕊融化和大量放射性釋放事故。

內(nèi)陸核電和沿海核電一樣安全，核電不應(yīng)僅在沿海裝設(shè)，全世界運行的核電大部分在內(nèi)陸，法國、美國內(nèi)陸核電分別達到69%和61.5%，有些國家如瑞士、烏克蘭、比利時等的核電全部建在內(nèi)陸。若核電項目僅規(guī)定在沿海，核電發(fā)展勢必受到制約。離各負(fù)荷中心有一定的安全距離，皆可裝設(shè)更多中、小型核電，包括地下核電（反應(yīng)堆置地下或山體內(nèi)），逐步作到各地區(qū)電源/負(fù)荷基本平衡；同時核電也應(yīng)以本身20%容量參予調(diào)峰。

四、加大加快水電（包括抽水蓄能）清潔能源建設(shè)，既降煤電比重，又更多承擔(dān)調(diào)峰，我國已成為世界水電強國，2014年底水電裝機達3億千瓦，利用小時達3653。

水電是技術(shù)成熟、出力穩(wěn)定又可調(diào)峰的可再生能源，應(yīng)加大加快水電（包括抽水蓄能）清潔能源建設(shè)，既降煤電比重，又更多承擔(dān)調(diào)峰。我國很多具有調(diào)峰能力的老水電站，可按實際條件研究，擴大調(diào)峰能力，如劉家峽/龍羊峽水電是否可擴大一倍或增裝抽水蓄能。美國大古力水電原裝機200萬千瓦，改擴為888萬千瓦抽水蓄能；我國東北豐滿水電站由64萬千瓦擴改為100萬千瓦、東北白山下庫建2×15萬千瓦水泵抽水到白山水庫蓄能等，都提供快速增大調(diào)峰能力的經(jīng)驗。

過去不理解抽水蓄能移峰填谷的重要性，祗規(guī)定電網(wǎng)公司負(fù)責(zé)投資建設(shè)管理，但急需抽水蓄能配合才能提高火電熱效/排污/安全的火電公司投資受限制。對熟悉抽水蓄能技術(shù)的水電公司本可結(jié)合水電資源、地理條件、科學(xué)優(yōu)選，作到更經(jīng)濟有效的充份發(fā)揮水資源的多發(fā)電又多調(diào)峰的作用也受限制。

因此，建議今后創(chuàng)造優(yōu)惠條件、特別是研究確定加大高峰和低谷電價的差別，如目前廣東高峰（7～12點；19～22點）、平段（12～19點；22～23點）、低谷（23點～次日7點）的電價比例分別為150%、100%、50%。高峰和低谷電價的差別愈大，使抽水蓄能作到低價進（抽水）、高價出（發(fā)電），將鼓勵更多部們、包括商務(wù)企業(yè)也投資建設(shè)抽水蓄能，盡快加速解決當(dāng)前的調(diào)峰問題。

五、隨著燃?xì)赓Y源增加，各地多裝設(shè)燃?xì)廨啓C

作為配合核電、風(fēng)電、太陽能發(fā)電的調(diào)峰機組，又配合避免煤電被迫低出力調(diào)峰造成低效、多排污問題，目前燃?xì)廨啓C比重占5.5%是太不足了。美、日、歐分別占27%、27.4、23.5%，廣東電網(wǎng)現(xiàn)有1408萬千瓦，可擴建6524萬千瓦，2020年增加到19.9%；希望我國第一步立即將燃?xì)廨啓C比重由5.5%增到10%，第二步按燃?xì)赓Y源發(fā)展增到20%。我國燃?xì)廨啓C產(chǎn)業(yè)正進入自立國產(chǎn)化，燃?xì)赓Y源又有所增加，特別是將來頁巖氣的開發(fā)潛力巨大，都為我國多裝燃?xì)廨啓C創(chuàng)造條件。而且它是分散式電源，靠近各負(fù)荷中心裝設(shè)，就近供電，熱效率達55～60%。而且盡量兼顧供熱，大大提高熱效率達80%。它不僅解決調(diào)峰，且可降低煤電裝機比重，減低排污。

六、可再生能源的發(fā)展也必須有調(diào)峰電源配合

2014年我國風(fēng)電并網(wǎng)容量達8805萬千瓦，2015年3月達10107萬千瓦，居世界首位，占全國裝機的7.6%，主要集中在東北、華北和西北，約共占88%。但其年利用小時居世界末位，說明風(fēng)電發(fā)展問題嚴(yán)重，2014年全國風(fēng)電利用小時僅為1893，棄風(fēng)嚴(yán)重；關(guān)鍵是在電源結(jié)構(gòu)上缺調(diào)峰電源配合。歐洲西班牙、德國、丹麥風(fēng)電并網(wǎng)裝機占全國裝機較高，而且其應(yīng)用率也較高，因有相應(yīng)調(diào)峰電源配合。國網(wǎng)公司提出風(fēng)火打捆，要求配裝1.6～2倍于風(fēng)電的大容量火電機組，以提高輸電通道效益，解決風(fēng)電隨機性給電網(wǎng)的沖擊，結(jié)果迫使大容量火電機組深度調(diào)峰，完全違背了節(jié)能減排原則，既不科學(xué)又不可行。

2014年底光伏裝機2805萬千瓦，2015年一季達3312萬千瓦。太陽能發(fā)電有兩種技術(shù)：［太陽能熱發(fā)電］是將太陽能→熱能→機械能→電能；另一是「太陽能光伏發(fā)電」，使用半導(dǎo)體光電器件將光能→電能。對光伏發(fā)電有兩種布局：一是集中式的光伏電站，政府計劃在青海、甘粛、新疆、內(nèi)蒙古、西藏、寧夏、陜西、云南以及華北、東北的部分適宜地區(qū)，并和水電、風(fēng)電結(jié)合互補，計劃到2015/2020年建設(shè)一批1000/2000萬千瓦集中式并網(wǎng)光伏電站，對此應(yīng)考慮同時裝設(shè)有相應(yīng)的調(diào)峰設(shè)施作為批準(zhǔn)的必要條件，否則就不可行。二是分布式光伏發(fā)電應(yīng)優(yōu)先開發(fā)分散/分布型，在城鎮(zhèn)住宅、工業(yè)、經(jīng)濟、公共設(shè)施等建筑屋頂建設(shè)分布式光伏發(fā)電自用，也可供熱自用，計劃到2015/2020年建設(shè)共1000/2700萬千瓦分布式光伏發(fā)電，在建設(shè)地點排序上，要優(yōu)先近負(fù)荷中心，也應(yīng)配合相適應(yīng)的調(diào)峰設(shè)施。

七、結(jié)語

電源結(jié)構(gòu)改革是電源開發(fā)布局亟待決策的關(guān)鍵問題，首先應(yīng)大力提高調(diào)峰電源比重，近年煤電機組為了100～40%出力深度調(diào)峰，估算要多裝機1.2億千瓦，至少相當(dāng)多花1.2億千瓦x3700元/千瓦=4440億元投資，除要多浪費裝機投資外，還造成發(fā)電多耗煤、多排污、縮短煤電機組壽命；采用這個投資足夠裝設(shè)相適應(yīng)的調(diào)峰設(shè)施，才是既安全又經(jīng)濟的合理辦法。二是加快加大水電和核電建設(shè)，同樣可以降低煤電的比重，建設(shè)水電應(yīng)選擇具備調(diào)峰能力。三是適度控制風(fēng)電、太陽能發(fā)電的建設(shè)，必須具備相適應(yīng)的調(diào)峰設(shè)施，才能解決嚴(yán)重的“棄風(fēng)”和“棄光”問題。