(中國電建四川電力設(shè)計(jì)咨詢有限責(zé)任公司，四川 成都 610016)

截止2016年年底，四川全網(wǎng)新能源(風(fēng)電、光伏電站)總裝機(jī)規(guī)模達(dá)到為2 197 MW，其中風(fēng)電1 247 MW、太陽能光伏電站950 MW；2016年風(fēng)電年利用小時數(shù)為2 247 h、光伏電站年利用小時數(shù)為1 476 h。

根據(jù)最新四川省新能源(風(fēng)電、光伏電站)規(guī)劃，到2020年四川全省規(guī)劃及現(xiàn)有風(fēng)電總裝機(jī)達(dá)到約7 500 MW，太陽能光伏電站達(dá)到約3 600 MW。未來“十三五”中后期四川省新能源(風(fēng)電、光伏電站)的實(shí)際電力建設(shè)空間、建設(shè)時序、建設(shè)后經(jīng)濟(jì)效益等，則與未來“十三五”中后期四川省的電力系統(tǒng)發(fā)展?fàn)顩r(包括電力負(fù)荷需求增長、四川省電源建設(shè)規(guī)劃、電網(wǎng)建設(shè)規(guī)劃)、國家及四川省對非水新能源、水電、化石能源等電力消納政策(包括合理消納新能源，如何兼顧平衡合理控制四川省水電棄水問題、火電利用小時數(shù)下降問題等)息息相關(guān)；此外，電網(wǎng)屆時的實(shí)際投產(chǎn)建設(shè)進(jìn)度、基于電網(wǎng)安全下的輸電通道實(shí)際可能輸電能力等對新能源(風(fēng)電、光伏電站)的順利送出亦有較大影響。若不能順利送出，則新能源被限電而出現(xiàn)棄風(fēng)、棄光等問題的概率和風(fēng)險將加大，將直接影響四川省“十三五中后期”新能源項(xiàng)目建設(shè)必要性及項(xiàng)目建設(shè)的經(jīng)濟(jì)效益。

基于四川全網(wǎng)現(xiàn)有及未來明確的電力邊界條件，從四川省2020年全口徑電網(wǎng)電力電量平衡、新能源建設(shè)對四川省水火電影響、“十三五”中后期電網(wǎng)實(shí)際可能輸電能力等多方面計(jì)算、研究、分析 “十三五”期間四川全網(wǎng)電力發(fā)展對“十三五”中后期新能源(風(fēng)電、光伏電站)建設(shè)規(guī)模影響以及2020年四川新能源合理的規(guī)劃建設(shè)規(guī)模容量。

1 “十三五”期四川電力發(fā)展規(guī)劃

1.1 電力負(fù)荷需求預(yù)測

2016年四川電網(wǎng)調(diào)度口徑最大用電負(fù)荷為35 400 MW，全年用電量為186 800 GWh，外送電量為130 000 GWh。2016年四川全網(wǎng)電力供需總體呈現(xiàn)“豐盈枯足”狀況。豐、平水期水電快速增長，水電電量大量富余，水電豐水期棄水電量高達(dá)141 40 GWh。

根據(jù)四川電網(wǎng)“十二五”期歷史用電現(xiàn)狀，結(jié)合四川省“十三五”期國民經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展規(guī)劃，“十三五”期四川全網(wǎng)需電量和最高用電負(fù)荷的年均增長率分別按照約4.64%、4.82%考慮，到2020年四川電網(wǎng)全口徑的需電量和最高負(fù)荷需求預(yù)測分別為250 000 GWh和47 200 MW(這一數(shù)值是以近幾年四川全省實(shí)際用電現(xiàn)狀為基礎(chǔ)做的一預(yù)測值，且被四川省發(fā)改委認(rèn)可)。

1.2 電源規(guī)劃

截止2016年年底，四川電網(wǎng)全口徑裝機(jī)容量水電72 455 MW、火電16 420 MW、風(fēng)電1 247 MW、太陽能光伏電站950 MW。

2016年四川電網(wǎng)繼續(xù)開展節(jié)能發(fā)電調(diào)度試點(diǎn)工作，并嚴(yán)格執(zhí)行省政府年度發(fā)電機(jī)會，全力保障風(fēng)電、水電及其他可再生能源發(fā)電優(yōu)先上網(wǎng)。2016年四川電網(wǎng)水電機(jī)組平均年利用小時數(shù)為4 246 h，火電機(jī)組較低為2 133 h，風(fēng)電機(jī)組為2 247 h，太陽能光伏電站為1 476 h。

根據(jù)四川電網(wǎng)全口徑電源規(guī)劃，到2020年四川水電裝機(jī)總?cè)萘窟_(dá)到為83 770 MW，四川火電裝機(jī)總?cè)萘窟_(dá)到為18 010 MW。根據(jù)成都勘測設(shè)計(jì)研究院有限公司(以下簡稱成勘院)最新提供的四川省新能源(風(fēng)電、光伏電站)規(guī)劃，初步規(guī)劃到2020年四川全省風(fēng)電總裝機(jī)(新增規(guī)劃+現(xiàn)有)規(guī)模達(dá)到約7 500 MW，太陽能光伏電站規(guī)模(新增規(guī)劃+現(xiàn)有)達(dá)到約3 600 MW[1]。

1.3 川電出口外送通道建設(shè)及規(guī)劃

截止2016年年底，四川電網(wǎng)與區(qū)外電網(wǎng)(西北電網(wǎng)、重慶電網(wǎng)、華東電網(wǎng))通過“4直+4交”(其中4直為：1回德陽—寶雞±500 kV直流工程、1回向家壩—上海±800 kV特高壓直流工程、1回錦屏—蘇南±800 kV特高壓直流工程、1回溪洛渡左—浙西±800 kV特高壓直流工程；“十三五”期4回直流豐水期可實(shí)現(xiàn)最大外送電力為24 600 MW?！?交”為：2回黃巖—萬縣500 kV交流線路、2回洪溝—板橋500 kV交流線路)交直流輸電線路實(shí)現(xiàn)電力交換，“十三五”期該4回交流線路豐水期大方式下可實(shí)現(xiàn)最大外送電力為4 000 MW。

根據(jù)最新四川電網(wǎng)規(guī)劃，到2020年四川電網(wǎng)與區(qū)外電網(wǎng)交換的川電出口交直流輸電線路在現(xiàn)有電網(wǎng)基礎(chǔ)上發(fā)展為“5直+6交”(其中增加1回雅中—江西±800 kV特高壓直流[2-3]、2回資陽—思源500 kV交流線路)。

2 “十三五”期四川電網(wǎng)新能源建設(shè)空間以及對四川本省水火電影響分析

2.1 四川“十三五”中后期新能源電力建設(shè)空間及電能消納功能定位

四川電網(wǎng)“十三五”中后期新能源電力建設(shè)空間及電能消納功能定位為：新能源部分電能在四川省內(nèi)電力市場消納；在不額外增加送電通道條件下，部分新能源電能借助川西南多回特高壓直流輸電平臺實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)輸區(qū)外電網(wǎng)。

風(fēng)電、光伏電站作為非水可再生新能源，綠色、清潔、環(huán)保、占地少，對于補(bǔ)充四川省電源結(jié)構(gòu)、部分緩解四川省與區(qū)外電網(wǎng)環(huán)保減排壓力等方面將發(fā)揮一定的積極作用。

2.2 2020年四川全省電量平衡計(jì)算分析

1)新能源參與2020年四川全口徑電力平衡影響分析

2020年四川電網(wǎng)有如下明確的電力邊界條件：①全口徑最大電力用電負(fù)荷47 200 MW、需電量250 000 GWh；②2020年四川水、火電裝機(jī)總?cè)萘糠謩e達(dá)到83 770 MW、18 010 MW；③2020年豐期8月川電經(jīng)交直流外送通道“5直6交”共可實(shí)現(xiàn)最大外送電力36 600 MW；④四川風(fēng)電保證率考慮為80%；⑤鑒于太陽能光伏電站出力的隨機(jī)性與間歇性，不納入四川全網(wǎng)電力平衡；⑥四川電網(wǎng)豐期8月、枯期(2月與12月)用電負(fù)荷大方式。

根據(jù)風(fēng)電出力特性：考慮保證率為80%條件下，夏季8月風(fēng)電平均出力約為其裝機(jī)容量的5%，冬季12月風(fēng)電平均出力約為其裝機(jī)容量的15%；若考慮2020年風(fēng)電規(guī)劃裝機(jī)總?cè)萘繛? 500 MW，其分別對應(yīng)8月、12月風(fēng)電利用容量均相對較低，其中8月風(fēng)電利用容量僅為380 MW、12月風(fēng)電利用容量有所提升為1 100 MW；風(fēng)電利用容量占四川全系統(tǒng)需要容量的比例分別為0.4%(8月)、1.7%(12月)，因此四川風(fēng)電在保證率為80%條件下整體出力均較低。

鑒于12月(四川火電裝機(jī)控制月份)風(fēng)電出力較低，因此四川規(guī)模風(fēng)電在系統(tǒng)高峰負(fù)荷時段對常規(guī)機(jī)組(火電)的替代作用十分有限；亦即四川風(fēng)電容量效益低，其整體的風(fēng)電裝機(jī)容量規(guī)模(無論是7 500 MW抑或?yàn)橛兴{(diào)整)對四川電力平衡的火電裝機(jī)容量影響很小。

四川太陽能光伏電站總?cè)萘啃?，且其日最大出力出現(xiàn)在12:00～15:00時間段，出力波動亦較大，存在相當(dāng)?shù)牟淮_定性；而四川電網(wǎng)豐期、枯期日負(fù)荷最大出現(xiàn)的主要時刻在19:00～20:00左右，光伏電站出力已很小甚至接近0，因此四川光伏電站裝機(jī)容量規(guī)模對四川本省火電的裝機(jī)容量規(guī)模沒有影響。

總之，四川新能源(風(fēng)電、太陽能光伏)電站裝機(jī)容量對滿足四川電力平衡的火電裝機(jī)容量需求影響很小。

2)2020年四川全口徑電量平衡分析計(jì)算

具有相當(dāng)規(guī)模容量的新能源(風(fēng)電+光伏電站)接入系統(tǒng)后，盡管其本身出力特性具有間歇性與不確定性特征，但若其所發(fā)電量均全部送入電網(wǎng)后，因其所發(fā)電量的累積效應(yīng)，則勢必對四川本省現(xiàn)有的水火電所發(fā)電量及經(jīng)濟(jì)效益產(chǎn)生一定的影響。

考慮到2020年四川新能源的初步規(guī)劃方案10 100 MW(風(fēng)電7 500 MW+光伏電站3 600 MW)總?cè)萘織l件，一方面將較大增加四川水電豐水期棄水電量，鑒于水電本身亦為清潔能源且單位發(fā)電上網(wǎng)電價更具競爭力，因此為消納更多新能源發(fā)電量而增加過多豐水期棄水電量的舉措不盡合理；另一方面對四川火電利用小時數(shù)亦有相當(dāng)影響，因此嘗試研究兼顧水、火、新能源發(fā)電相對均衡的2020年新能源合理規(guī)劃裝機(jī)容量為6 400 MW(風(fēng)電場5 000 MW+光伏1 400 MW)。對應(yīng)初步規(guī)劃方案與合理規(guī)劃方案參與四川全網(wǎng)電量平衡計(jì)算對比如表1所示。

合理規(guī)劃新能源方案中2020年新能源總裝機(jī)容量考慮兩個電力邊界條件：①四川的3種清潔能源(水電、風(fēng)電、光伏電站)豐水期(6～10月)棄水、棄風(fēng)、棄光占各對應(yīng)類型電站豐水期發(fā)電量的比例均約為10%；②風(fēng)電、光伏電站新能源全年發(fā)電總量占四川負(fù)荷所需電量的比例不小于5%。需要說明的是上述兩條件是參考目前國家及四川省能源局所執(zhí)行的對新能源[4]、水電的電能消納政策綜合平衡考慮的。

2020年風(fēng)電、光伏電站年利用小時數(shù)分別考慮為：風(fēng)電平均年利用小時數(shù)約2 200 h、光伏電站平均年利用小時數(shù)約1 230 h。

根據(jù)表1計(jì)算結(jié)果可知：

1)2020年四川電網(wǎng)在考慮優(yōu)先消納非水清潔能源(風(fēng)電場、光伏電站)且新能源規(guī)模為初步規(guī)劃方案規(guī)模(風(fēng)電7 500 MW+光伏電站3 600 MW)的條件下：①2020年四川電網(wǎng)水電全年利用小時數(shù)約為4 170 h，其中豐水期(6～10月)調(diào)峰棄水電量高達(dá)約28 070 GWh。②由于全年非水清潔能源(風(fēng)電場、光伏電站)所發(fā)電量對四川火電的部分替代效應(yīng)，2020年四川火電全年利用小時數(shù)降低至為1 735 h。

2)2020年若四川全網(wǎng)新能源規(guī)模調(diào)整為合理規(guī)模方案(風(fēng)電5 000 MW+光伏電站1 400 MW)，對應(yīng)此裝機(jī)規(guī)模條件：①2020年四川電網(wǎng)水電全年利用小時數(shù)基本不變，但其中豐水期(6～10月)調(diào)峰棄水電量降低到約為25 360 GWh。②2020年四川火電全年利用小時數(shù)提高至2 017 h，接近2016年火電機(jī)組年利用小時數(shù)水平。③對應(yīng)該方案下新能源所發(fā)電量占比全省用電負(fù)荷需求量的5%。

3)通過分析比較2020年四川電網(wǎng)在兩種不同新能源總裝機(jī)規(guī)模條件下的全網(wǎng)電量平衡計(jì)算結(jié)果可知：相對而言，通過適當(dāng)降低新能源裝機(jī)規(guī)模容量(風(fēng)電5 000 MW+光伏電站1 400 MW)對四川電網(wǎng)2020年水電豐期棄水量以及降低四川本省火電利用小時數(shù)的影響相對更小。具體為：一方面，四川電網(wǎng)2020年豐期棄水電量可降低約2 710 GWh；另一方面，四川火電利用小時數(shù)可提高至接近2016年火電機(jī)組年利用小時數(shù)水平。

2.3 “十三五”中后期新能源建設(shè)對四川水電豐期棄水問題與四川火電年利用小時數(shù)影響分析

“十三五”中后期，根據(jù)川西風(fēng)電、光伏電站全年出力特性，全年風(fēng)電、光伏電站均有電量送入四川主網(wǎng)。但由于，一方面豐水期四川電網(wǎng)本存在大量調(diào)峰棄水電量，在四川豐水期外送電力電量確定的條件下，四川電網(wǎng)實(shí)際運(yùn)行中要么選擇棄風(fēng)(即損失風(fēng)電豐水期所發(fā)電量)和棄光(損失光伏豐期發(fā)電量)，即豐水期存在非水清潔能源(風(fēng)電和光伏電站)棄風(fēng)和棄光風(fēng)險，此將影響風(fēng)電和光伏電站運(yùn)行經(jīng)濟(jì)效益；如果四川電網(wǎng)優(yōu)先消納風(fēng)電，則必將加劇四川電網(wǎng)本就存在的大量棄水問題。另一方面，由于全年非水清潔能源(風(fēng)電、光伏電站)所發(fā)電量對四川火電發(fā)電量的替代效應(yīng)，四川火電全年利用小時數(shù)則勢必降低。

表1 2020年四川電網(wǎng)電量平衡表 單位：100 GWh/h

“十三五”期四川省的新能源規(guī)劃及現(xiàn)有的總裝機(jī)規(guī)模對四川省現(xiàn)有的水火電經(jīng)濟(jì)性有相當(dāng)影響，2020年四川新能源總裝機(jī)規(guī)模容量需要兼顧平衡考慮其所發(fā)電量對四川水電棄水及降低火電利用小時數(shù)的影響問題；從兼顧未來“十三五”中后期四川省的新能源規(guī)劃建設(shè)對四川水火電的影響等多方面考慮，四川電網(wǎng)2020年新能源總裝機(jī)規(guī)模控制在約6 400 MW(風(fēng)電場5 000 MW+光伏1 400 MW)，更有利于電網(wǎng)接納與控制合理裝機(jī)總?cè)萘俊?/p>

3 四川電網(wǎng)輸電能力對新能源規(guī)模影響分析

根據(jù)成勘院最新提供的四川省新能源(風(fēng)電、光伏電站)規(guī)劃資料內(nèi)容，四川規(guī)劃建設(shè)風(fēng)電總量的約87%、太陽能光伏電站總量的約63%均主要集中在川西南的涼山州、攀枝花、甘南地區(qū)；而該地區(qū)亦是四川最大的清潔能源外送基地，局部220 kV電網(wǎng)薄弱，500 kV升壓主變壓器容量配置不足對整個清潔能源的順利送出有一定的制約，因此下面主要從“十三五”中后期2018年、2020年川西南規(guī)劃建設(shè)的新能源所在地220 kV/500 kV及以上主干電網(wǎng)接納能力、輸電能力分別分析研究其對新能源建設(shè)規(guī)模的影響。

涼山州規(guī)劃建設(shè)的新能源(風(fēng)電、光伏電站)主要集中在木里縣、鹽源縣、涼山南部地區(qū)(德昌縣、普格縣、寧南縣、會理縣、會東縣)、涼山中北部地區(qū)(西昌市、喜德縣、冕寧縣、越西縣、甘洛縣)、涼山東部地區(qū)(昭覺縣、布拖縣、金陽縣、美姑縣、雷波縣)以及攀枝花地區(qū)的米易縣、延邊縣、仁和區(qū)等地。

川西南地區(qū)已建成投產(chǎn)或規(guī)劃建設(shè)的新能源電站均考慮通過就近接入電網(wǎng)、逐級升壓、匯集接力送電至四川500 kV主干電網(wǎng)及參與部分川電外送，具體為：1)新能源電站經(jīng)110 kV/220 kV匯集升壓后通過1回或多回220 kV線路再送電至涼山、攀枝花220 kV主干電網(wǎng)的相關(guān)樞紐站點(diǎn)(包括送電至500 kV升壓變電站的220 kV側(cè))；2)經(jīng)川西南現(xiàn)有及規(guī)劃新建的500 kV升壓變電站升壓至500 kV電壓等級；3)借助現(xiàn)有及規(guī)劃新建的川西南500 kV水電送出主干通道的輸電能力接力送電至四川500 kV主干電網(wǎng)或經(jīng)規(guī)劃新建的1回雅中特高壓直流(計(jì)劃2019年投運(yùn))外送至區(qū)外電網(wǎng)。

3.1 2018年川西南220 kV及以上主干電網(wǎng)輸電能力對新能源建設(shè)影響分析

主要電網(wǎng)建設(shè)及邊界條件：1)2018年鹽源500 kV變電站(1×750 M變壓器)建成投運(yùn)，會東500 kV變電站(2×750 M變壓器)建成投運(yùn)；2)涼山南部電網(wǎng)通過周家堡—月城2回220 kV線路、永郎—月城3回220 kV線路與涼山主網(wǎng)連接，且2018年仍維持：周家堡—普格—杜家灣為單回220 kV線路，杜家灣—會東—會理220 kV線路導(dǎo)線截面為400 mm2。

“十三五”中后期川西南地區(qū)建設(shè)已投或規(guī)劃建設(shè)的新能源電站所發(fā)電力送電至220 kV及以上主干電網(wǎng)后，主干電網(wǎng)某些線路斷面潮流增加，為保證電網(wǎng)運(yùn)行安全：1)滿足電網(wǎng)全接線及電網(wǎng)N-1時各種運(yùn)行方式下，相關(guān)電網(wǎng)線路輸送潮流均不超過該線路本身熱穩(wěn)極限；2)匯集升壓容量不超過500 kV升壓變壓器容量；3)相關(guān)220 kV/500 kV線路必須滿足系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定計(jì)算條件要求。

2018年川西南地區(qū)現(xiàn)有及規(guī)劃(含已核準(zhǔn))新能源(風(fēng)電、太陽能光伏)總?cè)萘考s為4 300 MW，2018年詳細(xì)的電網(wǎng)潮流穩(wěn)定計(jì)算結(jié)果標(biāo)明：為滿足川西南新能源送出的220 kV及以上電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行相關(guān)要求，根據(jù)2018年新能源建設(shè)地及周邊電網(wǎng)接納條件以及電網(wǎng)輸電能力大小，該地區(qū)新能源(風(fēng)電+太陽能光伏)豐水期約有2 000 MW，枯水期約有1 400 MW容量存在限電風(fēng)險。

3.2 2020年川西南220 kV及以上主干電網(wǎng)輸電能力對新能源建設(shè)影響分析

主要電網(wǎng)建設(shè)及邊界條件：1)2019年規(guī)劃建設(shè)投運(yùn)1回雅中—江西特高壓直流輸電工程；2)涼山南部電網(wǎng)新建杜家灣—普格—周家堡第2回220 kV線路。2020年川西南500 kV及以上電網(wǎng)規(guī)劃圖如圖1所示。

若2020年四川全省現(xiàn)有及規(guī)劃(含已核準(zhǔn))新能源(風(fēng)電、太陽能光伏)總?cè)萘靠刂圃诤侠硪?guī)模，約為6 400 MW(風(fēng)電5 000 MW+太陽能光伏1 400 MW)，其中對應(yīng)川西南(涼山州、攀枝花、甘南)地區(qū)現(xiàn)有及規(guī)劃(含已核準(zhǔn))新能源(風(fēng)電4 400 MW+太陽能光伏900 MW)總?cè)萘考s為5 300 MW，則2020年詳細(xì)的電網(wǎng)潮流穩(wěn)定計(jì)算結(jié)果表明，該地區(qū)新能源(風(fēng)電+太陽能光伏)接入川西南220 kV及以上主網(wǎng)后均基本可實(shí)現(xiàn)電力順利送出。

圖1 川西南500 kV及以上電網(wǎng)規(guī)劃

4 結(jié) 語

“十三五”期四川省的新能源規(guī)劃建設(shè)，對于補(bǔ)充四川省電源結(jié)構(gòu)、部分緩解四川省與區(qū)外電網(wǎng)環(huán)保減排壓力等方面將發(fā)揮一定的積極作用；但未來“十三五”中后期新能源(風(fēng)電、光伏)的總規(guī)劃裝機(jī)容量規(guī)模，一方面既受本省整體電力建設(shè)空間大小制約，又對四川本省的水電豐期棄水及火電利用小時數(shù)有影響；另一方面，規(guī)劃新能源建成投產(chǎn)后最終能否順利送出亦受電網(wǎng)建設(shè)的輸電能力影響。其中2018年川西南規(guī)劃建設(shè)投產(chǎn)的部分新能源存在豐、枯期被限電風(fēng)險；隨著2019年1回雅中—江西特高壓直流輸電工程的建設(shè)投運(yùn)，“十三五”末期川西南一定容量規(guī)模的新能源建成投產(chǎn)后，其所發(fā)電力基本能順利送出。

[1] 四川電力設(shè)計(jì)咨詢有限責(zé)任公司. 四川省涼山州風(fēng)電基地規(guī)劃研究[R].2014.

[2] 國網(wǎng)四川省電力公司.四川“十三五”電網(wǎng)發(fā)展規(guī)劃總報(bào)告[R].2015.

[3] 國網(wǎng)北京經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院，中國電力工程顧問集團(tuán)西南電力設(shè)計(jì)院有限公司. 雅中—江西±800 kV特高壓直流輸電工程可行性研究報(bào)告[R].2015.

[4] 國網(wǎng)四川省電力公司. 2016年四川電網(wǎng)運(yùn)行方式[R].2016.