作為我國科技創(chuàng)新及能源電力領(lǐng)域的標志性成就,特高壓輸電技術(shù)及其工程正在愈來愈被人們所矚目。預(yù)計未來隨著一批特高壓輸電通道的陸續(xù)建成,“西電東送”、“北電南送”的特高壓跨區(qū)域網(wǎng)架送電格局將會初步實現(xiàn)。
值得一提的是,我國一批規(guī)劃中位于三北地區(qū)的特高壓輸電通道起點,即是計劃開發(fā)的煤炭資源蘊藏豐富的煤電基地,同時又是風(fēng)能資源和太陽能資源的富集區(qū)域,特高壓輸電通道可以“風(fēng)火打捆”的方式帶送更多可再生能源電力,進而實現(xiàn)遠距離、跨區(qū)域輸電的可靠性、經(jīng)濟性以及清潔性的多重效益。不久前竣工運行的哈密-鄭州±800kV輸電通道就是運用這一思路的代表工程。
事實上,借助特高壓還可以做得更多。我們完全可以特高壓輸電通道的工程建設(shè)為契機,在受端電網(wǎng)同時建設(shè)電力供熱設(shè)施,如此,一來可以有利提高輸電通道送電能力或運用效率,二來又可通過電力供熱,拓展風(fēng)電等可再生能源的更大消納空間,改善受端電網(wǎng)負荷特性,并為受電地區(qū)減少燃煤廢氣排放和減緩大氣污染狀況做出貢獻。
電力供熱與風(fēng)電清潔供暖
所謂電力供熱,是指以電力為能源動力,借助制熱、蓄熱以及管網(wǎng)等設(shè)施,滿足城鎮(zhèn)區(qū)域或特定對象熱力供應(yīng)需求的用能方式。
這種具備了現(xiàn)代用能特征的供熱方式,因為具有明顯的環(huán)境效益和社會效益而有著廣泛的應(yīng)用前景。一般而言,城鎮(zhèn)區(qū)域的用熱需求具有季節(jié)性特點,例如冬季采暖,但若將另外一些具有季節(jié)互補性特點的用電及儲能利用考慮在內(nèi)的話,例如制冷、制氫及海水淡化等,那么本文所謂電力供熱,其實可以有更廣義的理解和應(yīng)用。
本文所論電力供熱,是指在輸電通道受端電網(wǎng)同期建設(shè)電力供熱設(shè)施,從而加大負荷低谷時段電力負荷需求,降低受端電網(wǎng)負荷峰谷差,提高 受端電網(wǎng)調(diào)峰能力,以使環(huán)境效益與經(jīng)濟效益得以提高的特定運用方式。
風(fēng)電清潔供暖則是電力供熱的重要組成部分,亦是我國北方地區(qū)提供風(fēng)電消納能力,緩解冬季供暖期風(fēng)電并網(wǎng)困難的積極措施。
所論電力供熱以及風(fēng)電清潔供暖,至少具有以下幾方面的應(yīng)用意義:
?。?)熱力負荷可以依據(jù)電網(wǎng)要求安排用電運行,其可以降低電網(wǎng)負荷峰谷差,亦可以儲能設(shè)施地位為電網(wǎng)削峰填谷做出貢獻;
(2)作為電力用戶,供熱設(shè)施的運行有利于減少或替代受端電網(wǎng)燃煤等大量落后用能設(shè)備設(shè)施,為社會創(chuàng)造可貴的環(huán)境效益;
?。?)利用特高壓輸電通道推行電力供熱,事實上還有利于提高輸電通道的輸電效率,以及打捆外送更多的可再生能源電力。有關(guān)于此,后文還將有所說明。
方式方法
?。ㄒ唬┗緲?gòu)想
我國規(guī)劃建設(shè)中的特高壓輸電通道,由于涉及輸電效率的提高,以及受端電網(wǎng)調(diào)峰能力的限制,從而面臨負荷特性的選擇,或說是通道運行方式的確定問題。一般地,可以依據(jù)是否承擔(dān)受端電網(wǎng)調(diào)峰(包括承擔(dān)多少),原則劃分出承擔(dān)或不承擔(dān)受端電網(wǎng)調(diào)峰的通道運行方式。而就一個服務(wù)于火電與風(fēng)電打捆開發(fā)并送電的輸電通道而言,受到通道輸送容量、送電電能頻率以及火電機組跟蹤速動性能的限制,當(dāng)其有較高比例的風(fēng)電容量時,該輸電通道的實際出力還會表現(xiàn)出一定的不確定性。
本文參考地處我國北方地區(qū),尚處于規(guī)劃論證中的某特高壓輸電通道的出力分析數(shù)據(jù),繪制了一幅輸電通道風(fēng)火打捆運用方式下的出力特性模擬圖,參見圖1。
圖1示意的兩條曲線代表著兩種通道運行方式,當(dāng)不承擔(dān)受端電網(wǎng)調(diào)峰任務(wù)時,日負荷曲線相對平緩;而當(dāng)通道部分承擔(dān)受端電網(wǎng)調(diào)峰任務(wù)時,其日負荷曲線0時-8時段有一明顯的谷底過程。順便說明,后者的出力過程是與所賦予的調(diào)峰任務(wù)要求相聯(lián)系的,而該圖對應(yīng)的調(diào)峰任務(wù)要求是一階梯狀的設(shè)定曲線。
顯然,實際運用中,某輸電通道具體采用何種運用方式,或是否承擔(dān)受端電網(wǎng)調(diào)峰任務(wù),是需要有關(guān)方面定奪的,但其中不爭的事實是,承擔(dān)調(diào)峰的運用方式會相應(yīng)降低通道輸電效率,減少通道等效利用小時數(shù),甚至致使風(fēng)電棄風(fēng)率增高;而不承擔(dān)調(diào)峰的運用方式,則會因受端電網(wǎng)擔(dān)負更大調(diào)峰壓力,其實是轉(zhuǎn)嫁了運用成本和風(fēng)險。“承擔(dān)”,或是“不承擔(dān)”,成為了“魚與熊掌”之爭。
在通道受端電網(wǎng)推行電力供熱,可以成為一條解決之道。可使輸電通道依照不承擔(dān)方式運行,而受端電網(wǎng)則借助規(guī)劃建設(shè)的電力供熱設(shè)施,使用輸電通道不承擔(dān)方式較承擔(dān)方式的多發(fā)電力生產(chǎn)供熱,如此,則通道受端一側(cè)仍承受的是原有承擔(dān)方式的送電過程。具體實施時,受端電網(wǎng)電力供熱設(shè)施可以僅使用低谷負荷時段相應(yīng)的兩種方式的差值電力,參見圖1陰影部分。
顯然,這樣的設(shè)計既可實現(xiàn)不承擔(dān)方式的運用效能,又可保證承擔(dān)方式與受端電網(wǎng)的“友好聯(lián)接”狀態(tài)。
根據(jù)出力分析數(shù)據(jù),可以測算電力供熱可用電量,以及設(shè)備設(shè)施的裝機容量。對于圖1示例而言,若取0時-8時為用電時段,則電力供熱可用電量約為不承擔(dān)調(diào)峰方式相應(yīng)電量的4.9%,而供熱設(shè)備設(shè)施容量約為通道最大負荷的12.3%。
進一步測算可知,上述4.9%的可用電量中,風(fēng)電占比約為39%,換言之,在提供給電力供熱的可用電量里,屬于打捆外送的風(fēng)電電量有著較高比重。
?。ǘ┘毠?jié)思考
能夠看出,從上面測算的電力供熱可用電量和設(shè)備設(shè)施裝機容量,聯(lián)想我國規(guī)劃建設(shè)特高壓通道的輸電能力,在輸電通道受端電網(wǎng)推行電力供熱以及風(fēng)電清潔供暖,有著巨大的潛在價值。政府主管部門、電網(wǎng)公司以及市政供熱企業(yè),可以根據(jù)特高壓輸電通道的建設(shè)計劃及早做出深入研究和工作部署。
本文特別提示以下技術(shù)細節(jié)供參考:
?。?)從熱力用戶的需求特點,以及降低電網(wǎng)的布線成本考慮,電力供熱設(shè)施的規(guī)劃建設(shè)宜多采用分布式。
?。?)從電網(wǎng)運行一體化的角度考慮,配套建設(shè)的電力供熱設(shè)施不一定與特高壓通道落地側(cè)直接連線用電,但用電時段、電量計量及電費結(jié)算等應(yīng)該對接管理,并將其納入統(tǒng)一的運行系統(tǒng)。
(3)假使采用直接連線方式,當(dāng)有備用電源,以保證電力供熱設(shè)施的可靠運行,盡管其較一般電力用戶對于供電的穩(wěn)定性要求不高。不過,此種情形的用電費用應(yīng)事先有所協(xié)商,且供熱設(shè)施經(jīng)營方能夠控制相關(guān)成本。
?。?)為適應(yīng)熱力負荷波動,降低對于電網(wǎng)的沖擊影響,電力供熱設(shè)施設(shè)備有必要考慮具有充分儲熱容量的技術(shù)方案。
?。?)鑒于電力供熱設(shè)施用電存在一定的波動性,尤其是客觀上存在著用電的季節(jié)差異性,亦即實際運行中可能存在有冗余電力(高于額定用電或多于供熱時間),可以在更廣義的范圍考慮有關(guān)用電設(shè)施的應(yīng)用研究與布局(例如夏季制冷或海水淡化應(yīng)用等)。
政策建議
借助特高壓推進電力供熱以及風(fēng)電清潔供暖的應(yīng)用,無論是思想認識,或是經(jīng)驗,以及現(xiàn)行電力體系框架層面,都還有諸多工作要做,尤其需要在政策保證方面有所作為,以期能夠正確引導(dǎo)并使之可持續(xù)發(fā)展。
從我國目前城鎮(zhèn)供熱行業(yè)的現(xiàn)狀看,影響電力供熱形式投資項目發(fā)展的主要制約因素在于經(jīng)營成本問題。對于電力供熱的主體設(shè)施—用電鍋爐設(shè)備來說,相比燃煤燃氣動力方式,其單位熱值的一般工業(yè)用電價格要較燃煤燃氣價格高得多,這致使電力供熱的經(jīng)濟性明顯不及其他傳統(tǒng)供熱方式。
為保證計劃的實施,建議對受端電網(wǎng)配套建設(shè)的電力供熱項目,研究制訂專項政策,以期能夠?qū)崿F(xiàn)降低電力供熱投資項目經(jīng)營成本的基本目標。
有關(guān)政策制訂可以基于如下事實:一是電力供熱可用電量對于通道總送電量的占比較?。ㄇ拔臏y算數(shù)據(jù)約為4.9%),由此涉及的發(fā)供電相對收益亦低;二是從項目授予、系統(tǒng)接入或通道建設(shè)、銷售電價保證等方面看,特高壓通道的發(fā)輸電企業(yè)具有特許經(jīng)營權(quán)的性質(zhì),由此可以賦予其相應(yīng)義務(wù)。
可考慮按如下思路制訂相關(guān)政策:一是供熱企業(yè)按照不高于燃煤成本測算的“成本電價”結(jié)算經(jīng)營,參見下式:
二是該“成本電價”與一般工業(yè)用電價格差所導(dǎo)致的“收益損失”,由輸電通道涉及的發(fā)電和輸電企業(yè)分攤。
結(jié)語
借助特高壓輸電通道建設(shè)在受端電網(wǎng)推行電力供熱以及風(fēng)電清潔供暖,既可實現(xiàn)所謂不承擔(dān)調(diào)峰任務(wù)方式的運用效能,又可提供所謂承擔(dān)調(diào)峰任務(wù)方式的“友好聯(lián)接”,而所討論的技術(shù)細節(jié)和政策建議也為實施提供了方法和方向。
相信只要相關(guān)措施得當(dāng),借助特高壓推進電力供熱以及風(fēng)電清潔供暖一定會取得預(yù)期效益,亦會由此產(chǎn)生不可估量的示范效應(yīng)。