影響東北地區(qū)電力系統(tǒng)中長期發(fā)展戰(zhàn)略的基本問題研究

鄭志勤，閆振宏，王 昊

(東北電力科學(xué)研究院有限公司，遼寧 沈陽 110006)

東北地區(qū)是國內(nèi)的重工業(yè)生產(chǎn)基地，尤其是冶金、石化、礦山、機械制造等領(lǐng)域在國內(nèi)占重要的地位，東北電網(wǎng)歷史上是國內(nèi)最早和最大的電網(wǎng)。隨著國民經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)調(diào)整進(jìn)度的加快，近年來東北地區(qū)的GDP增長率始終高于全國平均水平，且幅度逐年增加，這為東北老工業(yè)基地的振興奠定了堅實的基礎(chǔ)。新的發(fā)展形勢要求東北電網(wǎng)必須不斷加快建設(shè)速度，以適應(yīng)國民經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)調(diào)整的迫切要求和東北地區(qū)區(qū)域資源優(yōu)化配置的發(fā)展要求。

低碳經(jīng)濟(jì)問題引起了全球各國的關(guān)注，氣候變化問題更引發(fā)了世界各國對低碳發(fā)展模式的迫切要求，這也促使每個企業(yè)必須重新思考企業(yè)的戰(zhàn)略定位和發(fā)展模式。能源行業(yè)是經(jīng)濟(jì)發(fā)展的基礎(chǔ)和碳排放的第一大戶，因此，提高能源利用效率，開發(fā)利用新能源，優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)，推進(jìn)產(chǎn)業(yè)升級，是發(fā)展低碳經(jīng)濟(jì)的核心。電力行業(yè)應(yīng)以資源和環(huán)境為前提，從戰(zhàn)略的高度思考電網(wǎng)的發(fā)展戰(zhàn)略，以應(yīng)對低碳經(jīng)濟(jì)為取向的能源變革，確立科學(xué)發(fā)展方向，實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展［1］。

東北地區(qū)電力系統(tǒng)中長期發(fā)展戰(zhàn)略應(yīng)充分考慮環(huán)境約束條件，以低碳經(jīng)濟(jì)為導(dǎo)向。一方面最大限度提高能源的終端利用效率;另一方面大力開發(fā)利用新能源，全面提升東北電網(wǎng)的區(qū)域資源優(yōu)化配置能力，促進(jìn)節(jié)能減排，提高電能利用效率，擴(kuò)大電網(wǎng)對可再生能源的接受能力。本文深入研究東北地區(qū)電力系統(tǒng)中長期發(fā)展所面臨的挑戰(zhàn)和困境，為東北地區(qū)電力系統(tǒng)的長期可持續(xù)發(fā)展提出建議。

1 東北地區(qū)能源資源基本情況

東北地區(qū)是典型的以煤炭為主要一次能源的地區(qū)，東北地區(qū)煤炭基地大多分布在黑龍江和內(nèi)蒙東部地區(qū)。東北地區(qū)煤炭保有儲量占全國的12.3%。其中，遼寧、吉林、黑龍江和內(nèi)蒙東部地區(qū)煤炭儲量分別占全區(qū)的6.3%、2.6%、19.5%和71.6%。

東北地區(qū)的水能資源比較匱乏，水力資源理論蘊藏量1 661萬kW，年發(fā)電量1 455億kWh，占全國的2.4%。技術(shù)可開發(fā)裝機容量為1 682萬kW，占全國的3.2%。多種原因造成各地區(qū)水電開發(fā)程度不均衡:遼河流域基本已開發(fā)完，但黑龍江流域只開發(fā)了 10%［2］。

東北地區(qū)風(fēng)能資源豐富，其中內(nèi)蒙東部地區(qū)風(fēng)能資源最為豐富，赤峰、通遼、呼倫貝爾和興安盟等地區(qū)可開發(fā)潛力巨大，風(fēng)能潛在開發(fā)量為54 703萬kW;吉林省風(fēng)能資源較為豐富，潛在開發(fā)量為9 333萬kW，有效風(fēng)能蘊藏量為6 920億kWh，尤以白城和松原地區(qū)風(fēng)能資源最為豐富，極具開發(fā)價值;遼寧的沿海地帶風(fēng)能資源也較豐富，潛在開發(fā)量達(dá)到7 828萬 kW［3］。

東北地區(qū)石油探明儲量為74億t，占全國石油資源總量的46%，石油在全區(qū)內(nèi)能源資源構(gòu)成中的比例為27%，但基本供應(yīng)全國。天然氣資源僅為1 074億m3。我國常規(guī)天然氣預(yù)測的可采資源量為22萬億m3，已探明可采儲量為3.9萬億m3。

2 東北電網(wǎng)現(xiàn)狀及電力需求預(yù)測

東北電網(wǎng)覆蓋遼寧、吉林、黑龍江及內(nèi)蒙東部地區(qū)。東北電網(wǎng)是以500 kV線路為骨干、以220 kV線路為主體網(wǎng)架，由多個電壓等級組成的電網(wǎng)。截止2010年底，東北電網(wǎng)全口徑裝機容量為8 907萬kW，其中火電裝機容量為7 146萬kW，水電裝機容量為700.4萬kW，風(fēng)電裝機容量為1 057.9萬 kW，其它2.7萬 kW［4］。

“東北振興”戰(zhàn)略力爭將東北電網(wǎng)地區(qū)建設(shè)成為“重要經(jīng)濟(jì)增長區(qū)域”，“十二五”期間年均經(jīng)濟(jì)增長9.3%。從產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)來看，第一產(chǎn)業(yè)比重將持續(xù)下降，第二產(chǎn)業(yè)比重繼續(xù)上升，第三產(chǎn)業(yè)比重將保持穩(wěn)中有升趨勢。預(yù)計“十三五”期間年均經(jīng)濟(jì)增長6.9%，2021～2030年年均經(jīng)濟(jì)增速為6.4%［5］。

3 影響東北地區(qū)中長期發(fā)展戰(zhàn)略的基本問題

3.1 東北地區(qū)能源資源與電力負(fù)荷分布不均衡

東北地區(qū)煤炭資源在能源資源構(gòu)成中的比例為68%，石油為27.2%，天然氣為0.3%，水能為4.5%。其中，遼寧、吉林、黑龍江和內(nèi)蒙東部地區(qū)煤炭儲量分別占全區(qū)的6.3%、2.6%、19.5%和71.6%。北部黑龍江水力資源比較豐富，占東北全區(qū)水資源總量的45.7%，而南部遼寧水力資源比較少，僅占東北全區(qū)水力資源總量的12.2%［2］。

東北地區(qū)的電力負(fù)荷分布從省區(qū)來看，2010年51.6%的電力負(fù)荷和35.8%的人口集中在遼寧，而遼寧的資源相對其它省份是比較匱乏的，煤炭資源只占全區(qū)的6.3%(見表1)。

表1 2010年用電負(fù)荷、資源分布和電源裝機對比

表2 2020年用電負(fù)荷、資源分布和電源裝機對比

表3 2030年用電負(fù)荷、資源分布和電源裝機對比

隨著經(jīng)濟(jì)、社會的發(fā)展，預(yù)測2020年、2030年東北地區(qū)的用電量將分別達(dá)到6 110億kWh和8 562億kWh(見表2、表3)。遼寧的用電負(fù)荷在全區(qū)用電負(fù)荷中所占的比重依舊很大，幾乎占到一半(47%)。

這種能源資源與負(fù)荷分布不平衡的特點迫切要求在東北區(qū)域最大范圍實現(xiàn)能源資源的優(yōu)化配置。

3.2 一次能源結(jié)構(gòu)不理想

東北地區(qū)能源結(jié)構(gòu)以煤炭為主，即便到2015年、2020年，煤炭仍將在總體能源消費中占有相當(dāng)高的比重，仍將高于全國平均水平。

東北地區(qū)能源結(jié)構(gòu)可基本概括為:多煤 (大東北經(jīng)濟(jì)區(qū)內(nèi)的煤炭儲量基本能夠滿足本地區(qū)需求)、多風(fēng) (風(fēng)能及太陽能儲量豐富)、多油 (石油主要供應(yīng)關(guān)內(nèi)地區(qū))、少水 (境內(nèi)水電資源基本開發(fā)完畢，水電裝機比例越來越小)、少氣 (天然氣儲量小)。

東北地區(qū)未來的一次能源消費結(jié)構(gòu)必然要求大規(guī)模減少化石能源的使用，加大對新能源、可再生能源的開發(fā)。鑒于東北地區(qū)少水、少氣的事實，可大規(guī)模開發(fā)的可再生能源主要是風(fēng)能以及少部分太陽能，如果進(jìn)一步擴(kuò)展到非化石能源的范疇，還包括部分核能。東北電網(wǎng)要加大新能源、可再生能源、非化石能源電源的開發(fā)，只能主要著眼于核電及風(fēng)電的大規(guī)模開發(fā)［6］。

東北地區(qū)擁有豐常豐富的風(fēng)能資源，但是由于風(fēng)能的不穩(wěn)定性，使其不可能單獨成為一種可靠的能量來源，必須與具備快速調(diào)節(jié)能力及調(diào)節(jié)經(jīng)濟(jì)性的其它種類能源配合使用。水電以及燃?xì)廨啓C電站都是可以與風(fēng)電互補的電源，但與風(fēng)電自然互補的能源在東北地區(qū)的蘊藏量均十分有限。東北地區(qū)占主導(dǎo)地位的火電以及未來的核電從本質(zhì)上說并不適合作為風(fēng)電的互補性能源。

因此，未來東北地區(qū)一次能源消費結(jié)構(gòu)的逐步轉(zhuǎn)變，核電及間歇性可再生能源電源裝機比重的不斷增加將給東北電網(wǎng)的發(fā)展建設(shè)帶來嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。

3.3 電源結(jié)構(gòu)不合理

3.3.1 火電裝機比重大

截止2010年末，東北地區(qū)火電裝機占總裝機容量的80.2%，火電機組總發(fā)電量占全年總發(fā)電量比例更高達(dá)89.3%。遠(yuǎn)高于電力工業(yè)“十二五發(fā)展規(guī)劃”提出的2015年煤電裝機占總裝機容量低于70%的全國平均水平 (見表4)。

以火電為主的電源結(jié)構(gòu)，使得東北地區(qū)電力能源過度依靠火電，電力用煤需求不斷增加導(dǎo)致電力行業(yè)對煤炭供應(yīng)和鐵路運輸?shù)囊蕾嚩仍絹碓礁?。另一方面，發(fā)電過程中要排放大量的二氧化碳、氮氧化物等有害氣體，破壞和影響生態(tài)環(huán)境，給東北地區(qū)節(jié)能減排、環(huán)境保護(hù)帶來巨大的壓力。

3.3.2 水電裝機容量占總裝機容量比重小

2010年水電機組裝機占東北全區(qū)總裝機容量比重為7.4%，遠(yuǎn)低于2006年統(tǒng)計數(shù)據(jù)中的全國水平20.36%和世界水平19%。同時，東北電網(wǎng)水電裝機比重呈逐年下降的趨勢。2020年和2030年分別達(dá)到4.5%和3.2%［4］，這種情況會使得電網(wǎng)的調(diào)峰運行更加困難。

表4 2010年東北地區(qū)裝機規(guī)模及發(fā)電量

3.3.3 核電建設(shè)剛剛起步

核電是國際上公認(rèn)的清潔能源，在我國是能夠形成規(guī)模替代化石燃料的能源。東北地區(qū)煤電比重過高，減排壓力大，更需要加快對能源結(jié)構(gòu)的調(diào)整。目前，核電在東北地區(qū)還是空白。在建的遼寧紅沿河核電站2013年開始陸續(xù)投產(chǎn)。2020年東北地區(qū)核電裝機容量達(dá)到1 200萬kW，占總裝機的3.5%。

東北地區(qū)電力系統(tǒng)為配合低碳經(jīng)濟(jì)的發(fā)展要求，應(yīng)加快新能源和可再生能源的發(fā)展。但是受水電資源的限制和移民等問題的制約，開發(fā)難度不斷加大;風(fēng)電的利用小時數(shù)低、穩(wěn)定性差;太陽能發(fā)電形成較大規(guī)模難度較大。因此目前來看在確保安全前提下，加快發(fā)展核電應(yīng)該是比較可行的途徑。

3.3.4 風(fēng)電發(fā)展后來居上

東北地區(qū)擁有非常豐富的風(fēng)能資源，若僅從潛在開發(fā)能力看，東北三省一區(qū)都具備開發(fā)千萬kW級風(fēng)電裝機容量的潛力。東北地區(qū)風(fēng)電裝機容量2010年達(dá)到1 058萬 kW，占全網(wǎng)裝機容量11.9%［4］;發(fā)電量占全網(wǎng)總發(fā)電量5%，在全國各區(qū)域電網(wǎng)中比例最高。風(fēng)電的大發(fā)展，對于電網(wǎng)的建設(shè)運行來說是一次重大的挑戰(zhàn)，但對東北地區(qū)經(jīng)濟(jì)、社會發(fā)展，對實現(xiàn)節(jié)能減排目標(biāo)又是一次重大的機遇。

3.4 系統(tǒng)調(diào)峰容量不足

在低碳經(jīng)濟(jì)政策下，優(yōu)化電源結(jié)構(gòu)不能單純強調(diào)煤電比例下降和可再生能源比例上升。電源結(jié)構(gòu)優(yōu)化不僅要考慮靜態(tài)的裝機結(jié)構(gòu)中各種能源發(fā)電的裝機比重，還應(yīng)考查電源結(jié)構(gòu)在整個電力系統(tǒng)中的動態(tài)運行效率，即發(fā)電環(huán)節(jié)中基荷、腰荷和峰荷電源合理配合的最佳比例，這是直接影響電網(wǎng)運行和最大限度發(fā)揮可再生能源作用的關(guān)鍵。

東北地區(qū)電力系統(tǒng)中適合作為峰荷電源的水電和抽水蓄能電站在電源結(jié)構(gòu)中所占比例較小，2010年、2020年和2030年抽水蓄能電站占水電總的比重分別為8%、7.1%和6.5%。東北地區(qū)水電比重在逐年降低，電源結(jié)構(gòu)中這種調(diào)峰電源的比重也是越來越低。一般來說，合理的電源結(jié)構(gòu)中峰荷電源應(yīng)達(dá)到25%～35%，至少也應(yīng)達(dá)到10%，而東北地區(qū)目前電源結(jié)構(gòu)尚不能達(dá)到這一水平。水電包括抽水蓄能等調(diào)峰電源不足，迫使30萬kW及以上機組參與調(diào)峰［1］。

根據(jù)東北地區(qū)自身特點:風(fēng)能資源比較豐富，電力系統(tǒng)面臨著可再生能源電力如風(fēng)電的大量接入;東北所處地域比較寒冷，熱電聯(lián)產(chǎn)機組比重較大;另外，國家大力推行節(jié)能減排、“上大壓小”的政策，“十一五”期間加快實施關(guān)停小機組，原每天作為調(diào)峰電源的10萬kW及以下的燃煤、燃油機組的關(guān)停，相當(dāng)于減少了部分調(diào)峰電源，這部分調(diào)峰電源，應(yīng)考慮加快補建相應(yīng)的抽水蓄能等峰荷電源。如果系統(tǒng)調(diào)峰困難的情況在一定時期內(nèi)不能改善，會嚴(yán)重影響電力運行和可再生能源的利用，成為優(yōu)化電源結(jié)構(gòu)的瓶頸因素。

4 結(jié)論

通過對東北地區(qū)能源資源和社會發(fā)展需求的分析可知:東北經(jīng)濟(jì)區(qū)一次能源資源 (含蒙東錫林浩特盟部分能源資源)中、長期基本能夠做到自給自足;東北地區(qū)能源結(jié)構(gòu)的特點是“多煤、多油、多風(fēng)、少水、少氣”，能源結(jié)構(gòu)不理想。煤炭始終是一次能源消費的最主要組成部分，在非化石能源中占有重要地位的水能資源嚴(yán)重缺乏。即便到2015年、2020年，煤炭在一次能源消費中所占比重仍將高于全國平均水平，節(jié)能減排的壓力很重。

東北地區(qū)能源結(jié)構(gòu)的缺陷直接導(dǎo)致東北電網(wǎng)電源結(jié)構(gòu)的不合理，系統(tǒng)內(nèi)嚴(yán)重缺乏能夠與核電及風(fēng)電互補的調(diào)峰電源容量;受地區(qū)能源資源及負(fù)荷分布的限制，東北地區(qū)電力流向在相當(dāng)長的一段時期內(nèi)仍將保持“西電東送、北電南送”的輸電格局，遠(yuǎn)期以“西電東送”為主，區(qū)內(nèi)存在電力能源大范圍、遠(yuǎn)距離、大容量優(yōu)化調(diào)配的客觀需求。

傳統(tǒng)的電力發(fā)展模式面臨著挑戰(zhàn)和困境，電源結(jié)構(gòu)和能耗水平的制約，使得資源和環(huán)境情況均難以為繼。東北地區(qū)電力發(fā)展應(yīng)早明確低碳發(fā)展的方向，在深入研究影響發(fā)展根本因素的基礎(chǔ)上，制定出切實可行的中長期發(fā)展規(guī)劃。

［1］ 肖 鵬．中國電力工業(yè)變革與發(fā)展的戰(zhàn)略選擇 ［J］．中國電力企業(yè)管理，2009，19(7):8－21．

［2］ 江哲生．我國電力工業(yè)現(xiàn)狀和“十二五”電源結(jié)構(gòu)調(diào)整趨勢分析 ［J］．電器工業(yè)，2009(1)．

［3］ 中國氣象局風(fēng)能太陽能評估中心．中國風(fēng)能資源評估［M］．北京:氣象出版社，2009．

［4］ 陳東平．關(guān)于抽水蓄能發(fā)展的理性思考 ［J］．水力發(fā)電，2005，31(3):1－3．

［5］ 邵寶珠，鄭志勤，孫 鋒．地區(qū)電網(wǎng)中期運行方式研究［J］．東北電力技術(shù)，2008，29(10):1－5．

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