2006年气候变化与湖北电网安全稳定运行分析.pdf

vo l _ 31 no1 fe b 20 0 7 湖 北 电 力 箜 鲞 箜! 塑 2 0 0 7 年2 月 2 0 0 6年气候变化与湖北电网安全稳定运行分析 周世平 ( 湖北 省 电力公 司 ，湖北 武 汉4 3 0 0 7 7 ) 摘 要 介绍 了2 0 0 6年气候特点及对 电力供应、 电网安全的影响 ， 分析指 出气温变化、 湖 北境 内 3大流域 来水状 况以及 自然灾 害是 电力企 业必 须认真 思考 、 重 点研 究解 决的 问题 。 关键词 电网安全；电力供应 ；气候特点 中图分类号p 4 6 7 ； t m7 1 2 文献标识码 a 文章编号 1 0 0 6 - 3 9 8 6 ( 2 0 0 7 ) o 1 - 0 0 0 1 -04 ana l y s i s o f t h e i mpa c t o f cl i ma t e o n t h e sa f e t y a nd st a b i l i t y o f op e r a t i o n o f hu be i po we r s y s t e m i n 2 0 0 6 z hou s h i - p i n g ( h u b e i e l e c t r i c p o w e r c o m p a n y ， wu h a n 4 3 0 0 7 7 ， c h i n a ) ab s t r a c t t h e c l i m a t e c h a r a c t e ri s t i c s i n 2 0 0 6 a n d i t s i m p a c t o n t h e s a f e t y a n d s t a b i l i t y o f o p e r a t i o n o f h u b e i p o we r s y s t e m we r e i n t r o d u c e d i t wa s po i n t e d o u t t h a t t h e c h a n g e o f a t mo s p h e ric t e mpe r a t u r e， t h e wa t e r flo w o f t h r e e l a r g e riv e r s i n hu be i p r o v i nc e a n d n a t ur a l d i s a s t e r we ：e ma i n i s s u e s f o r e l e c t ric po we r e n t e r pris e t o c o n s i d e r c o mp r e h e n s i v e l y ke y wo r d s s a f e t y o f p o w e r s y s t e m；e l e c t ri c p o w e r s u p p l y ；c l i ma t e c h a r a c t e ri s t i c s 目前 ， 由于工业社会的快速发展， 能源消耗所产 生的温室气体大量排放造成气 候变 暖， 使气 温变化 加大 ， 极端气候事件增多 ， 同时， 空气质量严重下降。 虽然很难说某一具体气候事件就是 因为气候变暖引 发 的， 但在这一气候大背景下， 极端气候事件变多是 可以肯定的。它既包括数量的增多， 也意味着强度 的增强 。 1 2 0 0 6年气候 特点 1 1 2 0 0 6年 我 国气 候 状况 中国气象局发布 2 0 0 6年全国十大气象事件中， 与电力供应密切相关的有 ： 1 1 1 1 9 5 1年 以来 最暖 的一年 随着全球 气候 变暖 ， 2 0 0 6年 我 国气 温继续 升 高 ， 全 国年 平 均 气 温 为 1 0 ， 为 1 9 5 1年 以 来 最 高 值 ， 与 1 9 9 8年持平 ， 也是连续第 1 o年高于常年。夏 秋 季 ， 全 国平 均 气 温 分 别 比 常 年 同 期 偏 高 1 和 1 4 c， 均为 1 9 5 1年以来 历史 同期最高值。湖北 近 几年对气温与最高用 电负荷 的分析中发现 ， 夏季高 温 下 ， 气 温 上 升 1 ， 最 高 负 荷 将 增 加 5 0 0 mw左 收稿 日期 2 0 0 7 -01 - 1 6 作者简介 周 世平 ( 1 9 5 3一) ， 男 ， 武汉 人 ， 湖北省 电力 公 司总工程师 ， 教授级 高级 工程师。 右。 1 1 2 百年 一遇 超 强 台风 “ 桑 美” 登 陆我 国 超 强 台风 “ 桑 美 ” 8月 1 0 13在 浙 江 苍 南 沿 海 登 陆 ， 中心 附近最 大风 力 达 1 7级 ( 6 0 m s ) ， 为 百 年 一 遇 ， 是 建 国 以来 登 陆 我 国大 陆最 强 的一 个 台 风 。据 报道 ， 台风所到之处 的输 电线路等均遭受毁灭性 的 破坏 。 1 1 3 强热 带风 暴“ 碧 利斯 ” 横扫 我 国南 方七省 强热 带风 暴 “ 碧 利 斯 ” 7月 1 4 13在 福 建 霞 浦 登 陆 ， 之后深入 内陆 7省 区， 历时 5天 ， 滞 留时间之长 为历史罕见。造成的人员伤亡为近 1 0年单个热带 气候之最 。 1 1 4重 庆、 四川遭遇 历 史 罕见 高温伏 旱 6月至 1 1月中旬 ， 长江流域平均降水量是 1 9 5 1 年 以来历史 同期次小值。夏季重庆遭遇百年一遇特 大伏旱 ， 四川出现 1 9 5 1年以来最严重伏旱。重庆市 3 8 的高温 13数达 2 1 天 ， 创历史新高。高温干旱 不仅造成当地用电负荷剧增， 而且长江流域遭遇百 年一 遇 的枯水 ， 水 电机 组 出力 锐 减 。 1 1 5 暴 雪封 阻旅 客春 节返 乡 2 0 0 6年 1月 1 7 13至 2 0 日， 我 国 中部 出现 大 到 暴雪 ， 造成春运客流严重滞 留。仅郑州一地滞 留人 数就 达 1 0多 万人 ； 1 0多万 旅 客滞 留 北京 西 站 ， 均 为 1 维普资讯 箜 ! 鲞笙 ! 塑 2 0 0 7年 2月 湖 北 电 力 v o 1 3 1 1 f e b 2 00 7 历 史罕 见 。 同时 ， 冰 冻暴 雪 造 成 输 变 电设 施严 重 损 坏 、 供电中断等严重事故。 1 2 2 0 0 6年 湖北气 候 特点 一 是 天气 热 的 早 、 持 续 高 温 日期 偏 多 。武 汉 中 心气象台对外通报 2 0 0 6年湖北省高温天气情况时 称 ， 湖北省 2 0 0 6年高温出现较早 ， 高温 日数多， 强度 大 ， 持续 时 间长 ， 东 西部 呈现 出不 同的“ 热 法 ” 。6月 2 0日， 武汉最低气温及平均气 温成为百年之最 ： 最 高气温 飙 升至 3 7 4 ， 为 5 5年 来 同期 最 高 ， 最 低气 温达 2 9 7 c c， 平 均气 温 更 是 达 到 3 3 4 c c； 湖 北 西 部 最高气温高 ， 东部平均气 温高 ， 显示不 同的气候 特 点 。湖北省超过 3 5 的高温天气分布不均 ， 日数在 3 0天 以上 的 区域 主 要 出现 在 鄂 东 的黄 冈 、 成 宁 、 武 汉 地 区 、 鄂 西 北 的十 堰 和 鄂 西南 的恩 施 和 三峡 河 谷 地 区 ， 其 中兴 山 ( 5 1 天 ) 、 竹 山 ( 4 5天 ) 、 恩施 ( 4 4天 ) 高温 日数在 4 0天 以上 ； 以连续 5天( 中间可 以有 1 天的间隔) 出现大于 3 5 c i = 算作_段高温过程 。 2 0 0 6 年湖北省西部出现了 6次 ， 东部 出现了 4次晴热高 温天气过程 。6月 1 7日十堰、 郧西等 6站 日最高气 温超过 4 0 ， 郧西为 4 2 2 ， 为历史最高值。湖北 省东部地区未出现 4 0 以上 的高温天气 ， 但平均气 温 大于 3 0 以上 的 日数 远 多 于西 部 ， 鄂 西 北在 7 2 0天 ， 鄂东 大部 在 3 0天 以 上 ， 说 明鄂 东最 低 气 温 明 显偏高 ， 白天和夜间的温差较小 ， 天气闷热。 二 是近 年少 有 的枯 “ 梅 ” 少 雨 。据 权 威 部 门 报 道 ， 2 0 0 6年 7月 、 8月 ， 长江 上游 来水偏 少 四到 六 成 ， 长江中下游降雨也偏少 ， 整个流域主汛期 出现罕见 枯水 ， 枯水 最 严 重 的是 荆 江 河 段 ， 宜 昌水 文 站 8月 2 1日上午 8时水位 4 0 4 7 m， 为 1 8 7 7年有实测记录 以来 同期 最低水 位。长 江武 汉关 8月 2 1日水位 1 7 8 6 m， 为 1 8 6 5年 有 实测 记录 以来 ， 历史 同期 倒数 第二位 。水电资源严重不 足， 境内各主要水 电厂均 没有形成大的水库来水 ， 水电来水 同比减少 4 8 一 8 6 ， 葛洲坝流量最低不足 8 0 0 0 m s ， 低于历史同 期最 小值 1 1 1 0 0 m s ， 隔 河 岩水 位 平 均 较 2 0 0 5年 同期下降 8 m左右 ， 丹江和黄龙滩水库已接近死水 位 ， 部分省调小水电低于死水位被迫停机蓄水 ， 严重 限制了水电发电能力 ， 网调水电厂出力大幅度减少 ， 省调水电厂仅能在高峰时段进行顶峰 ， 且最大 出力 仅 能达 到 4 0 0 mw。 2 气候与 电力 负荷预 测 随着经 济 的发 展 和 人 民 生 活 水 平 的提 高 ， 电 力 需 求 日益增 长 。在 用 电尖 峰 时 期 ， 我 国部 分 电 网处 2 于零备用状态 ， 电网安全存在较大隐患。在电力总 体需求中， 与气象条件密切相关的空调负荷所 占比 重逐渐上升 ， 气象条件对尖峰负荷的影 响越来越明 显。及时掌握天气变化 ， 对于准确预测 电力负荷 ， 做 好 电力调 度 具有很 重要 的作 用 。 2 1 气 温与 最大 负荷 、 日用 电量 及峰 谷差 密切 相关 2 0 0 6年 湖 北 电 网最 大 负 荷 与 最 大 日用 电量 连 创新高。由于持续高温， 以及枯水造成 中小水电厂 发电量大幅减少 ， 使得主网用电需求增长强劲 。 大负荷 日情况为 ： 6月 2 0日， 武汉 气温 2 9 7 3 6 4 。 当天全 省 主 网 日用 电量 2 8 0 2 g wh ， 最 大负 荷 1 3 3 8 1 g w， 最 小 负 荷 1 0 1 0 5 g w，日峰 谷差 3 2 7 6 g w。 日负荷率 8 7 3 ； 7月 1 3日， 武汉气 温 2 8 7 3 7 2 。 当天全 省主 网 日用 电量 2 8 3 g wh ， 最 大负 荷 1 3 7 4 4 g w， 最 小 负 荷 9 8 g w ， 日峰 谷 差 3 9 4 4 g w， 日负荷率 8 5 7 ； 8月 3 0日， 武 汉气温 2 7 5 3 6 9 。 当天全 省 主 网 日用 电量 2 9 1 g wh ， 最 大 负荷 1 4 1 2 1 g w ， 最 小负 荷 1 0 1 5 2 g w ， 日峰 谷 差 3 9 6 9 g w ， 日负 荷率 8 6 。 6 8月 主网用 电量 达 到 2 2 4 9 0 g wh ， 日均用 电 量 2 4 0 g wh ， 在 2 0 0 5年 同期 1 9 2 8 的高增长基础 上 。 同 比增 长 1 7 7 3 。7月 2 1日湖 北 电 网主 网最 大 日用电量 2 9 1 3 7 g wh ， 比2 0 0 5年最高值2 7 1 4 6 g wh 增 长 1 9 9 1 g wh 。8月 3 0 日主 网最 大用 电 负 荷 1 4 1 2 1 g w， 比 2 0 0 5年最 高值 1 3 1 9 1 g w 增 长 93 0 mw 。 负荷特点表现在 ： 一是大负荷 出现次数 明显增 多。2 0 0 6年湖北电网最高用 电负荷超过 1 2 g w 的 天数高达 3 9天。最高用 电负荷达到 9 0 最高负荷 的天 数共 有 1 6天 ， 远 大 于 2 0 0 5年 同期 同类 状 况 的 天数 。二是负荷受气温影响起伏大 、 变化快 ， 高峰负 荷波动达到 3 4 0 4 3 mw。三是 用电峰谷差持续扩 大 。 夏 季最 大 达 3 9 6 9 mw； 冬 季达 到 4 5 2 4 mw ， 比 2 0 0 5年 增加 1 1 8 mw。平均用 电峰谷 差 2 8 2 0 mw ， 同 比增 加 3 1 4 mw ， 增长 1 2 5 4 。 2 2 平均气 温 高低 与持 续 时间决 定 电力 电量 平衡 综合近几年数据表 明， 负荷随气温的敏感性呈 上 升趋 势 ， 最 高 气 温超 过 3 0 时 ， 最 高 气 温 每 升 高 1 ， 全 省 最 高 负 荷 增 加 4 0 0 mw ； 最 高 气 温 超 过 3 6 时。 最 高气温 每升高 1 ， 全省 最高 负荷增加 5 8 0 mw 以上。湖北省空调 负荷绝对值逐年增加 ， 从 2 0 0 0年 的 2 5 6 7 mw 增 加 到 2 0 0 6年 的 4 7 9 4 mw 。 从最大负荷持续时间来看 ， 呈下 降趋势 ： 9 0 最 维普资讯 vo 1 31 1 fe b 2 0 07 湖 北 电 力 蔓 鲞 整 塑 2 0 0 7 年2 月 大 负荷 持续 时 间从 2 0 0 1年 的 6 0 h减 至 2 0 0 5年 的 1 9 h 。其 中 2 0 0 3 、 2 0 0 6年 持 续 时 间 比 较 反 常 ， 2 0 0 3 年最大负荷持续时间增大的主要原因是高峰负荷期 间采 取 了拉 闸限 电措 施 ， 导致 负荷 特性 发生 了变化 ， 而 2 0 0 6年 异 常增 大 的原 因之一 是 2 0 0 6年 最 大负 荷 增长 率 只有 7 5 2 ， 大 大 低 于 前 5年 的平 均 值 1 1 1 8 ， 尖峰 不尖 ， 必 然 导 致最 大 负荷 持 续 时 间较 长。其次 ， 2 0 0 6年由于 台风频繁 ， 连续持续高温时 段 不多 ， 只 出现 了两 次 ， 一 次 是 7月 l 2 、 l 3 、 l 4 日连 续 3天超过 3 7 ， 其中7月 1 3日创下了 1 3 7 1 3 m w 的新高， 第二次是在立秋之后的 8月 2 7 3 1日连续 5天最高气温超过 3 5 持续高温， 其 中8月 3 0日全 省负荷达到 1 4 1 2 0 m w。 2 0 0 0 2 0 0 6年 9 5 最 大负 荷时 间变 化 不大 ， 时 间绝对值也很小 ， 2 0 0 3年 9 5 最大负荷时间也仅有 2 6 h ， 其他 年份 则在 1 0 h左 右 。 由此 可见 ， 湖北 调峰 压力 较 大 的时段 持续 时间很 短 ， 若 在 用 电尖 峰 时段 ， 采取有效的负荷侧管理措施， 进行部分削峰， 可以有 效 地缓 解 系统 的调峰压 力 ， 表 1为 2 0 0 02 0 0 6年最 高气温与最大负荷及持续天数的具体情况。 表 1 温 度、 时间与最大用电负荷 2 3 气 候变 化影 响 电力 电平衡 2 0 0 6年 ， 湖北境内长江、 清江、 汉江流域遭遇不 同程度 的 干 旱 ， 此 种 状 况 是 天 气 预 报 未 始 料 到 的。 长 江流 域 为百年 来水 最少 的年 份 ； 清 江流 域是 5 6年 来最少 的流量 ； 汉 江流域来 水较 历 年平均 值偏少 4 3 6 4 ， 相 当于 8 5 的枯 水 年 。省 调 水 电 厂水 库 来水较历年平均值偏少 4 7成。同时， 火电机组运 行小时数创历史新高。 由于湖北电源建设滞后 、 火电投产机组较少 ， 水 电减发 、 省外购电困难 、 省调 电力资源掌控有 限， 运 行 调控难 度 较大 ； 发 电机组 非计 划停 运集 中出现 、 发 电备用 和调 峰能 力 严 重 不 足 ， 给供 需 平 衡 造 成 较 大 影响 。 3 气候 变化 与电网运行 电 网运行 与气 象条 件关 系十 分密 切 。天气 的 阴 晴 ， 昼夜的长短 ， 气温 的高低 ， 对 电力负荷和用 电高 峰 出现 的时 间都有 明显 的影 响 。 由于绝 大多数 输 变 电设备户外运行 ， 不可避免地受到天气因素的影响， 可以说几乎所有的自然灾害都会对 电网运行产生影 响。尤其一些恶劣的天气更对电网的安全构成巨大 的威 胁 ， 可 能 引发重 大事 故 ， 造 成大 面积 停 电 。 3 1 电网安全 稳定 运行 风 险依 然存 在 电网 网架 薄弱 、 “ 一 次 不 足 二次 补 ” 等 电 网 的结 构性问题依然存在， 电网受到暂态稳定 、 动态稳定等 多方 面的影 响 ， 整体稳 定水 平偏 低 ， 重 要潮 流 断面 的 稳 定 问题较 为 突 出 ， 如 果 在 恶 劣 气 候 影 响 下 造成 一 些输 电线路 跳 闸 ， 可 能致 使局 部 电 网瓦解 。 局部 电网 输送 潮 流 越 稳 定极 限 的现 象 加剧 ， 恩 施 、 宜 昌地 区 丰水期 原本 是 自发 自用 后 电力 外送 的 重要 电源 ， 但 2 0 0 6年 丰 水 变 枯水 情 况 下 ， 鄂 西 外送 通道成为第二负荷 中心 ， 且宜昌、 荆州地 区负荷快速 增长与电源支撑不对应 ， 少量 5 0 0 k v联变容量难 以 满 足 负荷增 长及 供 电 可 靠 性 的 要求 ， 造 成 电 网结 构 上的 严重缺 陷 。 水 电装 机 比重大 ， 省 调 能调节 的发 电容 量偏 少 ， 导致 湖北 电 网调 峰 、 调 频 、 调压 手 段有 限 ， 很 难适 应 电力市场及经济考核标准的要求 ； 加上省调火电机 组用煤完全依靠外购， 一旦缺煤少水 ， 保证安全可靠 供电及电网安全稳定运行压力巨大 。 3 2 雷 害及 恶劣 天气 危及 电 网安 全稳 定运 行 自然灾害天气的频繁 发生 ， 给电网的安全稳定 运 行提 出一 个重 大课 题 。 同时 ， 随着工 业 的发展 ， 空 气 中的粉尘污染逐渐增加， 结合近年来全球气候 的 异常变 化 ， 由气 象条 件 的变 化 造 成 的 电 网污染 和 电 线积 冰事 故逐 年增 加 ， 气 象 对 于 电 网安 全 的 影 响作 用 日益 明显 。从 表 2可 以看 出 ， 尽 管 湖 北 电 网 主 网 事故 ( 障 碍 ) 呈 下降 趋势 ， 但 自然 灾 害 次数 所 占 比例 却在 e升 。 表 2 气候与湖北 电网事故 ( 障碍 ) 的次数统计 备 注 ： 自 2 0 0 4年 1 2月 2 1日到 2 0 0 5年 元 月 以来 ， 由 于 覆 冰 与 舞 动的影响 ， 共有 6回 5 0 0 k v线路跳 闸 9条次。 2 0 0 6年 4月 1 11 2 日， 湖 北 省 遭 受 罕 见 暴 风 雨 袭击 ( 局 部 达 9级 ) ， 致 使 电 网 设 施 受 到 重 创 。 5 0 0 k v葛凤线两基铁塔被刮倒 ， 抢修 8天才恢复正 常供电； 1 0 k v配电输电线路及 台区受损严重 ， 灾情 涉及 到 1 1个地 区 的 5 6个 县 ， 造 成 1 1 0 k v线 路跳 闸 2 1条次 、 线路 断损 2 8 k m， 3 5 k v线 路跳 闸 1 0 5次 、 倒 杆 4 0基 ， 1 0 k v线 路跳 闸 9 2 0条 次 、 倒 杆 断线 3 7 8 1 根 ； 2 2 03 8 0 v倒杆 断 线 7 3 4 7根、 线 路 断损 5 7 3 维普资讯 箜 鲞箜 塑 2 0 0 7年 2月 湖 北 电 力 v o 1 3 1 n o 1 f e b 2 0 07 k m、 损坏变压器 5 0 6台； 造成直接经济损失 3 8 8 1万 元 。 共计 1 0 3万用 户停 电 。 以上情况说明 ， 气象因素对 电网的设计、 建设和 安全运行等各个方面都有重大影响。如大风可造成 线路舞动、 间隙放电。 严重时可导致倒塔 ； 覆冰可造 成 线路 断线 或倒 塔 ； 雷 击 可 造 成 变 电站 或 线 路 的 跳 闸、 停电 ； 异常高温可使导线弧垂增大而造成对地放 电； 大雾可造成输变电设备污闪 ； 潮湿天气还可造成 线路的额外 电晕损失与无线电干扰等。恶劣天气既 有突发性 。 也有周期性。输变 电工程的建设 只有适 应气候条件 ， 才能满足安全适用的要求 ， 获得最佳性 价比； 电网只有掌握和应用气象信息 ， 分析气象因素 对电网安全可能带来 的影 响， 为 电网安全做好警示 非 常必要 。 4 湖北 电网应对气候变化 的对策 全球变暖可能给我国 自然生态系统和社会经济 部门带来难 以承受 的、 不可逆转 的、 持久 的严 重影 响。 特别是能源 、 水资源以及农业等方面。全球气候 变化问题涉及到人类社会 和经济 的可持续发展。 引 发粮食安全 、 生态系统 的维护 、 水资源利用等一系列 重大问题。因此。 关注全球气候变化对 中国经济社 会 的 影响 ， 及早 研究 、 及 时采取 措 施适应 气候 变化 的 趋 势 。 减少 气候 变化 产生 的不利影 响 。 4 1 从 电网结 构调 整 、 电源 建设 上重 视丰 枯水 变化 意想不到气候变化导致来水偏少 、 枯水遭遇负 荷大幅增长 以及 电网变 电容量不足 ， 将传统 的“ 西 电东送” 格局改变为“ 东电西送” 等问题必须引起高 度重视 ， 应该从电网规划 阶段认真思考 ， 早作准备 ， 如鄂 西 第二 负荷 中心 火力 发 电厂 的建 设 、 5 0 0 k v电 网结构 的调 整等 。 4 2建设省 地 市一体 化气 候 、 负荷 预测 系统 在西方经济学 中， 有一个关于气象经济学 的德 尔菲定律 ， 即企业在气象上的投入产出比大约为 1 ： 9 8 ， 也就是说 ， 投入 1元钱 ， 就可以得到 9 8元 的回 报。早在 2 0多年前 ， 中国就已从国外引入了气象经 济学的概念。 目前开展的专业气象预报则是为定制 单位“ 量体裁衣” 的精确气象信息 ， 进而直接指导企 业生产 、 采购、 销售。 目前 ， 此项工作已由湖北省电 力调度中心与湖北省气象局签有专 门的协议 ， 必要 时进行人工降雨。如 2 0 0 6年湖北省通过人工增雨 作 业 累计增 加 降雨 1 6 8亿 t ， 有 力 地缓 解 了全 省 旱 情 ， 影 响 面积达 1 4万 k m 。 积极开展湖北电网中长期负荷预测及水情气象 4 分析 ， 关键要提高其及时性、 准确性。鉴 于湖北地域 分布的特点， 建设省地市一体化气候、 负荷预测系统 的工作正在进行， 最终应具备有效的电 网在线气象 预警技术手段 ， 构建坚强可靠的安全 防御系统。在 电网运行 以及 负荷 预 测 、 事 故 预 想 中认 真