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高压 交流 输电 经济

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第 卷第 期 年 月 电力技术经济 文章编号 一 一 一 特高压交流输电的经济性 张运洲 韩丰 张卫东 赵彪 国网北京经济技术研究院 北京 国家电网公司 北京 州 砚七 址堪 江诊而 一 一 犷 氏 以洲 冉七的 俪 一 甘 五 廿 仕 tee 俪ealeeonomy na ti onaleeonomies 0 引言 要分布在川滇藏3省区 我 国电力需求的扔分布在 京广铁路以东的中东部省份 能源输送距离一般在 煤炭和水能资源是我国主要的常规能源 其中 1 XX 一 3 X旧km 范围 我国正处于工业化和城镇化的 煤炭资源主要分布在晋陕蒙宁新 5省区 水能资源主 重要发展阶段 未来15 一 2 0 a 电力需求仍将保持持 收稿日期 20 07习1 0 4 作者简介 张运洲 196 2 一 男 教授级高级工程师 现任国网北 京经济技术研究院院长 长期从事电力规划与管理工作 参与国家电力发展 五 九五 及 十五 规划 的编制 主持完成全国联网规划及滚动论证 主持开展特高压骨干 网架规划和试验示范工程前期 论证 完成重大全国联网项目和输电项目规划设计及可研论证等工作 B 咖 卜z h a ob ia o c h lna s pe r i n L C n 电力技术经济 第1 9卷 续快速增长 基于上述国情 采用特高压交流和特高 压直流输电技术成为我国电力工业发展的必然选择 目前 特高压交流试验示范工程已进人实施阶段 国际上 俄罗斯于 198 5 年建成了例X km特高 压交流输电线路 日本于2 0世纪 8 0年代开始建设 特高压交流输电线路 先后建成同杆并架南北走廊 和东西走廊 共4 2 7 km 近年来 国家电网公司对 1 X kV 交流输电技术和 士 8 0 0 k V 直流输电技术进 行了全面深人的论证 研究结果表明 特高压输电 技术可行 经济合理 本文从特高压交流输电的技术经济性的理论分 析人手 分别对特高压网架和特高压交流试验示范 工程 的经济性进行了计算 全面论述了特高压交流 输电的经济性 1 特高压交流输电技术的经济性理论分析 1 分析的范围 特高压交流输电技术 的经济性是指特高压交流 输电技术与替代方案之间的经济比较 发展特高压输电的目的是促进水电 火电 核电 集约开发 优化电源布局 推进更大范围能源资源优 化配置 降低电力工业总成本 实现电力工业的科学 发展 铁路发展旨在扭转当前运力紧张局面 以更好 地满足国民经济发展和社会生活的需求 从宏观上 看 特高压 电网和铁路网之间不具有替代性 但仅就 煤炭资源输送而言 输电与输煤都是能源输送的重要 手段 因此 铁路运煤专线与输电工程可以进行经济 比较 从输电方式 看 存在直流和交流输电方式 由 于在特高压输电中 交流和直流技术在电网中的功 能定位不同 在电网中发挥的作用各异 所以单纯 比较经济性是不妥的 特高压交流输电和 50 0kV 交 流输电都兼有输电和网络功能 二者可比 所以 在进行特高压交流输电的技术经济分析 时 分别与运煤发电 5 0 0 kV 交流输电进行对比分析 1 2 翰电输煤对比分析 特高压交流输电与运煤发电之间的经济比较见图1 两者间存在1个临界经济距离 具体情况是 在临界 经济距离范围内 输电较经济 反之 则运煤发电更 有经济优势 l 思路与方 法 根据电厂上网电价按成本定价的原理 测算 两地不同标煤价差对应的上 网电价之差 编制标煤 价差与上 网电价差曲线 根据特高压交流输电的投资估算 测算不同 输电距离条件下的输电价格 编制输电价与输电距 离的关系曲线 上网电价差与输电价相等的距离即输电输煤 的临界经济距离 根据上述2条曲线 采用插值方 法 编制标煤价差与输电输煤临界经济距离曲线 统计我国煤炭基地和 主要 电力负荷中心的煤 炭价格及它们之间的距离 根据标煤价差与输电输 煤临界经济距离曲线判断特高压交流输电与输煤相 比的经济性 2 计算结果 根据 伙 电送电变电工程限额控制指标 2 X抖 年水平 火电机组单位造价 3 9 2 2元 瓜W 发 电标 煤单耗按照3 1 0 叭W h 测算 当煤价差在2加 一 4 0 0 元l t时 上网电价差可达0 0 6 一 0 1 5 元 瓜W h 按 特高压交流线路单位造价0 9元 kv A k m 变电 单位造价 43 0 元瓜V A计算 在4 X 一 1s o o km 范围 内 特高压交流输电价在0 0 32 一 0 D 7 6 元瓜w h 之间 据此编制煤价差与输电输煤临界经济距离曲线 第1期张运洲等 特高压交流输电的经济性 如图 2所示 当输电距离在 10 60 km 时 输电价约 为0 0 6元瓜W h 与煤价差为20 0元 l t 时的上网电 价差相当 这说明当煤炭基地与用电负荷中心之间 煤价差为 20 0 元l t时 若两地 的距离在 10 60 km以 内 则在煤炭基 地建电厂通过特高压交流输电到负 荷中心较直接在负荷中心建电厂发电更经济 同理 可以根据煤炭基地与负荷中心的煤价差得到其输电 输煤临界经济距离 晋 陕 蒙 宁等煤炭产地到华中 华东等电力 负荷中心的距离在 6 X 一 1s o o km 范围内 根据 20 05 年统计数据 各煤价差在219 43 4 元l t 之间 因此 与运煤发电相比 采用特高压交流输电方式具有经济 优势 长期以来 关于输电输煤比较形成了某些认识 比如高热值煤适于远距离运输至负荷中心发电 中 低热值煤适于就地发电输 送至负荷中心 近年来 由于铁路运力严重不足 煤炭运输一方面难以满足 电力工业发展要求 另一方面因中间环节加价 导 致煤炭产地与东部电厂只得接受标煤价差的持续加 大 因此 对输电输煤的看法需要重新认识 基于实际煤价进行分析 在原煤运价确定的条 件下 两地标煤价差与发热量成反比 以陕西为例 其到华中平均距离约 l 洲 km 根据发改委20 0 5 年 6 一 n月综合煤价统宝 楼踞 两地原煤价差142元 t 平 均煤炭发热量为4 53 9k c al 瓜g 折合柄碟价差 219元l t 却瀚彭琳量圆恭吐 5 17 4k c 矶g时 两地标煤价差达 到相应临界标煤价差19 3元l t 如图3所示 陕西到 华东平均距离约 1 40 0km 两地原煤价差为22 3元人 平均煤炭发热量4 512k c 司Ag 折合标煤价差 34 6 元 l t 当煤炭发热量提高到 6科7 k c a lj k g 时 两地标煤 价差达到相应临界标煤价差 24 2 元 t 如图4所示 当煤炭发热量低于临界标煤价差对应 的发热量水平 时 输电比输煤经济 归纳起来 对于发热量很高的洗精煤而言 通 过铁路或铁水联运远距离输送至负荷中心地带发电 总体上是经济的 对于未经洗选 的动力煤 褐煤 洗中煤等中低热值煤炭 就地发电后通过特高压输 电至负荷中心是经济的 对于煤电一体化项目而言 原煤开采后不经洗选直接用于发电 通过 特高压外 送也是经济的 由此可见 在采用特高压输电技术 的情况下 我国实行 输电输煤并举 优先发展输 电 的方针无疑是正确的 3 与SOO k V 交流输电对比分析 从技术上讲 5 0 0 k V 交流输电受到系统稳定性 的限制 输电距离一般不宜超过 1 xX k m 而l 拟 kv 交流输电距离可以超过 2 XX km 从经济上考虑 特高压交流输电技术与50 0 kV 交流输电技术的对比 关系也不是一成不变 的 而是与输电容量 输电距 离相关 l 思路与方 法 在相同输电容量条件下 根据单位容量造价 估算不同距 1 XX kV 和50 0 kV 输变电工程投资 绘 制距离与投资 曲线 进行初始投资的对比 计算特 高压交流输电的经济输电距离 进一步考虑运行成本和输电损耗 对 同容量 同距离 l以x k v 和50 0 kv 输电方案进行年费用对 比 分析项目全寿命周期的经济性 2 投资对比 月 电力技术经济 第1 9卷 对比方案 假设输送电力3仪刃 Mw l x刃kv 输电方案中变电容量按照输送容量的1 3倍配置 每 30 0 km 设置 1 个开关站 50 0 kV 输电方案不考虑 升 降压变投资 每 25 0km 设置 1 个开关站 根据 表 l所示主要参数 分别估算2方案在50 0 一 15 0 0 km之间的投资 其中 参照试验示范工程投资估算及询价结果 考虑未来商业化条件下造价变化 确定 1仪旧kv 主 要参数 另参照 伙电 送电变电工程限额控制指标 2 以玲年水 平 测算 50 0kV 主要参数 计算结果 扒 根据单位容量造价估算 输送距离为50 0 一1 5 0 0 km 特高压交流输电需投 资 2 8 亿 一 6 9亿元 50 0 kV 交流输电需投 资 2 2 亿 一 7 2亿元 2 方案比较 经济输送距离为1 lo o km 如图5所示 也就是说 结果 见表2 特高压交流输电年费用2 6亿元 年 5 0 0 kV 紧凑型同塔双回输电年费用3 1亿元 年 如 图6所示 综上所述 在商业化运营基础上 与50 0 kv 交 流输电相比 特高压交流输电在远距离 大容量输 电中具有成本低 损耗小的经济优势 圈5 1以X k V 与50 0 kV输电投资对比 当输送距离超过 1 lo okm 时 特高压交流输电投资 低于 5 X kv 3 年费用对比 对比方案 假设 1 0 X刃 MW 电力输送 1 20 0 km 为满足 N一1 的要求 1侧X kV 交流输电需建设 3回线路 4 x 30 洲 MW 变电站 2座 每30 0 km 设 置1个开关站 50 0kV 采用同塔双回紧凑型线路 需建设 1 0回线路 每 20 0km 设置 1个开关站 并 加装串补 计算结果 2方案投资 运行费用和线损估算 2 特高压网架的经济分析 随着特高压交流骨干网架的建立和扩展 包括 采用串补 可控电抗器等技术 可以使输电断面每 回线承载的功率逐步提升 并接近或达到 自然功率 下面从特高压 网架的全社会收益 投人产出及输电 价竞争力3个方面进行分析 2 1 特高压网架的效益测算 l 计算思路 以202 0 年形成特高压网架和区域电网间仅依 靠50 0 kv 弱联系2个方案为例 对全国装机 燃煤 成本 电网建设规模 弃水电量 环保损失等方面 进行差值计算 根据差值效益 估算社会可避免成本 即全 社会的收益 2 减少全国装机容量 采用 联网电力交换计算软件 对2个规划方 案进行电力电量平衡计算和运行方式模拟分析 结 果证明 建设特高压网架 在华北 华中及华东地 区形成交流同步电网 区域间的输电瓶颈 问题基本 解除 可以发挥互为备用 水 火互济等联网效益 在统一调度 统一安排检修情况下 与50 0 kV 弱联 系统相比 华北 华中 华 东特高压同步电网可减 少装机容量共约1 6 50 0MW 进一步考虑异步联网 效益 特高压网架减少装机可达2 0 0以 WM 按照火电 第l期张运洲等 特高压交流输电的经济性 套 矗 装机投资39 2 2元瓜W 估算 可节约投资约80 0亿元 3 降低燃煤成本 据统计 2 0 0 5 年华北 华中 华东电网发电标 煤平均价格分别为 251 355 495 元l t 据此以 2020 年2规划方案电量平衡结果计算 与各负荷中 心直接发电相比 在煤电基地发 电通过特高压 网架 向负荷中心送 电 5 5 20 0MW 时 发 电燃煤成本约降 低240亿元 4 减少弃水电量 建设特高压 网架 形成华北一华中一华东同步 电网 实现水火互济运行 2020 年可以多消纳川渝 地区弃水电量6 0 X G W h 参照火电基地预计平均 上网电价0 24 3元瓜W h 可以节约电力成本巧亿元 5 降低50 0 kV电网的短路电流 采用 B P A 软件进行短路电流计算 结果显 示 如2020年不建设特高压网架 华北 华东 华中电 网约有1亿kVA容量的变电站需更换开关等变电设 备 建成特高压 网架后 5 0 0 kV 电网短路电流水平 大幅下降 可避免大量更换电气设备 减少电网改 造投 资 2 1 亿 一 3 1 亿元 6 环保效益 燃煤电厂大气污染排放的环境损失与所在地区 的人口 经济发展状况有关 人口密度大 经济发 展水平高 造成 的损失就大 根据亚洲开发银行颁 布的相关实施细则 以20 科年陕蒙 华东和华中地 区的人口密度 人均G D P计算 特高压 网架向中东 部负荷中心送电 27 50 亿 kw h 时 可以减少环境损 失 3 4 亿元 并有 利于改善人 口密集地区的环境质 量 2 2 投入产出分析 l 思路与方 法 以2020年特高压 网架和 50 0kV 弱联2个规划 方案为基础 采用有无对比法 进行差值现金流量 分析 以前述全社会 收益为现金流人 根据发生时 间分解到各年 根据特高压网架投资估算 运行费用 网损 费用计算各年度现金流出 按照20 2 0年特高压网架形成规模 经营期 2 0 年 编制现金流量表 测算经济内部收益率 投资 回收期等指标 2 计算结果 根据国民经济评价理论 对上述情况进行现金 流量分析 得到经济内部收益率为 7 高于长期 贷款利率 可以 在 1 9 年内回收特高压交流输电的 投资 由此可见 特高压交流输电技术具有较好的 投人产出效益 2 3 特高压网架输电价分析 l 思路与方法 根据特高压网架投资估算 按输电功能承担 全部成本考虑 采用 反映 成 本 的网络定 价法 CR NP 基于电力流计算煤电基地到各受电地区的 平均输 电价 以煤电基地预计平均上网电价为基础 按照 电价顺加原理 计算受电地区到网电价 对比受电地区到网电价和新建火电机组平均 上 网电价和到时网电价 分析特高压交流输电的市 场竞争力 2 计算结果 晋陕蒙宁煤电基地通过特高压交流输电到华中 华东输电价分别为 0 05 1 元瓜w h 和0 1元瓜w h 各受电地区到网电价均低于当地平均上网电价水平 见 表 3 因此 各负荷中心通过特高压网架接受煤 电基地 电力 可有效降低成本 提高资源的配置效 率 表3特离压网架输电价竞争力分析 单位 元瓜W h 序 送电 受电平均到网受电地区平 号地区地区 输电价 电价 均上网电价 l 晋陕蒙宁华中 0 0 510 30 3 48 0 358 2 晋陕蒙宁华东 0 10 3 60 374 0 387 表 3中 考虑受电地区不同的分电方案 华中 平均上 网电价分别为鄂 湘 赣 豫4省平均上 网 电价或鄂 湘 赣 3省平均上 网电价 华东平均上 网电价分别 为沪 浙 苏 闽 皖5省平均上网电价 或沪 浙 苏3省平均输电价 3 试验示范工程财务分析 作为特高压发展 的起步阶段 试验示范工程主 月 电力技术经济 第1 9卷 要目的在于考核设备 验证技术 为推广使用 积累 经验 该工程在完成试验示范目标的基础上即可投 人商业运行 因此也需要具有相应的财务生存能力 3 1 电价竞争力分析 l 思路与方法 与特高压网架输电价竞争力分析类似 分别计 算试验示范工程 的输电价 到网电价 并与湖北省 新建火电机组平均上网电价进行比较 其中 试验示范工程输电价测算中 依据 国 家发 展改革委关于印发 电价改革实施办法 的通知 等文件 采用 成本 收益 和经营期2种方法计算 到网电价竞争力分析中 除对基本方案电价进行比 较分析外 还采用敏感性分析方法 分析该工程在 主要边界条件变动情况下的抗风险能力 2 愉电价浏算 依据表 4的计算条件 采用2种电价测算方法 分别计算试验示范工程输电价 综合2项计算结果 输电价格为 0 0 6 元瓜W h 该输电价水平较特高压 交流达到成熟阶段的输电价水平要高 主要原因有2 个方面 一是试验示范工程投资中包含了大量研发 经费 投资水平高于成熟技术 二是试验示范工程 在试验阶段输电量较小 利用率较低 3 到网电价竞争力分析 根据国家发改委20 拓年公布的各省新投产机组 标杆上网电价 山西省脱硫燃煤机组上网电价 含 税 为0 27 5 4元瓜W h 按照电价顺加原理并考虑 线损 到网电价为0 34 0 4元瓜W h 低于湖北省新 建火电机组平均上 网电价0 38 5元瓜W h 如图7所 示 因此 试验示范工程价格具有较强竞争能力 通 过该工程将晋东南电力输送 到华中的电价低于华 如果工程投资较估算上涨 r o 输电价上涨至 0 0 72元瓜W h 当输电量不低于1 2 心 X X G Wh 即 线麟吐用小时不低于4仪 h的情况下 输电价也仅 达到0 0 8元瓜W h 到网电价较湖北当地火电上 网 电价仍具有竞争力 可见 试验示范工程具有一定 的抗风险能力 3 2 财务生存能力分析 l 思路与方法 根据 关于印发 的通知 电计 19 98 13 4 号 编制现金 流量表 损益表和资产负债表 以及辅助财务报表 计算财务 内部收益率 投资回收期等财务指标 分 析工程的盈利等财务能力 2 计算结果 按照0 0 6元瓜W h 输电价格测算 特高压试验 示范工程投资回收期为1 2年 财务内部收益率为 8 能够实现回收投资并获取合理利润 具有较强 的财务生存能力 4 特高压交流输电的其它综合效益 发展特高压交流输电可以实现巨大的综合效益 l 提高自主创新能力 以建设特高压网架为契机 通过科技进步和自 主创新推动电力工业 的技术升级 实现电网的集约 化发展 带动相关产业发展 是 电力工业落实科学 发展观的重大举措 与此同时 抓住我国电网快速 发展的有利时机 依托特高压输电这一重大项目 通过组织技术攻关 实施试验示范工程 对部分关 协 第l期张运洲等 特高压交流输电的经济性 资 盒 键技术采用技术引进 消化完善 形成产业规模 将显著提升我 国输电装备制造 业 的自主创新能力 从而提高国际竞争力 2 提高土地资源的集约利用程度 近年来 站址 输电走廊越来越紧张 输变电 工程建设拆迁等本体建设以外的费用大幅增长 1 条 交流 1 0以 k V 特高压线路的传输功率相当于 4 一 5 条 交流50 0 kv 超高压线路的传输能力 从土地资源的 利用效率来看 特高压线路单位走廊输电能力约为 50 0 kv 线路的3倍 可显著地减少输电走廊占地 节约宝贵的土地资源 此外 在西部地区建设大规 模煤电基地 可以利用西部较为丰富的土地资源 替代东部紧张 的土地资源 实现全国范围内的产业 布局优化 提高土地资源的集约利用程度 3 有利于煤炭资源 的集约化开发和利 用 目前 我国煤炭资源采出率低 煤炭人洗率有 待提高 同时还存在着煤炭产业集中度低 产业链 短等问题 建设特高压网架有利于在褐煤资源丰富 的地区 采取煤电一体化的方式 使褐煤资源得到 有效利用 也可为大型煤电基 地的发展提供必需的 支撑 4 减轻铁路运输压力 有效缓解煤电运紧张局面 电网是能源输送的空中运输网络 铁路是交通 运输的地面 网络 二者在空间上存在互补性 20 2 0 年前后 预计煤电基地通过特高压网架输送的电力 总容量为1亿 kw 每年可减少煤炭运输 2 5 亿 t 真正将 输 电输煤并举 优先发展输电 的方针落 到实处 5 结语 发展特高压交流输电是针 对我国国情 改变电 力就地平衡发展方式 实现更大范围能源资源优化 配置的战略选择 本文从经济方面分析了发展特高 压交流输电的合理性 主要结论如下 建设大型坑 口电站 采用特高压输电至华中 和华东地区 与在受电地区建火电厂相比是经济的 5 0 0 k v 交流由于受系统稳定限制 输电距离 不宜超过1 XX km 特高压输电与 50 0kV 交流输电 相比 在远距离 大容量输电中具有成本低 损耗 小的优势 特高压输电不仅为电力工业带来巨大 的经济 效益 也可以实现巨大的社会效益 特高压试验示范工程具有一定的财务生存能 力和较强的电价竞争力 总之 我国发 展特高压交流输电是经济的 是 利国利民的 参考文献 l l 赵彪 刘海波 韩丰等 煤电运练合 平衡分析 R 北京 国电动 力 经济研究中心 2 0 0 5 2 刘海波 赵 彪 李红军 等 特高压电网经济性分析 R 北京 国电 动 力经济研究中心 2 0 0 5 3 1 赵 彪 韩 丰 李敬如 等 晋东南一荆门 1侧洲 k v 交流变电工程经 济评价冈 北京 国电动力经济研究中心 2 0 0 5 赵 彪 张卫东 纬 丰 等 晋 东南一荆门交流特高压试脸示范工程 经济效益分析冈北京 国电动力经济研究中心 2 0 0 5 责 编 l 体钧 国务院批转发展改革委 能源办关于加快关停小火电机组若干意见的通知 20 07年1月 2 0 日 国务院同意发展 改革委 能源办 关于加快关停小 火电机组 的若干意见 国发 2007 2号 十一五 规划纲要 明确提 出 到201 0年单位国内生产总值能源消耗和主要污 染物排放总量分别比 20 05年降低 2 0 左 右和10 这是贯彻落实科学发展 观 构建社会主义和谐社会 战略思想的重大举措 也是加快建设资源节约型 环境友好型社会的迫切需要 电力工业是节能降耗 和污染减排的重点领域 近年来 电力工业快速发 展 但电力结构不合理 特别是能耗高 污染重 的 小火电机组比重过高 成为制约电力工业节能减排 和健康发展的重要因素 抓住当前经济社会发展较 快 电力供求矛盾缓解的有利时机 加快关停小火 电机组 推进电力工业结构调整 对于促进电力工 业健康发展 实现 十一五 时期能源消耗降低和 主要污染物排放减少的目标至关重要 信息 来源 中央政府门户 网站 ht t P洲叭周叨w go v C州Z W 酬2007 一 01 26 c o n t e n t 50991l h t m 2 0 7 年01月26日 翻

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