作為我國科技創新及能源電力領域的標志性成就,特高壓輸電技術及其工程正在愈來愈被人們所矚目。預計未來隨著一批特高壓輸電通道的陸續建成,“西電東送”、“北電南送”的特高壓跨區域網架送電格局將會初步實現。
值得一提的是,我國一批規劃中位于三北地區的特高壓輸電通道起點,即是計劃開發的煤炭資源蘊藏豐富的煤電基地,同時又是風能資源和太陽能資源的富集區域,特高壓輸電通道可以“風火打捆”的方式帶送更多可再生能源電力,進而實現遠距離、跨區域輸電的可靠性、經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為契機,在受端電網同時建設電力供熱設施,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,拓展風電等可再生能源的更大消納空間,改善受端電網負荷特性,并為受電地區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、蓄熱以及管網等設施,滿足城鎮區域或特定對象熱力供應需求的用能方式。
這種具備了現代用能特征的供熱方式,因為具有明顯的環境效益和社會效益而有著廣泛的應用前景。一般而言,城鎮區域的用熱需求具有季節性特點,例如冬季采暖,但若將另外一些具有季節互補性特點的用電及儲能利用考慮在內的話,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用。
本文所論電力供熱,是指在輸電通道受端電網同期建設電力供熱設施,從而加大負荷低谷時段電力負荷需求,降低受端電網負荷峰谷差,提高 受端電網調峰能力,以使環境效益與經濟效益得以提高的特定運用方式。
風電清潔供暖則是電力供熱的重要組成部分,亦是我國北方地區提供風電消納能力,緩解冬季供暖期風電并網困難的積極措施。
所論電力供熱以及風電清潔供暖,至少具有以下幾方面的應用意義:
(1)熱力負荷可以依據電網要求安排用電運行,其可以降低電網負荷峰谷差,亦可以儲能設施地位為電網削峰填谷做出貢獻;
(2)作為電力用戶,供熱設施的運行有利于減少或替代受端電網燃煤等大量落后用能設備設施,為社會創造可貴的環境效益;
(3)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。有關于此,后文還將有所說明。
方式方法
(一)基本構想
我國規劃建設中的特高壓輸電通道,由于涉及輸電效率的提高,以及受端電網調峰能力的限制,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,可以依據是否承擔受端電網調峰(包括承擔多少),原則劃分出承擔或不承擔受端電網調峰的通道運行方式。而就一個服務于火電與風電打捆開發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,當其有較高比例的風電容量時,該輸電通道的實際出力還會表現出一定的不確定性。
本文參考地處我國北方地區,尚處于規劃論證中的某特高壓輸電通道的出力分析數據,繪制了一幅輸電通道風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,當不承擔受端電網調峰任務時,日負荷曲線相對平緩;而當通道部分承擔受端電網調峰任務時,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峰任務要求相聯系的,而該圖對應的調峰任務要求是一階梯狀的設定曲線。
顯然,實際運用中,某輸電通道具體采用何種運用方式,或是否承擔受端電網調峰任務,是需要有關方面定奪的,但其中不爭的事實是,承擔調峰的運用方式會相應降低通道輸電效率,減少通道等效利用小時數,甚至致使風電棄風率增高;而不承擔調峰的運用方式,則會因受端電網擔負更大調峰壓力,其實是轉嫁了運用成本和風險。“承擔”,或是“不承擔”,成為了“魚與熊掌”之爭。
在通道受端電網推行電力供熱,可以成為一條解決之道。可使輸電通道依照不承擔方式運行,而受端電網則借助規劃建設的電力供熱設施,使用輸電通道不承擔方式較承擔方式的多發電力生產供熱,如此,則通道受端一側仍承受的是原有承擔方式的送電過程。具體實施時,受端電網電力供熱設施可以僅使用低谷負荷時段相應的兩種方式的差值電力,參見圖1陰影部分。
顯然,這樣的設計既可實現不承擔方式的運用效能,又可保證承擔方式與受端電網的“友好聯接”狀態。
根據出力分析數據,可以測算電力供熱可用電量,以及設備設施的裝機容量。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調峰方式相應電量的4.9%,而供熱設備設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,屬于打捆外送的風電電量有著較高比重。
(二)細節思考
能夠看出,從上面測算的電力供熱可用電量和設備設施裝機容量,聯想我國規劃建設特高壓通道的輸電能力,在輸電通道受端電網推行電力供熱以及風電清潔供暖,有著巨大的潛在價值。政府主管部門、電網公司以及市政供熱企業,可以根據特高壓輸電通道的建設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細節供參考:
(1)從熱力用戶的需求特點,以及降低電網的布線成本考慮,電力供熱設施的規劃建設宜多采用分布式。
(2)從電網運行一體化的角度考慮,配套建設的電力供熱設施不一定與特高壓通道落地側直接連線用電,但用電時段、電量計量及電費結算等應該對接管理,并將其納入統一的運行系統。
(3)假使采用直接連線方式,當有備用電源,以保證電力供熱設施的可靠運行,盡管其較一般電力用戶對于供電的穩定性要求不高。不過,此種情形的用電費用應事先有所協商,且供熱設施經營方能夠控制相關成本。
(4)為適應熱力負荷波動,降低對于電網的沖擊影響,電力供熱設施設備有必要考慮具有充分儲熱容量的技術方案。
(5)鑒于電力供熱設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用電設施的應用研究與布局(例如夏季制冷或海水淡化應用等)。
政策建議
借助特高壓推進電力供熱以及風電清潔供暖的應用,無論是思想認識,或是經驗,以及現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,以期能夠正確引導并使之可持續發展。
從我國目前城鎮供熱行業的現狀看,影響電力供熱形式投資項目發展的主要制約因素在于經營成本問題。對于電力供熱的主體設施—用電鍋爐設備來說,相比燃煤燃氣動力方式,其單位熱值的一般工業用電價格要較燃煤燃氣價格高得多,這致使電力供熱的經濟性明顯不及其他傳統供熱方式。
為保證計劃的實施,建議對受端電網配套建設的電力供熱項目,研究制訂專項政策,以期能夠實現降低電力供熱投資項目經營成本的基本目標。
有關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小(前文測算數據約為4.9%),由此涉及的發供電相對收益亦低;二是從項目授予、系統接入或通道建設、銷售電價保證等方面看,特高壓通道的發輸電企業具有特許經營權的性質,由此可以賦予其相應義務。
可考慮按如下思路制訂相關政策:一是供熱企業按照不高于燃煤成本測算的“成本電價”結算經營,參見下式:
二是該“成本電價”與一般工業用電價格差所導致的“收益損失”,由輸電通道涉及的發電和輸電企業分攤。
結語
借助特高壓輸電通道建設在受端電網推行電力供熱以及風電清潔供暖,既可實現所謂不承擔調峰任務方式的運用效能,又可提供所謂承擔調峰任務方式的“友好聯接”,而所討論的技術細節和政策建議也為實施提供了方法和方向。
相信只要相關措施得當,借助特高壓推進電力供熱以及風電清潔供暖一定會取得預期效益,亦會由此產生不可估量的示范效應。