作为我国科技创新及能源电力领域的标志性成就,特高压输电技术及其工程正在愈来愈被人们所瞩目。预计未来随着一批特高压输电通道的陆续建成,“西电东送”、“北电南送”的特高压跨区域网架送电格局将会初步实现。
值得一提的是,我国一批规划中位于三北地区的特高压输电通道起点,即是计划开发的煤炭资源蕴藏丰富的煤电基地,同时又是风能资源和太阳能资源的富集区域,特高压输电通道可以“风火打捆”的方式带送更多可再生能源电力,进而实现远距离、跨区域输电的可靠性、经济性以及清洁性的多重效益。不久前竣工运行的哈密-郑州±800kV输电通道就是运用这一思路的代表工程。
事实上,借助特高压还可以做得更多。我们完全可以特高压输电通道的工程建设为契机,在受端电网同时建设电力供热设施,如此,一来可以有利提高输电通道送电能力或运用效率,二来又可通过电力供热,拓展风电等可再生能源的更大消纳空间,改善受端电网负荷特性,并为受电地区减少燃煤废气排放和减缓大气污染状况做出贡献。
电力供热与风电清洁供暖
所谓电力供热,是指以电力为能源动力,借助制热、蓄热以及管网等设施,满足城镇区域或特定对象热力供应需求的用能方式。
这种具备了现代用能特征的供热方式,因为具有明显的环境效益和社会效益而有着广泛的应用前景。一般而言,城镇区域的用热需求具有季节性特点,例如冬季采暖,但若将另外一些具有季节互补性特点的用电及储能利用考虑在内的话,例如制冷、制氢及海水淡化等,那么本文所谓电力供热,其实可以有更广义的理解和应用。
本文所论电力供热,是指在输电通道受端电网同期建设电力供热设施,从而加大负荷低谷时段电力负荷需求,降低受端电网负荷峰谷差,提高 受端电网调峰能力,以使环境效益与经济效益得以提高的特定运用方式。
风电清洁供暖则是电力供热的重要组成部分,亦是我国北方地区提供风电消纳能力,缓解冬季供暖期风电并网困难的积极措施。
所论电力供热以及风电清洁供暖,至少具有以下几方面的应用意义:
(1)热力负荷可以依据电网要求安排用电运行,其可以降低电网负荷峰谷差,亦可以储能设施地位为电网削峰填谷做出贡献;
(2)作为电力用户,供热设施的运行有利于减少或替代受端电网燃煤等大量落后用能设备设施,为社会创造可贵的环境效益;
(3)利用特高压输电通道推行电力供热,事实上还有利于提高输电通道的输电效率,以及打捆外送更多的可再生能源电力。有关于此,后文还将有所说明。
方式方法
(一)基本构想
我国规划建设中的特高压输电通道,由于涉及输电效率的提高,以及受端电网调峰能力的限制,从而面临负荷特性的选择,或说是通道运行方式的确定问题。一般地,可以依据是否承担受端电网调峰(包括承担多少),原则划分出承担或不承担受端电网调峰的通道运行方式。而就一个服务于火电与风电打捆开发并送电的输电通道而言,受到通道输送容量、送电电能频率以及火电机组跟踪速动性能的限制,当其有较高比例的风电容量时,该输电通道的实际出力还会表现出一定的不确定性。
本文参考地处我国北方地区,尚处于规划论证中的某特高压输电通道的出力分析数据,绘制了一幅输电通道风火打捆运用方式下的出力特性模拟图,参见图1。
图1示意的两条曲线代表着两种通道运行方式,当不承担受端电网调峰任务时,日负荷曲线相对平缓;而当通道部分承担受端电网调峰任务时,其日负荷曲线0时-8时段有一明显的谷底过程。顺便说明,后者的出力过程是与所赋予的调峰任务要求相联系的,而该图对应的调峰任务要求是一阶梯状的设定曲线。
显然,实际运用中,某输电通道具体采用何种运用方式,或是否承担受端电网调峰任务,是需要有关方面定夺的,但其中不争的事实是,承担调峰的运用方式会相应降低通道输电效率,减少通道等效利用小时数,甚至致使风电弃风率增高;而不承担调峰的运用方式,则会因受端电网担负更大调峰压力,其实是转嫁了运用成本和风险。“承担”,或是“不承担”,成为了“鱼与熊掌”之争。
在通道受端电网推行电力供热,可以成为一条解决之道。可使输电通道依照不承担方式运行,而受端电网则借助规划建设的电力供热设施,使用输电通道不承担方式较承担方式的多发电力生产供热,如此,则通道受端一侧仍承受的是原有承担方式的送电过程。具体实施时,受端电网电力供热设施可以仅使用低谷负荷时段相应的两种方式的差值电力,参见图1阴影部分。
显然,这样的设计既可实现不承担方式的运用效能,又可保证承担方式与受端电网的“友好联接”状态。
根据出力分析数据,可以测算电力供热可用电量,以及设备设施的装机容量。对于图1示例而言,若取0时-8时为用电时段,则电力供热可用电量约为不承担调峰方式相应电量的4.9%,而供热设备设施容量约为通道最大负荷的12.3%。
进一步测算可知,上述4.9%的可用电量中,风电占比约为39%,换言之,在提供给电力供热的可用电量里,属于打捆外送的风电电量有着较高比重。
(二)细节思考
能够看出,从上面测算的电力供热可用电量和设备设施装机容量,联想我国规划建设特高压通道的输电能力,在输电通道受端电网推行电力供热以及风电清洁供暖,有着巨大的潜在价值。政府主管部门、电网公司以及市政供热企业,可以根据特高压输电通道的建设计划及早做出深入研究和工作部署。
本文特别提示以下技术细节供参考:
(1)从热力用户的需求特点,以及降低电网的布线成本考虑,电力供热设施的规划建设宜多采用分布式。
(2)从电网运行一体化的角度考虑,配套建设的电力供热设施不一定与特高压通道落地侧直接连线用电,但用电时段、电量计量及电费结算等应该对接管理,并将其纳入统一的运行系统。
(3)假使采用直接连线方式,当有备用电源,以保证电力供热设施的可靠运行,尽管其较一般电力用户对于供电的稳定性要求不高。不过,此种情形的用电费用应事先有所协商,且供热设施经营方能够控制相关成本。
(4)为适应热力负荷波动,降低对于电网的冲击影响,电力供热设施设备有必要考虑具有充分储热容量的技术方案。
(5)鉴于电力供热设施用电存在一定的波动性,尤其是客观上存在着用电的季节差异性,亦即实际运行中可能存在有冗余电力(高于额定用电或多于供热时间),可以在更广义的范围考虑有关用电设施的应用研究与布局(例如夏季制冷或海水淡化应用等)。
政策建议
借助特高压推进电力供热以及风电清洁供暖的应用,无论是思想认识,或是经验,以及现行电力体系框架层面,都还有诸多工作要做,尤其需要在政策保证方面有所作为,以期能够正确引导并使之可持续发展。
从我国目前城镇供热行业的现状看,影响电力供热形式投资项目发展的主要制约因素在于经营成本问题。对于电力供热的主体设施—用电锅炉设备来说,相比燃煤燃气动力方式,其单位热值的一般工业用电价格要较燃煤燃气价格高得多,这致使电力供热的经济性明显不及其他传统供热方式。
为保证计划的实施,建议对受端电网配套建设的电力供热项目,研究制订专项政策,以期能够实现降低电力供热投资项目经营成本的基本目标。
有关政策制订可以基于如下事实:一是电力供热可用电量对于通道总送电量的占比较小(前文测算数据约为4.9%),由此涉及的发供电相对收益亦低;二是从项目授予、系统接入或通道建设、销售电价保证等方面看,特高压通道的发输电企业具有特许经营权的性质,由此可以赋予其相应义务。
可考虑按如下思路制订相关政策:一是供热企业按照不高于燃煤成本测算的“成本电价”结算经营,参见下式:
二是该“成本电价”与一般工业用电价格差所导致的“收益损失”,由输电通道涉及的发电和输电企业分摊。
结语
借助特高压输电通道建设在受端电网推行电力供热以及风电清洁供暖,既可实现所谓不承担调峰任务方式的运用效能,又可提供所谓承担调峰任务方式的“友好联接”,而所讨论的技术细节和政策建议也为实施提供了方法和方向。
相信只要相关措施得当,借助特高压推进电力供热以及风电清洁供暖一定会取得预期效益,亦会由此产生不可估量的示范效应。