湖北省消纳西南水电的策略研究

蒋 霖，王 枫，唐金锐，李泰军，胡济州，庸 威

(1.国网湖北省电力公司，湖北 武汉 430077；2.中国电力工程顾问集团中南电力设计院有限公司，湖北 武汉 430071)

0 引言

今后十五年的时间，是西南水电大规模开发时期，根据国家总体能源规划，华中东四省（包括湖北）是消纳西南水电的重要市场，应该也必须消纳西南水电[1-4]。在此背景下，通过分析研究，明确湖北应该消纳西南哪些水电、可以消纳多大规模、什么时机消纳较合适，有助于提高湖北电网运行经济性、安全性，增强湖北电网规划的主动性和适应性。

1 湖北消纳区外电力的必要性

1.1 湖北电力工业情况

从全省全口径装机结构来看，湖北省电源生产结构以水电为主；但扣除三峡外送电力后，湖北省电源结构以火电为主，由于水电装机占全省水电经济可开发量的比重已超过90%，因此短期内这一结构将难以改变。2014年湖北省电源结构见表1。

表1 2014年湖北省装机构成表Tab.1 Generator unit construction in Hubei in 2014(单位：104kW)

1.2 未来电力供应需求分析

根据湖北省的国民经济发展情况，结合历史用电结构情况，对湖北未来的全社会用电量和用电负荷进行了预测，分为高方案和低方案。

（1）电力负荷预测高方案

湖北2020年和2025年全社会负荷将分别达到5 260×104kW和6 885×104kW。考虑到目前湖北在建及已核准火电项目973×104kW、已取得路条及纳入规划火电项目136×104kW，以及特高压交流送入电力，湖北电力平衡计算结果如下：

1)至2020年，湖北电源建设空间达到1 000×104kW。

2)不考虑核电，2025年湖北电源建设空间约为2 839×104kW。

（2）电力负荷预测低方案

湖北2020年和2025年全社会负荷将分别达到4 450×104kW和5 384×104kW。考虑到目前湖北在建、已核准、已取得路条及纳入规划火电项目1 109×104kW，以及特高压交流送入电力，湖北电力平衡计算结果如下：

1)至2020年，湖北电力由盈余状态转为基本平衡。

2)不考虑核电，2025年湖北省电源建设空间约为1 127×104kW。

1.3 中长期电力供应措施分析

根据上述分析，结合全国其他地区的电力平衡计算结果，至2025年左右，华中区域将超越华东，成为我国最大的能源（非油气）输入区域[5]。且华中区域处于全国能源流的末端，缺少沿海区位优势，能源进口难度大，能源供应问题最为突出。

为保证中长期电力供应，湖北可采取措施包括：加快开发风电和太阳能发电建设、增加湖北吸纳三峡电量、有序推进火电建设、经济合理消纳区外电力、积极推进省内核电建设。受湖北资源限制，新能源对本省电力供应的贡献度非常有限。而三峡电力回收难度大，回收的比例有限。因此，湖北的电力供应安全将主要依靠火电建设、区外电力消纳以及核电建设措施来保障。

1.4 湖北消纳区外电力的时机与规模

根据未来建设的铁路煤运能力[6]，以及二氧化硫、氮氧化物排放控制指标[7]，对湖北省的煤电建设极限进行了分析，初步测算结果表明，受环保及交通运输制约，2020年，湖北煤电建设极限值约为4 100×104kW[8]，2025年约为4 500×104kW。

（1）电力负荷预测高方案

“十三五”，至2020年，若湖北电源建设空间1 000×104kW全部依靠省内自建煤电弥补，则届时省内煤电规模达到4 575×104kW，超过煤电建设极限值。因此，建议湖北消纳区外电力，落点一条直流，保证本省电力供应安全。

“十四五”，2025年，湖北电力建设空间相比2020年增加1 840×104kW，即使“十四五”期间核电规模达到500×104kW，若全部依靠省内自建煤电弥补，省内煤电规模将超过湖北煤电建设极限。因此，建议“十四五”湖北消纳区外电力，落点一条直流，保证湖北省电力供应安全。

（2）电力负荷预测低方案

“十三五”，湖北基本处于盈余状态，无需消纳区外电力。但部分煤电机组的缓建，将为区外电力受入创造一定的条件。

“十四五”，2025年，湖北电力建设空间相比2020年增加1 100×104kW，由于“十四五”期间湖北省内核电规模达到500×104kW存在较大的不确定性，若全部依靠省内自建煤电弥补，届时省内煤电规模将接近湖北煤电建设极限。一旦核电发展滞后、环保压力加大或铁路运输卡口，湖北省电力供应安全将无法得到保证。因此，建议“十四五”湖北消纳区外电力，落点一条直流，保证湖北省电力供应安全。

（3）小结

“十三五”期间，在电力负荷预测高方案下，可消纳区外电力，落点一条直流；在电力负荷预测低方案下，湖北基本处于电力盈余状态，无需落点直流。

“十四五”期间，不管在电力负荷预测高方案下还是低方案下，建议消纳区外电力，落点一条直流。

2可供湖北消纳西南水电规模

2.1 西南水电概况

我国西部的水力资源丰富，主要集中在大渡河、雅砻江、金沙江、澜沧江、怒江、雅鲁藏布江等6大流域。雅鲁藏布江的水电开发工作深度尚浅，预计2030年前不可能集中开发形成规模，论文中暂不考虑。结合相关流域输电规划研究成果[4,9-11]，这5大流域梯级水电站以及四川季节性水电开发时序和规模如表2所示。大渡河流域电站规划装机总规模约为2 670×104kW，未来的送电方向主要为四川地区。

雅砻江流域电站规划装机总规模约2 850×104kW。雅砻江上游总体规划装机规模有限，约250×104kW；雅砻江中游规划总装机规模约1 130×104kW；雅砻江下游主要送电华东，部分在重庆和四川消纳。

表2 西南水电开发规模、进度及送电方向Tab.2 The planning schedule and accommodating area of the southwest hydropower(单位：104kW)

需要说明的是，雅砻江中游水电距离四川负荷中心也较近，根据目前的输电规划，其枯期电量留存四川消纳的可能性大。

澜沧江流域电站规划装机总规模为3 116×104kW。澜沧江上游（西藏段）装机规模625×104kW；澜沧江上游（云南段）装机规模883×104kW，送电广东；澜沧江中下游河段规划水电均已投产，送电广东、云南地区消纳。

怒江流域电站规划装机总规模约为3 690×104kW。怒江上游总装机容量约1 460×104kW；怒江中下游梯级开发规模约为2 220×104kW，考虑送广东、云南等地区消纳。

金沙江流域电站规划装机总规模约为8 100×104kW。金沙江上游总装机规模约1 450×104kW；金沙江中游总装机规模约为2 100×104kW，主要送电云南、广西、广东地区消纳；金沙江下游总装机规模约4 520×104kW。目前，溪洛渡左岸、右岸、向家坝均已投产，金下二期乌东德水电在广东、云南地区消纳，金下二期白鹤滩水电总装机1 600×104kW。

根据相关研究结果[5]，四川“十三五”可外送季节性电力630（枯水年）～1 015×104kW（平水年）；2025年可外送季节性电力1 180（枯水年）～1 580×104kW（平水年）。

2.2 可供湖北消纳的西南水电规模

根据上节分析内容，除四川季节性水电外：“十三五”期间可供湖北消纳的西南水电包括雅砻江中游水电。“十四五”期间可供湖北消纳的西南水电包括金沙江上游水电和金下二期白鹤滩水电。

3 湖北消纳西南水电策略

3.1 西南水电策略思路

西南水电属于可再生能源，宜就近消纳，以降低输变电工程投资，减少能源损耗。而华中（湖北）是西南水电最近的消纳市场，从全国能源流经济、合理角度出发，湖北应优先消纳西南水电，其次再考虑消纳北方煤电基地送出的火电（以下简称“北方火电”）。

但在消纳西南水电，应注重其高效性、经济性及安全性。湖北电力供应长期受到水文年、丰枯期影响，枯水年、枯水期供电压力较大。接受西南水电时，应重点关注出力特性较好的水电。

2015年，湖北煤电标杆上网电价全国第6，接受外电应该充分考虑经济性，关注送入电力的落地电价，努力降低用电成本。

湖北用电负荷有限，接受外区送入电力时，需考虑电网实际接受能力，避免受入电力规模较大，影响电网安全稳定运行和系统调峰[12]。

3.2 西南水电出力特性

根据相关流域输电规划研究成果，可供湖北消纳的雅砻江中游水电、金沙江上游水电、白鹤滩水电和四川季节性水电丰枯期外送电量比如下表3所示。

可见，白鹤滩水电的出力特性最好，平水年丰枯期电量比为61∶39，枯水年丰枯期电量比为54∶46；其次为金沙江上游水电，平水年丰枯期电量比为70∶30；再次为雅砻江中游（枯期全部外送），最后为四川季节性水电和雅砻江中游水电（枯期全部留存四川），丰期送电而枯期不送电。

表3 可供湖北消纳西南水电的出力特性Tab.3 Output characteristics of the southwest hydropower accommodated in Hubei

3.3“十三五”消纳西南水电策略

“十三五”期间，电力负荷预测高方案下，需要消纳区外电力，落点一条直流。表4给出了雅砻江中游水电枯期全部外送和枯期全部留存四川时送湖北消纳的替代率。

表4 雅砻江中游水电替代率Tab.4 Substitution effect of the hydropower in middle reach of Yalong River

由于雅砻江中游水电出力特性不理想，即使枯期电量全部外送，湖北受入超过500×104kW时，替代率就不足100%，即无法替代同等容量的火电机组，造成资源浪费。如果仅送500×104kW，则雅砻江中游水电剩余容量将无法充分利用。实际上，雅砻江中游水电枯期电量将首先要保证四川地区供电，很可能全部留存四川，此时雅砻江中游水电的丰枯期电量比更差，在湖北受入超过300×104kW时，替代率就不足100%。

因此，从全国资源优化利用角度出发，雅砻江中游水电不宜送湖北消纳，可送往其他省份消纳。

3.4“十四五”期间湖北消纳西南水电的优化

“十四五”期间，可供湖北消纳的西南水电包括金沙江上游水电和金下二期白鹤滩水电。

根据金沙江上游水电和金下二期白鹤滩水电出力特性，得出送湖北消纳时的替代率如表5。可见，在送湖北消纳800×104kW水电条件下，金沙江上游水电和白鹤滩水电的替代率均为100%，替代火电装机效益明显，湖北能够完全消纳上述西南水电。

表5 金沙江上游水电和白鹤滩替代率计算结果Tab.5 Substitution effects of the hydropower in upper reach of Jinsha River and Baihetan hydropower

在此基础上，重点从水电送入后湖北调峰、火电利用小时数及电价的影响来对比研究湖北应该消纳哪个水电更合适。

调峰方面，分析结果见表6所示，结果表明，受入白鹤滩水电，可降低省内调峰压力10.7个百分点；受入金沙江上游水电，将增加省内调峰压力1.5个百分点。

表6 2025受入西南水电后对湖北调峰压力的影响Tab.6 Impact of accommodating southwest hydropower on peak load regulation demand in 2025

对电价的影响方面，分析结果见表7所示，上网电价是按照水电站单位千瓦造价估算得出。结果表明，白鹤滩水电的“落地电价”为0.441 6元/kW·h，与省内火电上网电价持平；金沙江上游水电的“落地电价”为0.466 0元/kW·h，较白鹤滩水电“落地电价”高出0.024元/kW·h。

表7“十四五”西南水电落地电价测算结果Tab.7 Price level of the southwest hydropower

火电利用小时数影响方面，结果表明，由于白鹤滩水电利用小时数低于省内火电利用小时数，而金沙江上游水电利用小时数高于省内火电利用小时数，因此，受入白鹤滩水电后，省内火电利用小时数上升，而受入金沙江上游水电后，省内火电利用小时数下降。

因此，“十四五”期间，推荐湖北消纳白鹤滩水电。

3.5 湖北消纳四川季节性水电策略

对四川季节性水电的“落地电价”进行了测算，四川季节性水电的“落地电价”为0.36元/kW·h，较省内煤电上网电价低约0.08元/kW·h，可见，在避免对湖北省内调峰等造成过大影响的条件下，可适当消纳，以降低省内用电成本。

后续将根据省内负荷特性、调峰电源现况及规划对接受四川季节性水电的规模进行分析确定。

4 结论

1）受能源资源、环保及交通运输制约，为保证中长期电力供应安全，湖北省必须大规模接受外电、大力发展核电。

2）由五大流域电站的开发时序、送电方向，及四川季节性水电的规模可得，除四川季节性水电外，“十三五”可供湖北消纳的西南水电包括雅砻江中游水电，“十四五”可供湖北消纳的西南水电包括金沙江上游水电和金沙江下游二期水电（即白鹤滩水电）。

3）“十三五”期间，在电力负荷预测高方案下，湖北可考虑消纳北方火电；在电力负荷预测低方案下，湖北基本处于电力平衡状态，没有空间接受外电。但部分煤电机组的缓建，将为区外电力受入创造一定的条件。

4）“十四五”期间，不管在电力负荷预测高方案还是低方案下，建议湖北积极争取消纳白鹤滩水电。

5）湖北可合理消纳四川季节性水电，降低用电成本。

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