新疆電網建設抽水蓄能電站必要性分析

吳來群,盧其福

(中國電建集團西北勘測設計研究院有限公司，西安 710065)

1 新疆電網現狀及特點

新疆電網以烏魯木齊市為中心，沿天山北坡東西展開，南北延伸，最東至哈密，最西至伊犁，最南至和田，最北至阿勒泰，東西約2 200 km，南北約3 300 km，供電范圍覆蓋全疆的大部地區。在新疆電網覆蓋范圍內，還有一些隸屬于兵團、石油和地方的110、35 kV獨立小電網，以及企業自備小電網。

2015年，隨著750 kV亞中輸變電工程的投運，750 kV烏昌小環網完全形成，提高了烏昌地區的供電可靠性；隨著750 kV電網庫車～阿克蘇～巴楚～喀什新疆輸變電工程投運，750 kV主網架延伸至南疆地區，加強了南疆地區與主網的聯系。2016年新疆750 kV電網形成了“三環網、一延伸”結構。五彩灣-芨芨湖-三塘湖-哈密750 kV東環網的建立，促進了五彩灣地區火電及哈密地區新能源的送出，保障了天中直流的安全可靠送出。750 kV烏蘇、伊犁主變增容及伊庫線投運，環天山西環網形成，實現了南北疆電力互供、水電與光伏互補的格局。截至2016年底，全網總裝機容量76 911 MW，較2015年(65 761.3 MW)增長17%。其中，直流配套電廠72座(火電3座、風電51座、光伏18座)，容量13 109.5 MW，占總裝機17.04%。

新疆電網主要有以下特點：

(1) 負荷增長較快，2016年最大用電負荷26 028 MW，全疆發電量2 273.7億kWh，外送電量356.58億kWh。隨著經濟社會進一步發展，電力需求將繼續增長。根據預測，2025年新疆全社會用電量4 000億kWh，最大負荷65 000 MW；2030年全社會用電量4 750億kWh，最大負荷78 500 MW。同時，2025年新疆規劃外送電規模56 000 MW，2030年外送規模80 000 MW。

(2) 能源資源豐富，新能源開發利用前景廣闊。新疆是全國風能資源最豐富的地區，可開發利用地區主要分布在北疆。新疆還是太陽能資源豐富的地區，峰值出現在東部地區。截至2016年底，新疆風電裝機1 7754.8 MW、光伏裝機8 926 MW，新能源裝機合計26 680.8 MW，除在區內消納外，還通過直流特高壓工程外送，外送裝機7 829.5 MW。規劃2025年風電總裝機51 650 MW、太陽能發電總裝機33 825 MW；2030年風電總裝機58 350 MW、太陽能發電總裝機49 150 MW。

新能源增速過快，開發規模遠超當地消納能力，棄風、棄光限電問題日益突出，2016年棄風率38%，棄風電量137億kWh[1]，制約了新疆新能源的消納和開發。

(3) 新疆電網峰谷差相對較小，但電網中水電裝機比重小，且受綜合利用任務的限制，調峰能力不能充分發揮[2]。火電裝機中供熱機組比重較大，隨著風電、光伏裝機的不斷增加，電網調峰與新能源消納愈發困難。

(4) 新疆地域廣，電網跨度大。由于新疆地域遼闊，電網東西、南北跨度均超過2 000 km。把疆內的能源資源轉化成電力，進行遠距離、大規模輸電和全國范圍優化配置，特高壓電網通道建設勢在必行。同時也需要加強750 kV網架建設，滿足地區間大功率送電的需要和大容量電廠、大型水火電基地的接入及送出需要。

2 新疆建設抽水蓄能電站的必要性

抽水蓄能電站是世界公認的可靠調峰電源，啟動迅速、爬坡卸荷速度快、運行靈活可靠，既能削峰又可填谷，能很好地適應電力系統負荷變化，改善火電、核電機組運行條件，提高電網經濟效益，同時也可作為調頻、調相、緊急事故備用電源，提高供電可靠性[3]。結合新疆電網及能源資源特點，建設一定規模的抽水蓄能電站，在滿足電力增長要求的同時，可優化電源結構，緩解系統調峰矛盾，增加風電和光伏發電消納能力，提高電力系統安全穩定性和運行經濟性；配合風電、太陽能發電外送，可提高輸電系統穩定性，增加新能源外送能力[4]。因此新疆電網建設抽水蓄能電站的經濟合理規模主要從其發揮作用的以下幾個方面進行分析。

(1) 解決新疆電網負荷中心電力調峰問題

烏魯木齊、昌吉、吐魯番、奎屯區域是新疆政治、經濟、文化、金融、交通等最發達、最活躍的地區，也是新疆電網的負荷中心。根據預測，“烏昌吐奎”地區2025年最大負荷約33 050 MW，占全疆負荷50%以上，需電量約2 152億kWh，冬季最大峰谷差5 002 MW。另外，新疆準東～皖南±1 100 kV特高壓直流工程最大輸電容量為10 000 MW。

電源方面，“烏昌吐奎”電網水電規模很小，且基本都是徑流式電站或者具有灌溉、防洪和發電等綜合效益的水庫式電站；根據規劃，2025年達坂城、小草湖及準東地區的16 134 MW風電將并入“烏昌吐奎”電網。

在進行調峰容量平衡計算時，考慮輸電平臺對受端電網要有一定的適應性，直流輸電工程日內按照2個時段限制輸電線路的輸電容量。低谷時段最大輸電容量為線路輸電能力的70%；其他時段最大為輸電線路滿負荷運行，且保證受端電網負荷高峰時線路滿負荷送電，網內現有火電總裝機容量13 845 MW，不足部分由規劃的其它火電補充，火電綜合調峰率按35%考慮。由于達坂城、小草湖風區地處同一風帶，經過統計分析，進行調峰容量平衡分析時選取風電典型出力過程，低谷時段風電上網容量按裝機容量的70%控制，以上部分按棄風處理。調峰容量平衡計算成果見表1。

2025年水平，“烏昌吐奎”冬季、夏季缺調峰容量分別為7 164 MW和5 711 MW，配置3 600 MW的抽水蓄能電站后，冬季、夏季火電綜合調峰率分別為38.1%和34.5%。

(2) 新能源消納和幾大外送基地需要

根據相關規劃，2020年新疆風電總裝機容量達到36 500 MW，其中疆內消納23 300 MW，外送13 200 MW；2025年風電總裝機容量達到51 650 MW，其中疆內消納約26 450 MW，外送25 200 MW；2030年風電總裝機容量達到58 350 MW，新增規模主要考慮疆內消納。規劃2025年新疆外送通道有哈密3條、準東2條、伊犁1條，2030年準東、伊犁各增加1條。

表1 2025年“烏昌吐奎”電網調峰容量平衡成果表 /MW

風電外送基地配置一定規模抽水蓄能電站，不僅有利于提高輸電線路有效容量，也有利于提高輸電系統安全穩定性，更能適應受端電網負荷變化需求，減少受端電網調峰壓力和調峰電源規模[5]；同時配置一定規模抽水蓄能電站，對提高風光電電量利用率、提高風光電開發規模、提高可再生能源電量在外送電量中的比例均具有較大的積極作用[6]。

以哈密基地為例分析計算[7]，在“火電5 000 MW+風電8 000 MW”方案的基礎上，增加抽水蓄能電站1 000、1 200、1 400、1 600 MW和1 800 MW，風、光電電量利用率分別由88.53%提高至92.36%、92.78%、93.16%、93.52%和93.84%，多利用風、光電電量分別是6.61億、7.33億、7.99億、8.61億kWh和9.17億kWh。

(3) 喀什特區經濟發展和中巴聯網輸電的需要

隨著喀什特區經濟發展、新能源發展及中巴聯網，電力負荷快速增長，調峰需求也會進一步加大，電力保障要求越來越高。喀克地區所在的南疆四地州水力資源較為豐富，但徑流式電站較多[8]，且水利項目大多以防洪、灌溉等綜合任務為主，電站調峰運行時下泄不均勻的流量對下游灌區引水產生不利影響，因此調峰能力受到一定影響。按火電綜合調峰率夏季35%、冬季30%計算，2025年南疆四地州缺調峰容量約1 212～1 331 MW，調峰容量平衡結果見表2。

表2 南疆四地州電網調峰容量盈虧平衡表 /MW

由此可知，如果沒有新調峰電源投入，枯水年冬季火電綜合調峰率達到43.1%，夏季火電綜合調峰率達到54.2%，平水年火電綜合調峰率更高。

3 抽水蓄能電站的經濟規模分析

(1) “烏昌吐奎”電網

“烏昌吐奎”電網以火電為主，具有一定的煤炭資源和抽水蓄能站點資源。常規水電站規模很小，且基本都是徑流式電站或者具有灌溉、防洪和發電等綜合效益的水庫式電站。根據電網情況及阜康抽水蓄能電站建設情況[9]，現對僅有阜康抽水蓄能電站和新增抽水蓄能電站裝機容量分別為0～2 400 MW等9個方案進行分析，各方案所缺調峰容量由火電補充。在同等程度滿足2025年電力電量平衡與調峰容量平衡的前提下，各調峰方案對應的電網內電源組成、火電調峰率及耗煤量見表3。可知“烏昌吐奎”電網(含準東地區)在阜康抽水蓄能電站建成投產的基礎上，新增建設一定規模的抽水蓄能電站來替代燃煤火電是經濟的，經濟合理新增規模在1 400～1 800 MW之間。

(2) 風電外送基地配套需求

在抽水蓄能配合風電外送中，對不同規模抽水蓄能電站方案進行分析計算[10]，得出對應每個方案的不同類型機組裝機容量組成、燃料消耗和總費用現值等指標見表4。在同等程度滿足受端電力系統要求的情況下，輸電平臺電源組合方案中風電8 000 MW、抽水蓄能電站規模為1 400 MW時，總費用現值最小[11]。因此推薦哈密能源基地單個±800 kV直流外送輸電平臺中風電合理規模在8 000 MW左右，抽水蓄能電站合理的配置規模約為1 400 MW，此時風、光電電量利用比例均在90%以上[12-13]。

表3 “烏昌吐奎”電網不同抽水蓄能電站規模方案比較表

表4 風電外送配套抽水蓄能電站規模比較表

根據目前風電規劃及開發情況，2025年水平，當哈密風電基地風電開發規模達到19 135 MW時，按照哈密南～鄭州、哈密～川渝2個外送輸電平臺考慮，抽水蓄能電站需求規模約為2 800 MW。準東外送基地在“烏昌吐奎”電網內統籌考慮；伊犁、博州地區由于風光電規模尚不明確，暫不考慮配套抽水蓄能電站。因此風電外送基地配套需求主要考慮哈密風電基地。

(3) 南疆四地州

依照相同原則和參數，對南疆四地州電網調峰電源擴展優化計算分析，得出不同抽水蓄能電站規模方案的電網不同類型機組裝機容量組成、燃料消耗和總費用現值等指標見表5，可知南疆四地州抽水蓄能電站的經濟合理規模為800～1 000 MW。

4 結 語

綜上所述，綜合網內和外送基地總體需求，新疆2025年抽水蓄能電站總的需求規模約為5 800～7 000 MW。為了適應大規模風電接入系統、風電基地外送需要，充分發揮已、在建外送輸電通道的作用，促進風電外送消納，保障電網安全穩定經濟運行，加快推進新疆電網建設抽水蓄能電站是十分必要和緊迫的。

表5 南疆四地州電網2025年不同抽水蓄能電站規模方案比較表

根據已經開展的選點規劃及調整工作，總體來看新疆抽水蓄能站點資源條件一般，一方面受水源條件限制；另外也受環保因素的限制，在高差較大，且水源較好的地方，自然保護區、森林公園等環保敏感對象較多。因此在做好抽水蓄能電站規劃建設與各相關專業規劃及不同種類、不同層次保護區的銜接與協調的同時，也要認真做好規劃站點資源的保護工作。

參考文獻:

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