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大国工程——西电东送:架起东西部的电力长虹
发表时间: 2024-12-20 01:05:34 来源:风机厂家
中国是目前世界上第二位能源生产国和消费国。能源资源总量比较丰富,但分布不均衡。我国煤炭资源主要分布在西部和北部地区,如新疆、陕西、内蒙古等省(区),拥有众多重点煤矿,如新疆的乌鲁木齐、哈密等,内蒙古的扎赉诺尔、伊敏等,陕西省的铜川、浦白等。水能资源大多分布在在西南地区,水力资源理论蕴藏量折合年发电量为 6.19 万亿千瓦时,相当于世界水力资源量的 12%,列世界首位。然而,东部地区的一次能源资源匮乏、用电负荷相对集中。我国人口众多,人均能源资源拥有量在世界上处于较低水平,煤炭和水力资源人均拥有量相当于世界中等水准的 50%,石油、天然气人均资源量仅为世界中等水准的 1/15 左右。东部地区经济发达,能源消费基数大,如京津冀、长三角、珠三角地区,能源资源量仅占全国的 5%,而能源消费量超过三分之一。这种能源资源与电力负荷分布的不均衡性,决定了我国实行西电东送的必要性。西电东送就是把煤炭、水能资源丰富的西部省区的能源转化成电力资源,输送到电力紧缺的东部沿海地区,这一工程的实施,将有利于西部能源资源优势转化为经济优势,减轻环境和运输压力,对于合理配置资源、优化能源结构、促进我们国家社会经济可持续发展具备极其重大意义。
北通道主要将陕晋蒙宁的火电和黄河上游部分水电打捆向华北输送,现在还包括从新疆和河西走廊、宁夏向华北、华中、华东送电。例如陕北 — 安徽 ±800 千伏特高压直流输电工程,送端以 750 千伏交流系统汇集陕西的光伏、风电及节能火电,受端接入安徽负荷中心,动态投资 205 亿元,直流线 千米。北通道输送的电力以火电为主,为华北地区特别是京津地区的经济发展提供了强大的电力保障。
中通道主要将长江中上游干支流的水电向华中和华东输送。2002 年底,国务院批准了新的三峡工程分电方案,三峡电站供电区域为湖北、河南、湖南、江西、上海、江苏、浙江、安徽、广东八省一市,标志着西电东送中部通道建立。例如三峡 — 广东 ±500 千伏直流输电工程双极投产,增加向广东送电能力 300 万千瓦。中通道输送的能源主要是水电。
南通道主要将云南、贵州、广西的水电和火电向广东输送。例如贵州 — 广东 ±500 千伏直流输电工程双极投产,增加向广东送电能力 300 万千瓦。南方区域西电东送已累计完成送电量 1.9 万亿度,其中 1.7 万亿度送往广东,总送电能力超过 5000 万千瓦。南通道输送的能源包括水电和火电资源。
20 世纪 80 年代初,“西电东送” 概念被提出,但受制于当时电网建设水平不高,电网结构比较薄弱,而且相互独立,大规模西电东送无法顺利实施。1988 年,国家能源部成立,开始有计划地实施跨区域联网的研究和建设工作。1991 年中央和粤桂黔滇四省合资成立了中国南方电力联营公司,联合开发西南丰富的水电、火电资源,建设跨省区的联营电网。1993 年,贵州天生桥至广州直流 ±500 千伏输电工程投运,南方联营电网正式运行。
1999 年 9 月,十五届四中全会明白准确地提出了实施 “西部大开发” 战略、“西电东送” 战略。2000 年,以西电东送、西气东输、青藏铁路项目开工为标志,中国启动西部大开发战略。同年 11 月 8 日,中国首批西电东送工程 —— 洪家渡、引子渡、东风水电站等 6 项工程在乌江同时开工,标志西电东送工程真正开始启动。2001 年 1 月 3 日,天生桥一、二级水电站最后两台机组成功并网发电;2001 年 7 月 1 日,龙滩水电站正式开工;2002 年 6 月,天生桥 — 广东第三回 500 千伏交流输变电工程建成投产;2003 年 6 月贵州 — 广东 500 千伏交流双回输变电工程建成投产;2004 年 6 月三峡 — 广东 ±500 千伏直流输电工程双极投产,2004 年 9 月,贵州 — 广东 ±500 千伏直流输电工程双极投产;2004 年底向广东的输电通道送电能力达到 1150 万千瓦以上,提前一年完成 “十五” 确定的向广东送电 1000 万千瓦的能力。
2005 年,南方电网公司加大全网资源优化配置力度。2006 年起,陕北的神木、府谷火电厂向华北送电,北部通道的送端开始向西北能源基地扩围。2006 年 11 月 26 日,四川向家坝水电站正式开工。2007 年,贵广二回 ±500kV 直流输电线路投运,“西电东送” 总输送能力已达到 4750 万千瓦。
此后,西电东送工程不断推进新的项目建设,如白鹤滩水电站 “西电东送” 大动脉全面建成,国家电网两项重大工程开工将架起 “西电东送” 新通道等。截至 2023 年 6 月 30 日,累计送电量突破 1.5 万亿千瓦时。
西电东送在经济层面具有重大意义。对于东部地区而言,它有效地弥补了东部电力缺口。东部地区经济发达,用电负荷相对集中,但一次能源资源匮乏。西电东送为东部地区提供了稳定的电力供应,保障了工业生产和居民生活的正常运行。例如,广东省作为经济大省,2019 年 GDP 达 10.76 万亿元,约占全国的 11%,其中大湾区 GDP 约占全国的 1/8。西电东送在广东经济腾飞过程中发挥着至关重要的作用,截至 2019 年底,广东受外电规模达 4000 万千瓦,为 2003 年的 8 倍,累计受电量 1.94 万亿千瓦时,相当于广东省每用三度电,就有一度来自西部。
对于西部地区来说,西电东送促进了西部经济发展,实现了资源优化配置。西电东送为云南、贵州打造全国优质能源基地及电力支柱产业提供了广阔的市场空间和强大的推动力。二十年来,云、贵累计外送电量达到 1.52 万亿千瓦时,两省实现电力出售的收益合计超过 5500 亿元,拉动当地电源固定资产投资约 6500 亿元。西电东送的电源点大多位于经济欠发达地区,电力项目的建设解决了当地一大批村民的就业和增收问题,为当地脱贫攻坚提供了坚实基础。同时,充足的电量供给和具有竞争力的电价优势对西部吸引大数据产业、资源生加工、高科技等产业进驻起到关键作用,尤其是助力贵州转型发展方面,大数据产业高质量发展成绩非常显著,数字化的经济附加值增长连续五年增速全国第一。
在环境层面,西电东送改善了生态环境,推动了清洁能源的利用,减少了污染排放。我国的水电开发程度约为 10%-18%,远低于世界平均 22% 的水平和发达国家 50%-100% 的水平。水电是清洁能源,积极开发水电将有利于我国生态环境的改善。西电东送借助西电东送平台将西部水电等清洁能源送到东部负荷中心,南方区域清洁水电年发电量从 2003 年的 194 亿千瓦时大幅度增长至 2019 年的 1994 亿千瓦时,累计发电量达 1.6 万亿千瓦时,相当于三峡电站 17 年的发电量。西电送广东共减少燃煤消耗 5.1 亿吨标准煤,减少二氧化碳排放 12.8 亿吨、二氧化硫排放 983 万吨、烟尘排放 2.6 亿吨。
此外,西电东送工程还有助于改善大气质量。在过去,煤炭、石油等化石能源占中国能源结构中将近八成,全国火力发电使用的煤炭资源约占全国用煤总量的三分之一。如此巨额的化石能源的使用排放了大量的温室气体,严重污染了大气和沿海地区的海洋环境。西电东送工程将西部的水力、风力和太阳能资源转化为电力,某些特定的程度上减少了煤炭等化石能源的使用,有助于实现绿色低碳的发展目标。
西电东送促进了东西部协调共进,体现了国家战略布局的智慧。西电东送一方面促进西部经济发展,迅速带动西部交通、水泥、钢材、机电制造等行业的发展。一方面促进生态环境的改善,我国的水电开发程度约为 10%-18%,远低于世界平均 22% 的水平和发达国家 50%-100% 的水平。水电是清洁能源,积极开发水电将有利于我国生态环境的改善。另一方面,推动区域协调发展,西电东送有效促进了西部地区把能源资源的优势转变为经济优势,实现了资源优化配置,对于促进西部大开发战略实施、保障南方地区电力供应,发挥了重要作用。
与其他西部开发战略的标志性工程相比,西电东送工程最大的特点是,它不单单是西部的工程,也是东部的工程,充分地体现了党中央提出的 “东西部协调发展,共同富裕,共同进退” 的战略构思。西电东送为西部省区把电力资源优势转化为经济优势提供了新的历史机遇,将改变东西部能源与经济不平衡的状况。对加快我国能源结构调整和东部地区经济发展,发挥了重要作用。
送端面临着诸多复杂的难题。首先,随着 “西电东送” 向风光资源丰厚的地区转移,电网布局变得更复杂。西北送端基地与中东部地区距离进一步增加,新增直送东部地区电力流向,使得布局复杂性进一步上升。例如,国内第一条特高压柔性直流 —— 甘浙直流获批,该通道途径 6 省区,线 亿元,如此大规模的工程建设反映了电网布局的复杂性。
其次,西北地区的网架结构相对薄弱。西北电网以 750 千伏交流为主网架,新疆、青海、宁夏的电力都需要经过甘肃的狭长地带汇集后外送。与东部长三角、珠三角地区 500 千伏环网网架相比,西北网架结构相对薄弱。改造和翻新西北网架需要巨大的投资,然而即便是完成了改造,也存在利用率的问题。2023 年全国跨省跨区直流输电通道平均利用率约 70%,这在某种程度上预示着耗费巨资建设的特高压存在资源闲置与收回成本难的风险。
在碳达峰、碳中和目标之下,国家要求特高压输送绿电比例达到 50%,但现实情况是全国跨省跨区输电通道输送新能源电量占比约 18%。如果 “西电东送” 的绿电比例始终处于低位,不仅难以实现 “双碳” 目标,也有违建设风光大基地和 “西电东送” 的初衷。
此外,风光大基地严重缺少支撑性电源,建设煤电等支撑性电源面临成本过高和省内用电负荷匮乏的问题。以青海为例,拥有近 2200 万千瓦光伏、近 1000 万千瓦风电,按照设计通过青豫直流向河南年送电 400 亿度,但是直到 2023 年全年实际送电量也不及设计能力的四分之一,一大缘由是缺少与风光配套的支撑性电源。若配套煤电,利用率低;不配套煤电,风光大基地又难以运转,这一 “两难” 课题短期内难以解决。
受端省份在现有 “风光火打捆” 送电模式下也有苦难言。目前跨省跨区送电主要是依靠国家优先计划 “托底”、省间中长期交易为压舱石、省间现货交易调余缺。然而,风、光绿电代替水电火电成为 “西电东送” 的主力电源后,政府间协议的签订难度陡增。
买卖双方博弈的难点在于送电曲线的协调确定。随着受端各省新能源装机占比不断的提高,特别是负荷中心地区分布式光伏装机占比不断的提高,从西部大型能源基地送出的电,其出力特性与受端省内新能源出力特性近似,导致外送曲线难以满足受端省份分时段的电力需求。例如,东部省市在用电高峰时期,有极大几率会出现风电和太阳能电站送电不足的情况,不得不从临时电市场购买补足,但临时电价往往比长期合约电价高很多,增加了用电成本。
从输煤电到送绿电,新能源占比提升,外送工程逐渐完备。目前,全国 “西电东送” 工程的输电能力已超过 3 亿千瓦,支撑全国东中部地区约 20% 的用电需求。西部地区新能源加快速度进行发展,截至去年底,全国西部 12 个省份新能源装机总规模超过 4 亿千瓦,占全国的 40% 左右。“西电东送” 由此加速从输 “煤电” 到送 “绿电” 转型。
例如,宁夏作为 “西电东送” 的重要起点,通过两条外送大通道,累计输送电量突破 7400 亿度,其中新能源电量近 900 亿度。全国首条以输送新能源为主的特高压输电工程 “宁电入湘” 工程将于明年建成,成为全国 “西电东送” 绿色转型的 “领头羊”。今年上半年,宁夏累计外送电量 430 多亿度,其中新能源累计外送电量近 106 亿度,同比增长超 120%。
浮式风机及大兆瓦机组助力海上风电走向远海、深海。随着海上风电技术的发展,海上风电成本正逐步下降,未来海上风电将从近海、浅海走向远海、深海,大兆瓦机组则是我国海上风电设备的必然发展趋势。
目前我国现有的海上风机主要是采用的是固定式基础,基本都安装在浅海区域,水深不超过 30 米。然而,随着海上风机走向深海,水深增加将导致固定式风机建造安装费用飞速增加。水深大于 50 - 60 米后,考虑到安装建造成本,提升海上风电经济性,浮式基础将成为深水海域风机重要的支撑平台。
中船重工集团公司七 0 二研究所副总工程师程小明预测称,未来我国海上风场将会离岸越来越远,单机功率将慢慢的变大,浮式风机将成为未来技术发展的必要路径。
产业西移与西电西用布局提速,东部注重本地新能源开发利用。随着 “双碳” 目标的推进,西部地区绿电资源优势更突出,产业西移动力有所增强。在日前国网能源研究院、清华大学能源互联网创新研究院、清华四川能源互联网研究院联合主办的 “能源安全新战略与电力高水平发展” 研讨会上,与会的人说,需要统筹 “西电东送” 和 “西电西用”。
高耗能产业西移潜力巨大,一方面,传统高耗能产业仍主要分布在东部地区,具备较大西移潜力。按照工信部印发的产业转移指导目录,东部地区应逐步调整退出或不再承接传统高耗能产业。另一方面,高耗能产业用能成本占比高,向西部转移具有非常明显成本优势。西部地区能源资源优势突出,平均大工业电价明显低于东部地区。
东部地区则注重本地新能源开发和利用。例如,东南部地区 “电从身边来” 正成为不少省份电力供给的重要形式。同时,西部地区要加强 “流域水电 + 新能源” 基地水风光多能互补项目建设,推广抽水蓄能等储能系统,增加电网调节容量,平抑新能源发电的间歇性和波动性;通过构建 “分层集群” 的电网智能调度系统,保障电网的安全、经济、高效运行。
日前,经中央批准,中央纪委国家监委对第二十届中央候补委员,云南省委原常委、省政府原副省长李石松严重违纪违法问题进行了立案审查调查。
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