建设特高压直流输电工程输送风电的技术经济可行性分析及建议

吴敬儒，王建生，何百磊

（国家开发银行，北京 100032）

0 引言

由于技术上成熟、经济上可行，且资源丰富，风电成为目前除水电外应用最广泛的可再生能源。截至2012年年底，全球风电装机容量约280GW，当年新增装机量约40GW，继续保持较快增长[1]。我国风电累计吊装容量75.32GW，其中并网容量60.83GW，发电量100.4TWh，是全球风电装机容量最多的国家[2-3]。但2012年新增吊装容量12.96GW，低于2011年17.63GW的水平，连续第二年下降。风电发展放缓主要是受电网消纳能力不足“限电弃风”的影响，风电利用小时数持续下降，已从2011年1920h下降到2012年的1890h，弃风电量从10TWh增加到20TWh[4]，约占20%，主要发生在东北和西北电网，风电利用小时数蒙东仅为1499h，吉林为1420h，甘肃1645h，青海1475h。

1 跨区域长距离输送风电的益处

我国风能资源丰富，陆上风能资源可开发容量2378GW，海上为200GW[5]，但资源分布不均，北方占80%，用电发达的东、中部地区较少。“十二五”规划建设蒙东、吉林、黑龙江、蒙西、河北、甘肃、新疆、山东、江苏九大风电基地，新增容量约55GW，其中蒙东、蒙西、甘肃、新疆因当地电网用电少，风电消纳能力小，必须发展跨区长距离外送。建设蒙东至华东（容量10GW）、酒泉至华中（容量8GW）两项主要输送风电的特高压直流输电工程是促进蒙东、吉林、酒泉风电基地发展的重要措施，可新增风电发电量57.6TWh，风电装机容量28.8GW，可节省化石能源1840万吨标煤（原煤2580万吨或天然气115亿立方米），减少污染。拉动投资3418亿元人民币，扩大内需，增加就业，增强自生能力，促进经济发展。

此外，正在建设的哈密至郑州±800kV容量8GW的特高压直流输电工程输送风电比例需尽快明确落实，促进新疆风电发展，取得长距离输送风电的宝贵经验。蒙西风电也需及早研究确定向外送电规划及输电项目，并组织实施。

目前存在问题是议论多行动少，如何送、送到哪里尚无明确具体的输电方案，已影响风电发展，急需采取有力措施解决。近两年，我国有关建设特高压输送风电工程的工作也在不断推进[6]。

2 远距输风电只宜输送经济可用容量

风电具有随机、不稳定的特性，发电出力随风能大小变动很大，不能根据用电需要发电，电网消纳困难。风电利用小时较低，一般只有2000h－2500h左右，全额输送经济性差，质量不高。研究证明，风电出力在50%以上容量的发电概率不高，电量不多，仅占10%左右。因此，可以考虑合理弃风，而将占风电装机容量50%左右的容量称为经济可用容量，以提高输送风电的电量、质量、经济性、运行安全可靠性。与全额输送风电比较，输送经济可用容量：1）输送风电装机容量可增加一倍，电量增加80%左右；2）输电利用小时由2200h提高到4000h，和目前输送水电的线路相近，输电成本降低80%；3）减少了风电变动幅度，提高了风电质量，有利于电网消纳及安全运行，减轻了对其他电源的调节要求。

风电基地发电出力特性曲线及利用经济可用容量时利用电量与弃风电量示意图如图1。

3 蒙东－华东、酒泉－华中两项直流输电工程概况及技术经济可行性分析

3.1 蒙东-华东直流输电工程

蒙东风能资源十分丰富，建设条件良好，但当地用电较少，大规模开发必须规划外送。附近东北电网风能资源也很丰富，目前已自给有余，部分也需外送。华北电网风电也自给有余。

华东电网覆盖区域经济发达，用电量大。2012年华东电网发电装机容量233.56GW，发电量1153.7TWh，用电量1208.5TWh，从区外输入电量54.8TWh，风电装机容量4.05GW，发电量8.2TWh，仅占装机容量1.7%，用电量0.68%，消纳风电的能力和市场都很大。而华东电网陆上风能资源不多，建设条件一般；海上风能资源丰富，开发难度较大，利用海域各方协调困难，且投资和发电成本均较陆上风电贵一倍多，目前已投标项目进展不快。预计2020年前华东电网新增风电装机容量不会超过20GW，有较大的市场空间接纳蒙东及吉林富裕风电电力。

蒙东－华东直流输电工程初步设想发端在内蒙古通辽地区，受端在浙北、全长约1800km，电压±800kV、容量10GW（其中风电经济可用容量8GW，火电2GW），年输电量42TWh（其中风电32TWh，火电10TWh）；相应在蒙东及吉林地区建设风电装机16GW，火电2GW，为提高供电质量在华东地区建设抽水蓄能电站3GW。总投资约需1960亿元（其中风电1280亿元，火电80亿元，抽水蓄能电站150亿元，直流输电工程300亿元，配套交流输电工程及其他约150亿元）。上网电价按每千瓦时0.55元（包括弃风补偿）计，至华东落地电价约每千瓦时0.7元，与当地陆地风电上网电价相近，低于海上风电上网电价（约每千瓦时1元左右），也低于华东电网今后发展的天然气发电当气价每立方米3元的上网电价（每千瓦时0.842元）。风电电量32TWh，可节省1024万吨标煤，如按替代天然气发电可少用天然气约64亿立方米，相应减少二氧化碳排放约1400万吨，改善华东地区环境质量，在经济上是可行的，环保上是十分有利的。

图1 风电基地发电出力特性曲线及利用经济可用容量时利用电量与弃风电量示意图

在电网安全运行上，输入和当地风电合计发电量约70TWh左右，不超过用电量的4%，小于德国风电占比11%的水平，且输送风电经济可用容量可提高风电质量，在华东加装3GW抽水蓄能电站配合风电调节，在电网安全运行及供电质量上是有保证的。此外输送2GW火电主要是为保证直流输电工程输电量不小于10%的技术要求，保障输电安全；也可增加供应华东10TWh电量，减少华东火电发电量。

3.2 酒泉-华中直流输电工程

甘肃酒泉地区风能资源丰富，规划风电装机40GW以上，2012年甘肃发电装机容量29.16GW，发电量110.7TWh，用电量99.5TWh，其中风电装机容量5.97GW，发电量9.4TWh，年利用小时仅1645h，弃风少发现象严重。今后规划新增风电装机容量，将主要依靠向外输电。

华中电网东四省（河南、湖北、湖南、江西）处于中部崛起地区，经济和用电发展较快，2012年发电装机容量167.82GW，发电量681.6TWh，用电量646.9TWh，输出电量34.7TWh，主要是三峡水电站丰水期水电，风电装机容量0.71GW，发电量1.1TWh，只占用电量0.16%，消纳风电市场潜力很大。地区风电资源较少，开发条件较差，发展不快，预测2020年风电装机将达8GW－10GW左右，电量16TWh－20TWh左右，按用电量年均增长6.5%测算，2020年用电量将达1070TWh，风电占比不到2%，具备消纳西北酒泉、哈密两大风电基地外送风电的良好条件。正在建设的哈密至郑州±800kV、容量8GW的特高压直流输电工程将输送部分风电，风电与火电比例待定，若按风电占比50%－70%计算，约可输送风电电量约16TWh－22TWh，（相应风电装机容量8GW－11.2GW），合计约32TWh－42TWh，仅占3%－4%，还有消纳酒泉基地外送风电的能力。

图2 专家建议风电外送通道示意图

酒泉至华中±800kV容量8GW特高压直流输电工程，初步设想发端在酒泉市西部风电集中地区，受端在湖南长沙附近，全长约2000km，输送风电经济可用容量6.4GW（相应风电装机容量12.8GW），火电1.6GW；年输电量33.6TWh，其中风电25.6TWh，火电8TWh。因湖北、湖南水电比重大，调节性能较好，应优先利用水电调节风电的不均衡性，若有必要也可考虑建设部分抽水蓄能电站。2020年华中东四省共利用风电约57.6TWh －67.6Wh，占用电量5.4%－6.3%左右，电网是可以消纳的。

初步测算工程约需总投资1468亿元，其中风电12.8GW，投资1024亿元；火电1.6GW，投资64亿元；直流输电工程约需投资260亿元，配套交流输电工程及其他120亿元。

风电落地电价约每千瓦时0.7元（其中输电成本每千瓦时0.15元），与当地新建风电上网电价相近，低于天然气发电，高于燃煤火电。

减少化石能源消耗约820万吨标煤及相应污染物排放，改善环境质量，作用显著。

华中东四省能源资源不丰富，煤炭产量2012年已近峰值，今后将下降，水电已基本开发利用，今后新增容量很少；核电建设何时起步尚待明确，至2020年新增用电420TWh，如何解决？除四川还能增送少量丰水期季节性水电外，主要靠火电（煤电及气电）、风电太阳能发电解决，加大接受西北风电电能，是解决用电增长需求的重要战略措施之一。

以上两项直流输电工程输电容量共18GW，电量75.6TWh，其中风电57.6TWh，相应需新增风电装机容量28.8GW，可替代化石能源1810万吨标煤（原煤2580万吨或天然气116亿立方米），节能减排环境效益显著，且充分利用国内可再生能源，不增加消耗矿物能源，可提高能源自给率和能源安全。增加就业，有利于经济可持续升级发展。两项工程总投资3418亿元及投产后的发电用电效益，可拉动内需GDP增速，其中风电投资1920亿元，主要用于经济欠发达地区，投产后可增加税收和综合经济效益，有利于当地经济跨越式发展，赶上发达地区水平。

长距离大容量输送风电在世界上属首创，但没有技术上不可克服的难题，经济上可行，可增加非化石能源供应比重，减少中、东部经济发达地区火电对环境的污染。建议国家主管部门将其列入“十二五”电力规划，并尽早开工建设。

4 建议

上述两项直流输电工程是巨大的系统工程，建设项目多，牵涉面广，参建公司多，投资大、效益好，经营管理难度大、技术上世界首创。需有关各级政府主管部门、各公司统一认识，大力支持用改革办法组织建设经营管理，才能完成。为此建议：

（1）国家发改委、能源局尽早委托电力工程规划设计咨询工程公司对蒙东－华东、酒泉－华中两项输送风电为主的特高压直流输电工程作可行性研究，对建设的必要性、可行性，输电容量，电压等级，两端换流站地址，输送风电和火电比例，风电规划、配套火电及抽水蓄能电站规划和接入方案，受端配套电源和智能电网建设，电网调度运行方式等进行深入细致的研究分析，提出可行性研究报告。如可行，列入“十二五”规划，尽快明确项目法人组织实施。

摄影：李永利

据了解哈密至郑州直流工程输送风电容量初步定为3GW，小了一些，以后可根据实际运行情况逐步提高至合适比例。并认真总结经验教训，供今后建设、运营参考。

（2）提高对发展风电重要性认识，明确各省市各电网利用风电配额。

从资源、环保及长远可持续发展看，风电将是今后发电电源的重要组成部分，发电量将超过水电，可减少新增火电，是解决新增用电、节能减排的重要战略措施，根据我国资源特点，风电发展采用优先就地开发利用和建设大型风电基地向外送电相结合的方针，因此各省市有关部门、各发电公司、各级电网公司要提高对发展风电重要性的认识，做好风电发展规划，在风电资源少的地区要接受区外送入的风电。国家要明确各省市各电网利用风电的配额，并采取优惠政策鼓励风电发展。

摄影：夏伟雄

（3）加强跨区大容量长距离输送风电的科研工作。

跨区大容量长距离输送风电是一项创新工作，国内外无成熟经验，风电的随机性不稳定性增加了电网安全经济运行困难，需其他电源协调配合运行。要研究各大风电基地发电特性，风电在电网中的地位和作用，如何根据用电增长需要优化的配置建设其他电源；风电利用小时低，如何确定长距离输送风电合理弃风的经济可用容量；研究不同比例风电对电网安全运行影响，发展智能电网提高电网消纳风电能力保障安全经济运行，电网调度运行管理方式等都需结合我国风电发展实际大力加强有关科研工作。当前要着重研究解决哈密至郑州、蒙东至华东、酒泉至华中、蒙西风电外送的重大科技问题。并着眼长远开展有关风电发展规划（2020年200GW，2050年约800GW）中的重大课题进行前瞻性研究工作。

[1] 中国可再生能源学会风能专业委员会.2012年风电装机容量统计[R].北京：中国可再生能源学会，2012.

[2] 全球风能理事会.全球风电市场发展报告2012[J].风能 , 2013(4)：32-36.

[3] 中国电力企业联合会.2012年全国电力工业年快报统计[R].2013,3.

[4] 新华网.装机快速增长弃风限电现象严重[EB/OL].(2013-03-03)[2013-06-23].

[5] 人民网.风能资源详查结果：我国风能开发潜力逾25亿千瓦[EB/OL].(2010-01-05)[2013-06-23].

[6] 全国人大网.国家能源局认真结合当前工作研究办理特高压电网建设[EB/OL].(2012-07-25)[2013-06-23].