特高壓輸電線路與超高壓輸電線路的技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較

特高壓輸電線路與超高壓輸電線路的技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較

0特高壓輸電的經(jīng)濟(jì)性分析2005年，國家能源開發(fā)部明確表示，“建設(shè)以特高壓為核心的強(qiáng)大電網(wǎng)”。建設(shè)特高壓電網(wǎng)已成為中國能源行業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要戰(zhàn)略之一。這對提高中國能源開發(fā)的利用效率、中國的國際能源市場以及我國能源系統(tǒng)的效率具有重要意義。未來中國經(jīng)濟(jì)的平衡發(fā)展將有助于解決能源分配不均的問題。估計(jì)到2020年我國電力裝機(jī)容量將達(dá)到1100～1200GW,但我國發(fā)電資源和能源需求的地理分布極不均衡,2/3的水資源在西南,2/3的煤炭資源在西北,石油和天然氣資源主要分布在黑龍江、新疆和黃河下游,而2/3以上的電力需求則來自發(fā)電資源相對匱乏的東部沿海地區(qū)。這種發(fā)電資源與電力負(fù)荷的不平衡狀況使得建設(shè)大型發(fā)電基地和實(shí)現(xiàn)大容量遠(yuǎn)距離輸電成為我國下階段電力建設(shè)的一項(xiàng)重要任務(wù)。我國電源發(fā)展規(guī)劃中提出建設(shè)特大容量機(jī)組的構(gòu)想,水電規(guī)劃預(yù)計(jì)在2020年前金沙江的4大梯級水電站的總裝機(jī)容量將達(dá)到38.50GW,外送華中和華東;四川省也將有12GW水電送往華中和華東?；痣姺矫嬉呀?jīng)具備了建設(shè)大規(guī)?；痣娀氐臈l件,根據(jù)我國火電基地規(guī)劃方案,呼盟、錫盟、蒙西、寧夏靈武、陜北、晉東南煤電基地裝機(jī)容量將分別達(dá)到21.6、12、30、13.2、14.4和20GW。隨著我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和上述發(fā)電項(xiàng)目的建成,建設(shè)全國能源傳輸通道將成為實(shí)現(xiàn)電力工業(yè)發(fā)展目標(biāo)的關(guān)鍵,而我國目前的超高壓輸電線路存在一定的約束,發(fā)展特高壓輸電已經(jīng)勢在必行。特高壓輸電示范工程的開工建設(shè)引起了廣泛的關(guān)注,特高壓輸電是否具有經(jīng)濟(jì)性更是關(guān)注的焦點(diǎn)。為此,本文著重討論特高壓輸電的經(jīng)濟(jì)性比較?？紤]到超高壓線路在輸電距離和輸送容量方面存在一定約束,當(dāng)輸電距離和輸送容量超過一定范圍時(shí),超高壓與特高壓線路不具有可比性。因此更合理的比較方法是將特高壓輸電方案與其它遠(yuǎn)距離能源輸送方式進(jìn)行經(jīng)濟(jì)性比較。本文將重點(diǎn)放在特高壓輸電與其他大規(guī)模、遠(yuǎn)距離能源輸送方式的比較上,分別從資源使用效率、可比發(fā)電成本以及外部成本3方面進(jìn)行研究。1燃煤電廠特高壓輸電方式的經(jīng)濟(jì)性分析目前我國遠(yuǎn)距離、大容量能源輸送方式主要有運(yùn)煤、輸油、輸氣3種,而由于石油資源稀缺,我國燃油電廠數(shù)量極少,因此本文主要比較特高壓輸電方式與運(yùn)煤方案和輸氣方案的經(jīng)濟(jì)性。運(yùn)煤方案和輸氣方案指將發(fā)電能源通過鐵路等交通工具運(yùn)輸?shù)截?fù)荷中心地區(qū)再發(fā)電的方式;特高壓輸電方案則是指建設(shè)坑口電廠,電能經(jīng)過特高壓輸電線路輸送到負(fù)荷中心的方式,見圖1。2資源利用率的比較2.1運(yùn)煤及輸氣方案資源使用效率的比較是將各種方案生產(chǎn)單位電量消耗的熱值進(jìn)行比較,當(dāng)某一方案的單位電量消耗熱值較低時(shí),認(rèn)為該方案具有相對較高的資源使用效率。2種替代方案度電消耗熱值可以表示為:式中:h為2種替代方案的度電消耗熱值(kJ/kWh);H為燃料的單位發(fā)熱量(kJ/kg或kJ/m3);w為運(yùn)輸損耗率,%;c為每千米運(yùn)輸耗能,kJ/km·kg;L為運(yùn)距,km;f為單位供電量燃料消耗,kg/kWh或m3/kWh;指發(fā)電廠向系統(tǒng)供電1kWh電力消耗的燃料數(shù)量,含發(fā)電廠的廠用電因素,上述符號分別用下角標(biāo)c及g表示運(yùn)煤及輸氣方案。兩種替代方案的具體數(shù)據(jù)根據(jù)我國實(shí)際情況選取,詳見表1。特高壓輸電方案的度電消耗熱值為式中:he為特高壓輸電方案的度電消耗熱值,kJ/kWh;r為特高壓輸電方案的線路損耗,%;H的取值與運(yùn)煤方案相同,為統(tǒng)一比較,f的取值也與運(yùn)煤方案相同。2.2特高壓輸電方案資源使用效率特高壓輸電與運(yùn)煤方案的效率比為上式中的Hc、wc和cc是已知的,fc并不產(chǎn)生影響,因此二者的資源效率優(yōu)劣取決于r和L。如果he/hc>1,特高壓輸電方案的資源使用效率低于運(yùn)煤方案;如果he/hc<1,特高壓輸電方案的資源使用效率高于運(yùn)煤方案。令he/hc=1可以得出圖2所示的可比燃料成本臨界經(jīng)濟(jì)曲線圖2中的曲線接近直線,在其下方特高壓輸電方案資源使用效率較高,曲線上方運(yùn)煤方案資源使用效率較高。當(dāng)運(yùn)輸距離是500km時(shí),特高壓輸電的線路損耗若能控制在2.35%,則特高壓輸電方案具有相對較高的資源使用效率。通常情況下r是輸電距離的函數(shù),可以表示為:式中r0為單位距離輸電線路損耗。有的文獻(xiàn)按照每千米輸電線路損耗0.0036%計(jì)算,本文分別按照每千米輸電線路損耗0.003%、0.004%和0.005%計(jì)算,并對電煤發(fā)熱量進(jìn)行敏感性分析(改變Hc),可得到表2所示的效率臨界距離,在臨界距離以內(nèi)特高壓輸電方案具有相對較高的資源使用效率。從表2可以看出當(dāng)每千米輸電線路損耗0.003%、電煤發(fā)熱量≤14644kJ時(shí),特高壓輸電方案的資源使用效率都高于運(yùn)煤方案。因此,對于發(fā)熱量低的煤炭資源應(yīng)盡量在坑口地區(qū)實(shí)現(xiàn)向電能的轉(zhuǎn)化,以提高其資源使用效率。同時(shí),隨著線路損耗和電煤發(fā)熱量的增加,臨界距離變小。也就是說電煤發(fā)熱量越低、線路損耗越小,采取特高壓輸電方式進(jìn)行能源輸送的資源使用效率越高。電煤發(fā)熱量越高、線路損耗越大,采取運(yùn)煤的方式進(jìn)行能源輸送的資源使用效率越高。2.3組的資源使用效率特高壓輸電與輸氣方案的效率比為式中Hc、fc、Hg、gw和fg是已知的,因此二者的資源效率優(yōu)劣取決于r。如果he/hg>1,則特高壓輸電方案的資源使用效率低于輸氣方案;若he/hg<1,則特高壓輸電方案的資源使用效率高于輸氣方案。但不存在正值的r滿足he/hg<1,所以特高壓輸電方案的資源使用效率低于輸氣方案。3燃料成本的比較3.1《特高壓輸電方案》的測算特高壓輸電方案是否具有經(jīng)濟(jì)性的關(guān)鍵是其與其它2種方案相比的度電燃料成本是否具有競爭性。本文比較其它2種方案的燃料成本和特高壓輸電方案的可比燃料成本,即燃料成本與輸電電價(jià)之和。運(yùn)煤和輸氣方案的燃料成本可以表示為式中C為替代方案度電燃料成本,元/kWh;為統(tǒng)一論述,P取燃料到廠價(jià)格,元/t或元/m3,在運(yùn)煤方案中指到廠標(biāo)煤價(jià),因此fc相應(yīng)取0.374×10-3t標(biāo)煤/kWh。設(shè)cP為坑口煤價(jià)與兩地區(qū)標(biāo)煤價(jià)差之和式中Pc1為坑口標(biāo)煤價(jià),元/t。我國目前坑口標(biāo)煤價(jià)大概在150-350元/t左右,因此Pc1的取值范圍為150-350元/t。Pc2為某一地區(qū)與坑口地區(qū)的標(biāo)煤價(jià)差,元/t,主要包括車板運(yùn)費(fèi)、鐵路運(yùn)費(fèi)、各項(xiàng)稅費(fèi)以及裝卸費(fèi)用等,由于目前煤炭產(chǎn)地與負(fù)荷中心的標(biāo)煤價(jià)差大多在200～500元/t,所以Pc2取值范圍為200～500元/t。特高壓輸電方案的可比燃料成本可以表示為燃料成本+輸電電價(jià),數(shù)據(jù)取值與表1相同。式中Ce為特高壓輸電方案的可比燃料成本,元/kWh;q為特高壓輸電方案的輸電電價(jià),元/kWh;fc和Pc1的取值與運(yùn)煤方案相同。3.2輸電方案比選為計(jì)算eC需對特高壓的輸電電價(jià)q進(jìn)行估算,假設(shè)輸送容量為6GW,輸電距離在400～2100km之間,采用1000kV交流輸電方案,隨著輸電距離的增長,每300km加裝一個(gè)開關(guān)站,其投資及經(jīng)濟(jì)指標(biāo)見表3。利用直線折舊法進(jìn)行折舊,并通過平均成本法估算出輸電電價(jià)見表4,其中還列出了按照上網(wǎng)電價(jià)為0.25元/kWh、特高壓輸電線損0.004%/km計(jì)算出的線損電價(jià)以及含線損的輸電電價(jià)計(jì)算結(jié)果。3.3高壓供電和通風(fēng)系統(tǒng)的等效燃料成本比較3.3.1特高壓輸電方案的經(jīng)濟(jì)性分析輸電與運(yùn)煤的可比燃料成本比為二者的可比燃料成本的經(jīng)濟(jì)性取決于Pc2和q。若Ce/Cc>1,運(yùn)煤方案更具有經(jīng)濟(jì)性;若Ce/Cc<1,特高壓輸電方案更具有經(jīng)濟(jì)性。令Ce/Cc=1可以得出如圖3所示的可比燃料成本臨界經(jīng)濟(jì)曲線:在圖3直線下方特高壓輸電方案可比燃料成本較低,直線的上方運(yùn)煤方案燃料成本較低。當(dāng)標(biāo)煤差價(jià)為200元/t、輸電電價(jià)在0.0748元/kWh以下時(shí),特高壓輸電方案具有可比燃料成本的經(jīng)濟(jì)性。3.3.2不同標(biāo)煤造價(jià)情況下特高壓輸電方案的經(jīng)濟(jì)性分析上述結(jié)論是在fc為0.374kg/kWh的情況下得出的,可以看出fc的取值對計(jì)算結(jié)果的影響很大,這里對供電標(biāo)煤耗進(jìn)行敏感性分析,分別取0.290kg/kWh、0.300kg/kWh、0.320kg/kWh、0.350kg/kWh、0.374kg/kWh進(jìn)行計(jì)算,同時(shí)將計(jì)算出的臨界經(jīng)濟(jì)曲線與表4數(shù)據(jù)采用插值法進(jìn)行比較,可以得出不同標(biāo)煤價(jià)差情況下的特高壓輸電的可比燃料成本經(jīng)濟(jì)性臨界距離,見表5。在臨界距離以內(nèi),特高壓輸電方案的可比燃料成本更具有優(yōu)勢。由表5可以看出隨著標(biāo)煤價(jià)差的加大,臨界距離是變大的,即兩地的標(biāo)煤價(jià)差越大,特高壓輸電方案的經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢越明顯。同時(shí)隨著供電煤耗的增大,臨界距離是增大的,如果發(fā)電廠在負(fù)荷中心和煤電基地的供電煤耗相同,則供電煤耗越大,特高壓輸電方案的經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢越明顯。3.3.3特高壓輸電方案的經(jīng)濟(jì)性分析下面應(yīng)用上述結(jié)論考察在煤電基地到負(fù)荷中心建設(shè)特高壓方案是否具有經(jīng)濟(jì)性。各煤電基地到華中東部、長三角地區(qū)的實(shí)際輸電距離以及目前的標(biāo)煤價(jià)差情況見表6、表7。不同的供電標(biāo)煤耗下輸電距離是否在表5所示的臨界距離以內(nèi)的輸電經(jīng)濟(jì)性判斷結(jié)論見表8和表9。以蒙東煤電為例,目前到華中東部的標(biāo)煤價(jià)差為200元/t,表5中給出供電標(biāo)煤耗為0.290kg/kWh時(shí)其臨界距離是700km,小于輸電距離2290km,因此該方案不具有經(jīng)濟(jì)性。從表6和表7可以看出,蒙東地區(qū)由于到負(fù)荷中心有較長的輸電距離,建設(shè)特高壓輸電方案不具有經(jīng)濟(jì)上的可行性;長三角地區(qū)較高的標(biāo)煤價(jià)使得建設(shè)特高壓輸電方案經(jīng)濟(jì)性增強(qiáng);晉東南和蒙西兩個(gè)煤電基地到華中東部、長三角地區(qū)的特高壓輸電方案都具有經(jīng)濟(jì)性;寧東和陜北兩個(gè)煤電基地到長三角地區(qū)由于較高的煤價(jià)差的影響,建設(shè)特高壓輸電方案都具有經(jīng)濟(jì)性;而寧東和陜北兩個(gè)煤電基地到華中地區(qū)建設(shè)特高壓輸電方案的經(jīng)濟(jì)性取決于供電標(biāo)煤耗,如果華中地區(qū)發(fā)電廠能夠?qū)崿F(xiàn)較低的供電標(biāo)煤耗,采取運(yùn)煤方案也是會(huì)具有經(jīng)濟(jì)性的。3.4在高壓輸輸系統(tǒng)和特高壓輸輸?shù)谋热剂铣杀?.4.1在負(fù)荷中心建設(shè)燃?xì)怆姀S與在負(fù)荷中心建設(shè)燃?xì)怆姀S的方案比較的分析為更詳細(xì)地比較特高壓輸電方案與輸氣方案的可比燃料成本,本節(jié)分2種情況進(jìn)行比較,即建設(shè)煤電基地再通過特高壓輸電的方案與在負(fù)荷中心建設(shè)在燃?xì)怆姀S的方案的比較和在油田建設(shè)燃?xì)怆姀S再通過特高壓輸電與在負(fù)荷中心建設(shè)燃?xì)怆姀S方案的比較。3.4.2臨界經(jīng)濟(jì)曲線二者的可比燃料成本比為式中fc和fg已知,二者的經(jīng)濟(jì)性優(yōu)劣決定于Pc1、q、Pg。如果Ce/Cg>1,輸氣方案具有燃料成本的經(jīng)濟(jì)性;如果Ce/Cg<1,特高壓輸電方案具有可比燃料成本的經(jīng)濟(jì)性。令Ce/Cg=1可以得出可比燃料成本臨界經(jīng)濟(jì)曲線二者的臨界經(jīng)濟(jì)平面見圖4。在圖4所示平面下方特高壓輸電方案可比燃料成本較低,平面上方輸氣方案燃料成本較低。以圖中平面上的A點(diǎn)為例,它表示的是當(dāng)天然氣到廠價(jià)格為1.2元/m3、坑口標(biāo)煤價(jià)為150元/t時(shí),如果特高壓輸電方案的輸電電價(jià)能夠控制在0.2499元/kWh以內(nèi),它的可比燃料成本具有經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢。A點(diǎn)符合我國目前的實(shí)際情況,結(jié)合表4可以看出,與在負(fù)荷中心建設(shè)燃?xì)怆姀S相比,建設(shè)煤電基地再通過特高壓輸電的經(jīng)濟(jì)距離可以達(dá)到2100km。3.4.3特高壓輸電方案與天然氣二者的可比燃料成本比為式中:Cge為在油田建設(shè)燃?xì)怆姀S再通過特高壓輸電的方案的可比燃料成本;Pg1為天然氣出廠價(jià)格。二者的經(jīng)濟(jì)性優(yōu)劣決定于Pg1、q、Pg。若Cge/Cg>1,輸氣方案具有燃料成本的經(jīng)濟(jì)性;若Cge/Cg<1,特高壓輸電方案具有可比燃料成本的經(jīng)濟(jì)性。令Cge/Cg=1可以得出可比燃料成本臨界經(jīng)濟(jì)曲線用Pg2=Pg-Pg1表示天然氣的管輸費(fèi)用,式(14)可以表示為我國目前管輸費(fèi)仍需由政府根據(jù)投資者的經(jīng)營成本和利潤并考慮通脹因素來確定,目前在0.2～1元/m3之間。圖5表示二者的臨界經(jīng)濟(jì)線。在圖5所示直線下方特高壓輸電方案可比燃料成本較低,直線的上方輸氣方案燃料成本較低。當(dāng)管輸費(fèi)用為0.5元/m3、輸電電價(jià)在0.1275元/kWh以下時(shí),特高壓輸電方案具有可比燃料成本的經(jīng)濟(jì)性。結(jié)合表4數(shù)據(jù)進(jìn)行比較,可以得到表10的臨界距離,在臨界距離以內(nèi)特高壓輸電方案具有經(jīng)濟(jì)性。在管輸費(fèi)用高于0.5511元/kWh時(shí),在2100km以內(nèi)特高壓輸電方案都具有經(jīng)濟(jì)性。如目前“西氣”到上海的平均管輸費(fèi)為0.88元/m3,在油田建設(shè)燃?xì)怆姀S再通過特高壓線路進(jìn)行能源運(yùn)輸將比直接用管道輸送天然氣再發(fā)電更具有經(jīng)濟(jì)性。4燃料成本的非外部成本比較4.1燃煤電廠發(fā)電污染的外部成本為了量化比較發(fā)電廠的社會(huì)效益,本文吸收環(huán)境與經(jīng)濟(jì)綜合核算的思想,利用含有外部成本的發(fā)電成本進(jìn)行比較,其中外部成本主要指發(fā)電污染損失,體現(xiàn)的是對可持續(xù)發(fā)展的貢獻(xiàn)。由于我國各地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平、人口密度及環(huán)境容量的差異,發(fā)電污染造成的經(jīng)濟(jì)損失也不同,這就形成了不同地區(qū)的發(fā)電廠外部經(jīng)濟(jì)性的差異。根據(jù)世界銀行和GlobalEnvironmentFacility《中國可再生能源發(fā)展項(xiàng)目》的報(bào)告估算,2010年我國不同區(qū)域的燃煤電廠發(fā)電污染的外部成本數(shù)值見圖6。其中發(fā)電的外部成本主要計(jì)算了3種污染物的大氣污染損失,包括SOx、NOx和煙塵。由圖6可以看出西部地區(qū)各省份環(huán)境容量較大,人口密度小,發(fā)電污染損失較小,如新疆、西藏自治區(qū)的發(fā)電外部成本不到0.01元/kWh;東部地區(qū)和沿海地區(qū)省份環(huán)境污染嚴(yán)重,人口密度較大,發(fā)電污染損失較大。如社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平較高的江蘇、山東等省的發(fā)電外部成本接近0.08元/kWh。4.2負(fù)荷中心地區(qū)加入外部成本后運(yùn)煤方案的燃料成本可以表示為式中:cC′為運(yùn)煤方案的含有外部成本后的燃料成本,元/kWh;l為負(fù)荷中心地區(qū)的發(fā)電污染損失,元/kWh。特高壓的可比燃料成本可以表示為:式中:eC′為特高壓輸電方案的含有外部成本后的可比燃料成本,元/kWh;l′為坑口地區(qū)的發(fā)電污染損失,元/kWh。設(shè)?l表示兩地區(qū)的發(fā)電污染損失之差,元/kWh,則:兩地區(qū)發(fā)電經(jīng)濟(jì)性的優(yōu)劣決定于cC、eC以及?l。4.3特高壓輸電方案經(jīng)濟(jì)區(qū)域變結(jié)合圖3可以得出圖7所示含外部成本的臨界經(jīng)濟(jì)曲線。由圖7可以看出,隨著兩地區(qū)發(fā)電污染損失差值的加大,特高壓輸電方案的經(jīng)濟(jì)區(qū)域逐漸變大。根據(jù)表4的數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合,可以得出不同的供電煤耗下發(fā)電污染損失差值每增加0.01元/kWh,臨界