西電東送與水電裝機容量選擇論文

　　【摘要】我國水能資源主要蘊藏在西部地區，在西部大開發中，要加快西部水電開發，實行“西電東送”。水電站向當地供電和“西電東送”向東南沿海地區供電，其差別在于輸電電壓的高低和輸電距離的遠近，輸電距離越遠，就要采用較高的電壓，輸電電壓越高、距離越遠，輸電工程的投資就越大，一般說遠距離輸送尖峰負荷，季節性電能和備用容量是不經濟的，因此當水電站確定作為“西電東送”電源時，在裝機容量選擇的動能經濟計算就應當考慮遠距離輸變電投資，水電站裝機容量就不可能選得過大。

　　其實水電“西電東送”，不僅會影響裝機容量的選擇，還會影響水電站水庫的正常高水位和死水位的選擇。正常高水位的高低直接影響壩高，決定著建筑工程量和工程要花費的人力、物力和資金，以及水庫淹沒損失與之相應的國民經濟損失等；另一方面，正常高水位的高低又決定著水庫的大小和調節性能，水電站的水頭、出力和發電量，以及防洪、灌溉、給水、航運、養魚、環保、旅游等綜合利用效益，還決定著水電站工程滿足發電及各水利部門綜合用水要求的情況和水資源的利用程度。所以正常高水位選擇的影響因素很多，本文暫且不談，主要討論“西電東送”與水電裝機容量選擇。

　　一、傳統的水電站裝機容量選擇方法的缺點

　　水電站裝機容量是指水電站所有機組額定容量的總和，它是水電站的主要參數之一。裝機容量大小直接影響到水電站的規模和動能效益、水能資源的利用程度及水電站的投資和設備的合理利用，它的選擇是一個比較復雜的動能經濟問題。還因為要遵守水資源綜合利用原則和動力資源整體利用原則，只有從整體出發，用系統工程的觀點，正確處理好水電站與其他水利和動力工程之間的關系和相互影響，才能選出經濟合理的方案，發揮最大的國民經濟效益。

　　我國傳統的選擇水電站裝機容量的方法，是從前蘇聯那里學來的，是符合電力工業垂直壟斷管理和計劃經濟原則的。水電站裝機容量從規劃設計角度分為最大工作容量（或保證工作容量）、備用容量和重復容量三個部分。

　　最大工作容量，一般有調節水電站都是按符合設計保證率要求的日平均出力所能提供的能量，在設計水平年系統最高負荷日承擔尖峰負荷來確定其最大工作容量。

　　備用容量，即電力系統運行所需的負載備用容量、事故備用容量和檢修備用容量。一般大型蓄水式水電站要多承擔負載備用和事故備用容量。

　　重復容量，當水電站的最大工作容量和備用容量選定之后，如果豐水季節仍然會發生大量需水時，為了充分利用水能資源，就要設置重復容量，多發季節性電能。確定水電站安裝多少重復容 量的動能經濟計算中，一般只考慮增加重復容量所需要增加的水電站廠房和水輪發電機組的投資和運行費用，其效益是節省火電廠的煤耗。

　　設水電站重復容量補充千瓦投資和年運行費用分別為KH、μH、則增重復容量△NH所增加的投資為△K=KH.△NH，增加的年費用為△μH=UH△NH；相應增加的年季節電能為△EH=△NH.HD（HD為經濟利用小時數/年），所節省的火電廠煤耗費用為△B=1.05.△Ehbs(1.05為折算系數，b為單位燃料消耗kg/kw.h.s為燃料價格元/kg)。重復容量的經濟壽命為n年，資金效益系數為ro。則設置補充千瓦重復容量的經濟條件為：

　　△KH≤△B-△μH/1+r0 +△B-△μH/（1+r0）2+……+△B-△μH/（1+r0）n

　　相應各項值代人上式并簡化得：

　　KH≤（1.05hdbs-μH）*（1+r0）n-1/r0（1+r0）n

　　即：hd≥（KH*r0（1+r0）n/(1+r0)n-1+μH）/1.05bs

　　上式為多裝一千瓦重復容量的經濟判別式，即多裝一千瓦重復容量的年利用小時數h,能滿足上式的條件，才能確定裝置重復容量的數值。

　　按照這種辦法來選擇裝機容量，如果是滿足當地消耗時，可能出現以下問題：

　　1、水電站投產初期裝機容量不可能全部利用。由于水電站的最大工作容量和備用容量是按水電站投產后十五年的電力系統負荷水平設計的，照理講要到十五年以后才能充分利用其全部裝機容量。特別是我國近幾年由于電價結構嚴重不合理，電力負荷曲線中的尖峰負荷偏高，峰谷差偏大，負荷率偏低；隨著電力市場化改革，電價結構趨向合理化，再加上推行電力需求側管理，電力負荷曲線形狀變化，尖峰負荷比例下降，負荷率提高，水電站的工作容量和備用容量也可能出現不能全部利用。此外，還有水電站設計時，對于負荷預測的準確性也有極大關系。

　　現在有些水電站投產后，特別是碰到負荷增長率沒有達到預期的水平，新建水電站的裝機和發電量未能充分利用，就大肆譴責電力系統調度不公，這是不合情理的。水電站投產初期，最大工作容量和備用容量小，多余的容量只能算是重復容量，重復容量發出的重復電能，只能替代火電廠的煤耗，只有把電價降下來才能讓已有的火電廠停下來。如果新建水電站非要賣高價，又要讓已有火電廠停下來，這是不符合市場經濟原則的。

　　這就是說，在水電站設計中，如何確定設計水平年？如何預測電力負荷？如果確定負荷曲線形狀？對水電站裝機容量選擇關系極大，值得認真研究。

　　2、水電站保證率偏低對電力系統危害甚大，水電站保證率的大小，對水電站工作容量大小影響極大，目前水電站設計保證率定得較低，對電力系統的危害甚大，在水電站設計中，選擇水電站的設計保證率時，要求分析水電站所在電力系統的用戶組成和負荷特性，電力系統中水火電站的比重，河川經流特性及水庫的調節性能，以及保證系統用電可能采取其他備用措施等，由于情況復雜，不易用數字來準確表達，一般都采用規程推薦的數字來選用。目前水利水電工程設計規范所推薦的數字比較低，如規程規定，電力系統中水電容量比重為25%以下，采用80%-90%；比重在25%-50%時，采用90%-95%；比重為50%以上時，采用95%-98%。現在一方面知識經濟，信息經濟的蓬勃發展對供電可靠性提出越來越高的要求，另一方面氣候的異常變化和人類活動對自然環境的影響使河川經流發生很大的變化，水電站一旦遇到枯水年和特枯水年，將對國民造成巨大損失。

　　美國加州2000年夏季天氣酷熱、負荷劇增，而酷熱的天氣往往降雨量大大減少，水電站的發電能力和發電量大減；火力發電廠由于天然氣價格暴漲也減少發電，結果促成了加州電力危機。我國四用省原來發電能力有富裕，2000年二灘水電站投產后，電能無法消納，全國嘩然；但是到2001年春季，四川省卻出現了缺電，原因是全省水電站出現了枯水。還有湖北省，原來是我國電力供應最富足的省區之一，但自2001年12月份以來，湖北持續寒冷的氣溫，使用電負荷陡增，由于火電廠燃料嚴重不足和水電站來水不足，（2001年6月中旬至10月15日，湖北降雨量偏少，承擔湖北電力45%供應量的各大水庫，蓄水同比減少四至五成，有的接近死水位，相當部分水電機組難以發電）， 出現了嚴重缺電和拉閘限電，幸好鄰近地區給予支持，遂使缺電局面的深度有所降低。

　　在垂直壟斷，統收統支的計劃經濟體制下，發電、輸電、配電統一核算，反正肉爛在鍋里，由電力系統統一負責，對電力用戶拉閘限電造成的經濟損失由用戶自己負擔，水電站碰到枯水年，特枯水年保證率破壞，電力系統不致于造成多大損失。但是隨著電力體制改革的進行，實行廠網分開，竟價上網，健全合理的電價形成機制以后，水電站保證率破壞所造成的經濟損失，就應當由水電站來負擔；一方面對鄰近電網支持的電力要支付高價，對用戶拉閘限電要進行賠償。因此，對于水電站設計保證率的選取要持慎重態度，對降低水電站設計保證率要進行經濟分析和風險評價。

　　3、水電站增加重復容量要考慮季節性電能的消納。為了減少水電站的棄水，設置重復容量，多發季節性電能，以減少棄水是對的。特別是由于將來在上游梯極水電站水庫的修建，對河川經流進行補償調節，可以提高水電站的保證出力，有可能使重復容量和季節性電能部分或全部轉化為工作容量和保證電能。但是水電站設置重復容量必須考慮電力系統吸收季節性電能的能力，這個問題在水電比重小的東北、華北、華東等地區不突出、但是對于水電比重大、季節性電能多的西南地區問題就很突出。前面介紹確定水電站重復容量的動能經濟計算的缺點，是不考慮電網對季節性電能的吸收能力，凡是電網不能吸收的季節性電能，是沒有節約大電廠發電煤耗的效益的，其價值為零；另一個問題是，在重復容量的動能計算中，其投入部分只考慮水電站增加的投資和年運行費用，包括輸電損失。正是由于在確定水電站重復容量的 動能計算中存在一些問題，使得水電站的重復容量過多過大，在水電比重大的電力系統中出現大量棄水電能。

　　目前我國南方一些水電比重大的省份，每年訊期都為減少棄水電能費盡心機，有的省區確實有一些該停發的火電沒有停下來，增加了棄水電能；但也有些省、區確實無法消納全部季節性電能引起棄水。在水電比重大，重復容量多的電網，要想做到完全不棄水是不可能的。1984年當時中央領導視察劉家峽水電站，廠長匯報時說，劉家峽水電站每年要棄掉電能8億多千瓦時，浪費了水能資源。當時中央領導指示將棄水電能送到蘭州和十八個干旱縣用于電炊，蘭州每千瓦時4分，干旱縣農村每千瓦時3分，后來發現所謂棄水電能大部分屬于不能過機發電的洪水，少部分是由于劉家峽訊期調峰棄掉的后夜低谷電能，這部分棄水電能在后夜，是不可能用于居民電炊的（因為居民不可能在半夜里做飯用電）。南方有些省水電站重復容量過多，出現夏季水電站被迫棄水棄電，而冬季又出現出力和電量不足；小水電調節性能差，有雨就有電，無雨就無電，季節性電能很多；大中型水電站調節性能差，季節性電能也不少，結果在訊期只能采取等比例棄水，以求得公平合理。正是由于這個原因，有的省就是提出水火比例失調，要求增加火電比重，以吸納水電站季節性電能。實際上解決辦法有兩條，一條是放慢水電開發，增加火電比重；另一條是繼續加大水電開發，減少水電站的重復容量。從能源資源合理利用，節省煤炭、石油、天然氣等化石燃料，保護生態環境出發，還是加大水電開發，多建調節性能好的水電站，減少水電站的重復容量為好�？傊�，要改進水能設計方法，水電站增加重復容量要考慮季節性電能的消納問題。

　　二、“西電東送”要改進水電站裝機容量選擇

　　西部水電站就地利用與西部水電站“西電東送”，在裝機容量選擇上是有差別的。西部水電就地利用時，可以承擔系統尖峰負荷，承擔電力系統的備用容量，還可以根據當地對季節性電能接納程度，增加重復容量；當西部水電站“西電東送”時，由于要通過長距離高壓輸電線輸送，要增加輸變電工程投資和運行費用，所以一般不宜送尖峰負荷和備用容量（水電站可以承擔廠內備用），至于季節性電能，要看受端電網的年負荷曲線形狀，如受端電網負荷夏季高、冬季低，在經濟合理的條件下，可以輸送部分比較穩定可靠的季節性電能�？傊�，要根據受端電網的需求和經濟合理性來選擇裝機容量；也就是要根據受端電網能接納的容量、電量和相應的電價來確定水電站裝機容量的動能經濟計算。最好能在水電站設計前與受端電網簽訂購售電合同，作為水電站選擇裝機容量的依據。也就是要以市場為導向來決定水電站的裝機容量。這就使得水電站裝機容量選擇變得復雜起來了。

　　1、當水電站電能全部外送時，水電站裝機容量要按照受端電網的要求，在考慮水電站的投資加超高壓遠距離輸變電工程投資，來選擇裝機容量和其他各項水電站的重要參數（包括正常高水位，死水位等）。

　　2、當水電站電能部分外送，部分滿足當地電力需求時，就要相應按照外送的滿足當地電力需求兩種要求來進行裝機容量的選擇和設計。

　　3、如果水電站外送是暫時舉措，將來水電站的電能要轉為滿足當地需求的，那么水電站裝機容量選擇是，既要考慮近期外送的裝機容量選擇和遠期轉為內需時的裝機容量選擇，在工程設計中要留有將來轉為內需時進行擴機的可能。如廣西水能資源和化石能源都不算豐富，近期開發龍灘水電站需要外送，從遠期來看就有可能完全轉為本身用電，在這類水電站設計中心必須考慮兩種情況。

　　當然水電站裝機容量選擇還必須考慮河流梯級開發和綜合利用的要求。

　　三、結語

　　西部水電大開發，西部地區水電比重必將上升。在“西電東送”的情況下，東部地區相應的水電比重也會有一定程度的上升。大型、特大型水電站裝機容量的選擇是一個值得深入探討的問題，總的原則是呀以市場為導向，按照市場的要求，經濟合理地選擇水電站的裝機容量，凡是市場不能消納的容量和電量是毫無意義的。水電站的經濟性不是表現在單位千瓦投資大小，關鍵是要看水電站的實際經濟效益。其次，既要注意打破省間和地區間電力市場壁壘，也要避免片面強調水能資源的充分利用，因為水能資源的充分利用，例如季節性電能的充分利用要考慮具體條件，要增加輸變電設備和投資，有時充分利用是得不償失的；當大型、巨型水電站裝機容量過大時，水電站建成初期發生一定數量的棄水電能是不可避免的。三是我國東南沿海省區市的高峰負荷出現的夏季，有可能消納一部分西部的季節性電能；但是東南沿海地區獲得天然氣供應之后，就有可能發展熱電聯產，熱電冷聯產、冷電聯產，使電力負荷曲線的形狀發生變化；隨著電力市場的發展，電力需求側管理的推進，也可能使負荷特性發生變化；不要對東部地區消納西部水電季節性電能寄予過高的期望。四是在西部水電大開發時，要仔細研究水電站的設計保證率，要認真吸取四川、湖北水電枯水出現缺電和拉閘限電的教訓，在大規模的“西電東送”實施之后，如果發生枯水年，受影響的將不是幾個省，而是大半個中國。因此，一方面要適當提高水電站的設計保證率，要做好水電站的調度運行工作，另一方面受端電網一定要有足夠的備用容量，以防不側。

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