新疆电网建设抽水蓄能电站必要性分析

吴来群,卢其福

(中国电建集团西北勘测设计研究院有限公司，西安 710065)

1 新疆电网现状及特点

新疆电网以乌鲁木齐市为中心，沿天山北坡东西展开，南北延伸，最东至哈密，最西至伊犁，最南至和田，最北至阿勒泰，东西约2 200 km，南北约3 300 km，供电范围覆盖全疆的大部地区。在新疆电网覆盖范围内，还有一些隶属于兵团、石油和地方的110、35 kV独立小电网，以及企业自备小电网。

2015年，随着750 kV亚中输变电工程的投运，750 kV乌昌小环网完全形成，提高了乌昌地区的供电可靠性；随着750 kV电网库车～阿克苏～巴楚～喀什新疆输变电工程投运，750 kV主网架延伸至南疆地区，加强了南疆地区与主网的联系。2016年新疆750 kV电网形成了“三环网、一延伸”结构。五彩湾-芨芨湖-三塘湖-哈密750 kV东环网的建立，促进了五彩湾地区火电及哈密地区新能源的送出，保障了天中直流的安全可靠送出。750 kV乌苏、伊犁主变增容及伊库线投运，环天山西环网形成，实现了南北疆电力互供、水电与光伏互补的格局。截至2016年底，全网总装机容量76 911 MW，较2015年(65 761.3 MW)增长17%。其中，直流配套电厂72座(火电3座、风电51座、光伏18座)，容量13 109.5 MW，占总装机17.04%。

新疆电网主要有以下特点：

(1) 负荷增长较快，2016年最大用电负荷26 028 MW，全疆发电量2 273.7亿kWh，外送电量356.58亿kWh。随着经济社会进一步发展，电力需求将继续增长。根据预测，2025年新疆全社会用电量4 000亿kWh，最大负荷65 000 MW；2030年全社会用电量4 750亿kWh，最大负荷78 500 MW。同时，2025年新疆规划外送电规模56 000 MW，2030年外送规模80 000 MW。

(2) 能源资源丰富，新能源开发利用前景广阔。新疆是全国风能资源最丰富的地区，可开发利用地区主要分布在北疆。新疆还是太阳能资源丰富的地区，峰值出现在东部地区。截至2016年底，新疆风电装机1 7754.8 MW、光伏装机8 926 MW，新能源装机合计26 680.8 MW，除在区内消纳外，还通过直流特高压工程外送，外送装机7 829.5 MW。规划2025年风电总装机51 650 MW、太阳能发电总装机33 825 MW；2030年风电总装机58 350 MW、太阳能发电总装机49 150 MW。

新能源增速过快，开发规模远超当地消纳能力，弃风、弃光限电问题日益突出，2016年弃风率38%，弃风电量137亿kWh[1]，制约了新疆新能源的消纳和开发。

(3) 新疆电网峰谷差相对较小，但电网中水电装机比重小，且受综合利用任务的限制，调峰能力不能充分发挥[2]。火电装机中供热机组比重较大，随着风电、光伏装机的不断增加，电网调峰与新能源消纳愈发困难。

(4) 新疆地域广，电网跨度大。由于新疆地域辽阔，电网东西、南北跨度均超过2 000 km。把疆内的能源资源转化成电力，进行远距离、大规模输电和全国范围优化配置，特高压电网通道建设势在必行。同时也需要加强750 kV网架建设，满足地区间大功率送电的需要和大容量电厂、大型水火电基地的接入及送出需要。

2 新疆建设抽水蓄能电站的必要性

抽水蓄能电站是世界公认的可靠调峰电源，启动迅速、爬坡卸荷速度快、运行灵活可靠，既能削峰又可填谷，能很好地适应电力系统负荷变化，改善火电、核电机组运行条件，提高电网经济效益，同时也可作为调频、调相、紧急事故备用电源，提高供电可靠性[3]。结合新疆电网及能源资源特点，建设一定规模的抽水蓄能电站，在满足电力增长要求的同时，可优化电源结构，缓解系统调峰矛盾，增加风电和光伏发电消纳能力，提高电力系统安全稳定性和运行经济性；配合风电、太阳能发电外送，可提高输电系统稳定性，增加新能源外送能力[4]。因此新疆电网建设抽水蓄能电站的经济合理规模主要从其发挥作用的以下几个方面进行分析。

(1) 解决新疆电网负荷中心电力调峰问题

乌鲁木齐、昌吉、吐鲁番、奎屯区域是新疆政治、经济、文化、金融、交通等最发达、最活跃的地区，也是新疆电网的负荷中心。根据预测，“乌昌吐奎”地区2025年最大负荷约33 050 MW，占全疆负荷50%以上，需电量约2 152亿kWh，冬季最大峰谷差5 002 MW。另外，新疆准东～皖南±1 100 kV特高压直流工程最大输电容量为10 000 MW。

电源方面，“乌昌吐奎”电网水电规模很小，且基本都是径流式电站或者具有灌溉、防洪和发电等综合效益的水库式电站；根据规划，2025年达坂城、小草湖及准东地区的16 134 MW风电将并入“乌昌吐奎”电网。

在进行调峰容量平衡计算时，考虑输电平台对受端电网要有一定的适应性，直流输电工程日内按照2个时段限制输电线路的输电容量。低谷时段最大输电容量为线路输电能力的70%；其他时段最大为输电线路满负荷运行，且保证受端电网负荷高峰时线路满负荷送电，网内现有火电总装机容量13 845 MW，不足部分由规划的其它火电补充，火电综合调峰率按35%考虑。由于达坂城、小草湖风区地处同一风带，经过统计分析，进行调峰容量平衡分析时选取风电典型出力过程，低谷时段风电上网容量按装机容量的70%控制，以上部分按弃风处理。调峰容量平衡计算成果见表1。

2025年水平，“乌昌吐奎”冬季、夏季缺调峰容量分别为7 164 MW和5 711 MW，配置3 600 MW的抽水蓄能电站后，冬季、夏季火电综合调峰率分别为38.1%和34.5%。

(2) 新能源消纳和几大外送基地需要

根据相关规划，2020年新疆风电总装机容量达到36 500 MW，其中疆内消纳23 300 MW，外送13 200 MW；2025年风电总装机容量达到51 650 MW，其中疆内消纳约26 450 MW，外送25 200 MW；2030年风电总装机容量达到58 350 MW，新增规模主要考虑疆内消纳。规划2025年新疆外送通道有哈密3条、准东2条、伊犁1条，2030年准东、伊犁各增加1条。

表1 2025年“乌昌吐奎”电网调峰容量平衡成果表 /MW

风电外送基地配置一定规模抽水蓄能电站，不仅有利于提高输电线路有效容量，也有利于提高输电系统安全稳定性，更能适应受端电网负荷变化需求，减少受端电网调峰压力和调峰电源规模[5]；同时配置一定规模抽水蓄能电站，对提高风光电电量利用率、提高风光电开发规模、提高可再生能源电量在外送电量中的比例均具有较大的积极作用[6]。

以哈密基地为例分析计算[7]，在“火电5 000 MW+风电8 000 MW”方案的基础上，增加抽水蓄能电站1 000、1 200、1 400、1 600 MW和1 800 MW，风、光电电量利用率分别由88.53%提高至92.36%、92.78%、93.16%、93.52%和93.84%，多利用风、光电电量分别是6.61亿、7.33亿、7.99亿、8.61亿kWh和9.17亿kWh。

(3) 喀什特区经济发展和中巴联网输电的需要

随着喀什特区经济发展、新能源发展及中巴联网，电力负荷快速增长，调峰需求也会进一步加大，电力保障要求越来越高。喀克地区所在的南疆四地州水力资源较为丰富，但径流式电站较多[8]，且水利项目大多以防洪、灌溉等综合任务为主，电站调峰运行时下泄不均匀的流量对下游灌区引水产生不利影响，因此调峰能力受到一定影响。按火电综合调峰率夏季35%、冬季30%计算，2025年南疆四地州缺调峰容量约1 212～1 331 MW，调峰容量平衡结果见表2。

表2 南疆四地州电网调峰容量盈亏平衡表 /MW

由此可知，如果没有新调峰电源投入，枯水年冬季火电综合调峰率达到43.1%，夏季火电综合调峰率达到54.2%，平水年火电综合调峰率更高。

3 抽水蓄能电站的经济规模分析

(1) “乌昌吐奎”电网

“乌昌吐奎”电网以火电为主，具有一定的煤炭资源和抽水蓄能站点资源。常规水电站规模很小，且基本都是径流式电站或者具有灌溉、防洪和发电等综合效益的水库式电站。根据电网情况及阜康抽水蓄能电站建设情况[9]，现对仅有阜康抽水蓄能电站和新增抽水蓄能电站装机容量分别为0～2 400 MW等9个方案进行分析，各方案所缺调峰容量由火电补充。在同等程度满足2025年电力电量平衡与调峰容量平衡的前提下，各调峰方案对应的电网内电源组成、火电调峰率及耗煤量见表3。可知“乌昌吐奎”电网(含准东地区)在阜康抽水蓄能电站建成投产的基础上，新增建设一定规模的抽水蓄能电站来替代燃煤火电是经济的，经济合理新增规模在1 400～1 800 MW之间。

(2) 风电外送基地配套需求

在抽水蓄能配合风电外送中，对不同规模抽水蓄能电站方案进行分析计算[10]，得出对应每个方案的不同类型机组装机容量组成、燃料消耗和总费用现值等指标见表4。在同等程度满足受端电力系统要求的情况下，输电平台电源组合方案中风电8 000 MW、抽水蓄能电站规模为1 400 MW时，总费用现值最小[11]。因此推荐哈密能源基地单个±800 kV直流外送输电平台中风电合理规模在8 000 MW左右，抽水蓄能电站合理的配置规模约为1 400 MW，此时风、光电电量利用比例均在90%以上[12-13]。

表3 “乌昌吐奎”电网不同抽水蓄能电站规模方案比较表

表4 风电外送配套抽水蓄能电站规模比较表

根据目前风电规划及开发情况，2025年水平，当哈密风电基地风电开发规模达到19 135 MW时，按照哈密南～郑州、哈密～川渝2个外送输电平台考虑，抽水蓄能电站需求规模约为2 800 MW。准东外送基地在“乌昌吐奎”电网内统筹考虑；伊犁、博州地区由于风光电规模尚不明确，暂不考虑配套抽水蓄能电站。因此风电外送基地配套需求主要考虑哈密风电基地。

(3) 南疆四地州

依照相同原则和参数，对南疆四地州电网调峰电源扩展优化计算分析，得出不同抽水蓄能电站规模方案的电网不同类型机组装机容量组成、燃料消耗和总费用现值等指标见表5，可知南疆四地州抽水蓄能电站的经济合理规模为800～1 000 MW。

4 结 语

综上所述，综合网内和外送基地总体需求，新疆2025年抽水蓄能电站总的需求规模约为5 800～7 000 MW。为了适应大规模风电接入系统、风电基地外送需要，充分发挥已、在建外送输电通道的作用，促进风电外送消纳，保障电网安全稳定经济运行，加快推进新疆电网建设抽水蓄能电站是十分必要和紧迫的。

表5 南疆四地州电网2025年不同抽水蓄能电站规模方案比较表

根据已经开展的选点规划及调整工作，总体来看新疆抽水蓄能站点资源条件一般，一方面受水源条件限制；另外也受环保因素的限制，在高差较大，且水源较好的地方，自然保护区、森林公园等环保敏感对象较多。因此在做好抽水蓄能电站规划建设与各相关专业规划及不同种类、不同层次保护区的衔接与协调的同时，也要认真做好规划站点资源的保护工作。

参考文献:

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