電源布局和電源結(jié)構(gòu)亟待調(diào)整優(yōu)化
長期以來，我國大區(qū)電網(wǎng)存在電源分布不合理，造成電源結(jié)構(gòu)（基、腰、峰荷電源）性矛盾，即電網(wǎng)嚴重缺調(diào)峰電源，是當前阻礙節(jié)能減排的根源，且未引起決策部門重視。
我國電力一次能源結(jié)構(gòu)中，水電占有20%多，煤電70%多，其它核、抽水蓄能、燃氣電廠極少，合起來不足10%，因此煤發(fā)電量占總發(fā)電量80%以上，二氧化碳和二氧化硫排放自然大。風能、太陽能等綠色能源只是最近幾年才迅速發(fā)展。
一次能源結(jié)構(gòu)不合理必然導致電源結(jié)構(gòu)不合理。我國水電占20%多，且多是徑流，西南大水電發(fā)電年利用4000小時以上，汛期大發(fā)，帶基荷，供水期可提供調(diào)峰也不足10%。特別是上世紀90年代以來，電網(wǎng)進入超高壓、大電網(wǎng)、大機組時期，執(zhí)行“以大代小”、“以煤代油”政策；使得原一天內(nèi)可開停作主力調(diào)峰的小火電近億千瓦，逐年關停，至2010年已關停8100萬千瓦，但卻沒有規(guī)劃補建峰荷電源，致使調(diào)峰矛盾凸顯，至今時過20年，矛盾依舊，實屬決策失誤。新發(fā)展熱電機組又沒有嚴格執(zhí)行國家“以熱定電”的原則，機組多為30萬千瓦，打孔抽汽的一般只允許調(diào)峰10%。低碳大機組合理調(diào)峰率為20%，現(xiàn)有水、火電可調(diào)峰率共約為總電源20%，遠不能滿足電網(wǎng)40%～50%峰谷差的調(diào)整要求。
因此，多年來一直迫使超臨界和超超臨界的60～100萬千瓦機組低谷時壓負荷到50%亞臨界運行，使低碳機組高碳運行。如繼續(xù)增建低碳煤電大機組，必將繼續(xù)強迫非常規(guī)調(diào)峰，豈不惡性循環(huán)。目前各大區(qū)電網(wǎng)都出現(xiàn)缺電，其主因是煤炭平衡工作沒做好，煤炭漲價電價不變，實際更是缺調(diào)峰電源，估計約占總電源的15%～20%。因此調(diào)整電源布局和電源結(jié)構(gòu)已迫在眉睫。
歐洲風電調(diào)峰模式可供借鑒
據(jù)歐洲風能協(xié)會研究報告的觀點，電網(wǎng)接納更多風電是經(jīng)濟性和政策性問題,不是技術水平和運行問題，德、法、丹麥、西班牙等國對風電并網(wǎng)以及電網(wǎng)如何適應作了深入研究，結(jié)論是，風電容量可占電網(wǎng)比例超過20%。其經(jīng)驗分析如下：
風電與抽水蓄能配套、風電出力預報、電價政策——西班牙風電強勁發(fā)展。
西班牙風電裝機占總裝機20%，發(fā)電量占8.7%，核電15%，抽水蓄能約10%，為開發(fā)EIHierro島、Canary島風能，建相應抽水蓄能與之聯(lián)合運行，風電場風電功率預測是強制性的，與電價掛鉤。
風電與抽水蓄能配套，加強電網(wǎng)建設——德國風電積極發(fā)展。
德國風電占總裝機17%，電量占總7%，水電比重很低，消納風電措施除與歐洲電網(wǎng)強聯(lián)外，建設超過10%抽水蓄能，就地調(diào)峰平衡，因峰荷遠距離輸送增加網(wǎng)損。
其海上風電接入系統(tǒng)也走在世界前沿，裝機40萬千瓦、離岸超100千米的Borkum-2風電場，用輕型直流電技術接入電網(wǎng)，因價高，我國仍采用交流接網(wǎng)。
多能互補，法國積極發(fā)展風電。
法國是核電大國，有一定水電，其中抽水蓄能比重約占總電源13%，電源結(jié)構(gòu)較優(yōu)，為風電發(fā)展提供了條件。規(guī)劃2020年風電裝機達2500萬千瓦，其中1900萬千瓦為近岸風電場。法水電資源豐富，已開發(fā)92%，已有十幾座抽水蓄能電站，最大180萬千瓦，都是可逆式的，既節(jié)省投資，又節(jié)約場地，今后繼續(xù)發(fā)展這種電站。
丹麥通過錯峰，利用挪威水電蓄能提高風電利用率。
丹麥風電裝機已達總?cè)萘?5%，發(fā)電量占16%，規(guī)劃2025年風電比重達50%。其風電發(fā)展措施有擴大電網(wǎng)容量，強化風電預測，發(fā)展智能電網(wǎng)。全國電網(wǎng)與北歐強大電網(wǎng)相聯(lián)，使風電自如地輸送到全國及鄰國，而用電需求方的對接行動是抽水蓄能、熱電聯(lián)產(chǎn)以及大力發(fā)展電動汽車產(chǎn)業(yè)等。丹麥南部有眾多火電，北有水電大國挪威（其電力98%來自水電），通過丹麥挪威間海底電纜，可很好實現(xiàn)匹配調(diào)峰，使挪威成為理想的抽水蓄能國度。
我國南方電網(wǎng)公司2006年成立調(diào)峰調(diào)頻發(fā)電公司，2009年派專家到日本考察抽水蓄能發(fā)展歷史和運營現(xiàn)狀。目前廣東電網(wǎng)有2個240萬千瓦的抽水蓄能電站，占廣東電網(wǎng)8%，在建4座共760萬千瓦，2015年將達10%。
近年，政府給予國網(wǎng)公司建設抽水蓄能的權(quán)力執(zhí)行力度不夠，蓄能電站比例不足2%，合理的比例應保持10%。電源結(jié)構(gòu)要優(yōu)化，必須大力發(fā)展抽水蓄能，才能適應風電、核電發(fā)展和火電大機組的高效運行。
關于規(guī)劃大區(qū)受端電網(wǎng)
調(diào)峰電源的五個觀點
一、大電網(wǎng)必須有專用的調(diào)峰電源。
二、峰荷電源盡可能就地平衡，大中小結(jié)合，分區(qū)分層接入電網(wǎng)。
三、首選抽水蓄能，即頂峰又添谷。那種認為只是與核電配合的觀點是片面的。
四、盡可能改擴建老水電為抽水蓄能電站。
五、建燃氣調(diào)峰機組，利用小時取2000左右。
兩大問題待解決
國家第十二個五年計劃綱要中，第十一章指出“推動能源生產(chǎn)和利用方式變革”“堅持節(jié)能優(yōu)先，立足國內(nèi)，多元發(fā)展，保護環(huán)境，加強國際互利合作，調(diào)整優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)，建安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟、清潔的現(xiàn)代能源產(chǎn)業(yè)體系”。為我們指出了能源電力發(fā)展方式轉(zhuǎn)變的方向和原則。
電力工業(yè)在滿足社會經(jīng)濟持續(xù)發(fā)展需要前提下，必須盡快扭轉(zhuǎn)電源結(jié)構(gòu)不合理，節(jié)能減排任務重局面，抓緊實現(xiàn)電源結(jié)構(gòu)優(yōu)化，切實解決嚴重缺乏調(diào)峰電源問題。
在當前廠網(wǎng)分開體制下，大電網(wǎng)分“電源、電網(wǎng)、配電（含用電）”三大塊，貫徹“節(jié)能減排”基本國策，電源是主要的，是決定性的。
當前我國電源布局和電源結(jié)構(gòu)主要需解決兩大問題。
一是鑒于我國是能源輸入大國，為保安全，立足國內(nèi)，解決長遠能源需求。在確保安全條件下加快發(fā)展核電，提升核電比例。我國研制成功的第四代快中子堆核利用技術，實現(xiàn)核廢料循環(huán)利用和貧鈾礦開發(fā)利用，使鈾資源利用率提高60倍（由現(xiàn)有的核電站利用率1%提升至60%），解決了鈾資源短缺。以國內(nèi)探明的核資源，可供4～5億千瓦規(guī)模核電使用上百年。接受日本福島核電事故教訓，加強地震海嘯防護，特別是加強廠用保安電源。東部沿海和內(nèi)地缺能省區(qū)都應加快發(fā)展，這是解決一次能源大量缺口的唯一途徑，又減少輸能（煤、電）投資，節(jié)省輸能占地。
二是如何實現(xiàn)節(jié)能減排，扭轉(zhuǎn)電力系統(tǒng)電源結(jié)構(gòu)不合理局面。當前東中部受端電網(wǎng)缺煤缺電，實際是更缺峰荷電源。
目前我國東中部電網(wǎng)，包括華北、山東、廣東電網(wǎng)，主要是缺調(diào)峰電源，故提出優(yōu)先大力發(fā)展風電，配套建設抽水蓄能，形成風抽水電為主的調(diào)峰電源，再選建一批燃氣發(fā)電，可利用城市附近關停的10～20萬千瓦機組的基礎，投資少，見效快，加上常規(guī)水電調(diào)峰10%，使峰荷電源不少于總電源35%，達到大幅度降低煤電裝機比重目的。以上是電力工業(yè)發(fā)展方式轉(zhuǎn)變的首要措施。
已知我國東部沿海、山東及遼東半島、東北吉林、黑龍江、內(nèi)蒙東部和華北電網(wǎng)北部是風電的豐富地區(qū)。抽水蓄能除上海外，東中部都有，東北就有3000萬千瓦的站址，已規(guī)劃好11處1250萬千瓦，每千瓦造價比煤電低15～20%。
風蓄配合效果明顯
設取風電（上網(wǎng)容量）、抽水蓄能各占受端電網(wǎng)總電源10%配合開發(fā)，其對電網(wǎng)巨大的效果是明顯的：
（1）風蓄配合的綠色能源20%，替代總電源20%的煤電裝機，如“十二五”末電源總規(guī)模15億千瓦，煤電則可少裝3億千瓦，使電源結(jié)構(gòu)改善后取得大幅度節(jié)能減排。并減少輸煤輸電壓力。
?。?）風蓄配合，既調(diào)峰又填谷，有力解決調(diào)峰矛盾，排除煤電高效機組低碳運行狀況，提高負荷率，年利用小時可由目前的4000多升到6000多，使運行機組大幅節(jié)能減排。且減少磨損，安全運行。
?。?）水電風電年度分布特性：冬春季雨少風多，正是水庫供（或枯）水期，且是風電大發(fā)期；汛期雨多風少正是水電大發(fā)，用抽水蓄能吸收西部低谷時棄水電量，南方電網(wǎng)已實現(xiàn)。風電設備可大修，實現(xiàn)風水互補，利用電網(wǎng)低谷的棄風抽水，推動風電發(fā)展。
?。?）受端電網(wǎng)中建抽水蓄能，可讓西部直流送來的輸電通道帶基荷，輸送電力年利用小時可由設計5000小時提高到7500小時，則3通道可以替代4通道，節(jié)省大量投資。
?。?）抽水蓄能在電網(wǎng)中調(diào)頻調(diào)相黑啟動事故備用等，有利于提高電網(wǎng)抵御自然災害，軍事打擊，恐怖活動的能力。
?。?）抽水蓄能增加受端電源支持，提高電網(wǎng)穩(wěn)定性，特別是提供防止電壓崩潰的動態(tài)無功。
近幾年各省區(qū)風電開發(fā)迅猛，分散開發(fā)方式全國已突破5000萬千瓦，其中酒泉集中開發(fā)1000萬千瓦并于西北750千伏電網(wǎng)，東北于6月底已達1500萬千瓦，日發(fā)電1.3億千瓦時，華北電網(wǎng)已超過1000萬千瓦。電網(wǎng)低谷用電時，風電被關停情況下，東北電網(wǎng)2010年風電量達10%。
風電、抽水蓄能技術成熟，儲能效率、工程造價、使用壽命及總體對環(huán)境影響方面都具有明顯優(yōu)勢，上海東海大橋100兆瓦海上風電于2010年投運，國外專家評論，中國已具備獨立發(fā)展海上風電能力。
我國應首先大力發(fā)展東部沿海、中部幾大受端電網(wǎng)內(nèi)的風電。大中小結(jié)合，一是各網(wǎng)省區(qū)分散開發(fā)，就近上網(wǎng)。二是規(guī)模百萬、千萬千瓦級開發(fā)，關鍵需解決風電并網(wǎng)和蓄能問題，將大風電盡量利用各水電線路送出，再在受端大城市附近建風抽蓄水電站（利用棄風），互相推動，互為補償。
東中部沿海的華東、華中、山東、廣東、福建電網(wǎng)以及東北、華北電網(wǎng)，風電資源豐富，除上海外，各省區(qū)都有抽水蓄能站點。應優(yōu)先開發(fā)，充分開發(fā)本地綠色能源。這正是優(yōu)化能源布局的需要。
大電網(wǎng)易于接納風電：
（1）大風電可分組直接并入鄰近的大區(qū)受端超高壓網(wǎng)架，與其它電源一樣，直接供用戶使用，其波動性，間隙性在大電網(wǎng)中易于接納吸收，因有水、火電機組AGC配合，其綜合可調(diào)容量足夠適應；抽水蓄能更有快速負荷跟蹤能力，可有效減少風電場對電網(wǎng)的沖擊。
?。?）每日電網(wǎng)兩個低谷用電時段，利用棄風抽水蓄能（盡力在大城市附近建廠址），雖是4度換3度（美國已有5度換4度的報道），但轉(zhuǎn)換成可貴的峰荷電源，而且是雙倍的綠色的峰荷電源（如用煤電抽水，則排放不減），從而推動風電發(fā)展并充分提高風電利用率。
以上節(jié)能減排效果是巨大的，實現(xiàn)了電源結(jié)構(gòu)的優(yōu)化，是電力發(fā)展方式轉(zhuǎn)變的重大措施。
作者簡介
黃英矩：原東北電網(wǎng)調(diào)度局副總工，享受國務院特殊津貼電網(wǎng)專家，教授級高工。
郭象容：原東北電網(wǎng)副總工，享受國務院特殊津貼電網(wǎng)專家，教授級高工。
蔣建民：原東北電網(wǎng)副總工，享受國務院特殊津貼電網(wǎng)專家，教授級高工。
蒙定中：原電力部生產(chǎn)司教授級高工，國際大電網(wǎng)CIGRE和美IEEE會員。
