摘要：云南近年来弃水情况较为突出，而贵州近年来还在持续投产火电机组。针对这一情况，2017年初，李克强总理在云南省考察期间提出“水火平衡模型”的概念，通过在更大区域内统筹水电资源配置，最大限度减少弃水。本文通过分析贵州火电对于优化云南水电出力特性的作用，分析云贵水火平衡模型对减少云南弃水、减少贵州火电装机的作用。由于水火平衡模型是理论模型，本文结合水火平衡模型结论，讨论了云贵水火互济的合理规模。
关键词：弃水；水火平衡模型；水火互济；
1.云南电源利用情况
截至2016年底，云南省水电装机约6100万千瓦，与2010年相比水电装机规模翻近两番，水电装机占全省电源装机的比重达到72%。云南省水电发电受来水情况影响很大。2014～2016年云南来水略偏枯，且受经济发展转型、省内及云电外送受端用电需求下降等因素影响，水电利用小时低至3700～3800小时左右。2014年起云南弃水逐年均在150亿千瓦时以上，2016年甚至超过300亿千瓦时。现状云南水电利用小时较低、弃水较多，水电未得到有效利用。
截至2016年底，云南省火电装机约1460万千瓦，占全省装机比例17%。云南火电装机容量近几年略有增长，但由于云南省内负荷发展缓慢、清洁能源快速发展抢占火电市场、火电上网电价偏低且电煤成本较高等多方面因素影响，云南火电利用小时数近几年大幅下滑，从“十一五”末的4800小时逐步下滑到“十二五”末不足1600小时，2016年火电利用小时数也不足2000小时。现状云南火电利用小时低，火电也未得到有效利用。
根据预测，随着云南省内高载能负荷的逐步投产，云南水火电利用率较低的情况将有所改善，至2020年云南枯水年甚至出现缺电280万千瓦的情况，但平水年云南丰期仍然存在约40亿千瓦时的弃水。随着云南水电的持续投产，云南电源结构矛盾更为突出，2025年枯水年缺口增加到360万千瓦，平水年弃水增加到90亿千瓦时。中长期云南水电利用情况仍然不容乐观。但由于中长期云南水电装机比重持续增大、水电调节能力仍然较差，仅凭云南本省无法进一步提高水电利用率。
2.贵州电源利用情况
贵州电源结构以火电为主。截至2016年贵州火电装机规模约3000万千瓦，占全省装机比例的55%。从发展历程来看，贵州火电装机容量近几年大幅提升，但受制于贵州负荷发展缓慢、煤炭产能释放受限、电煤供应紧张等因素影响，近几年来贵州火电利用小时也存在一定程度地下降，从2010年的5400小时下降到2016年不足4000小时。但与云南相比，贵州火电利用率仍然相对较高。
随着贵州负荷的发展，中长期贵州火电利用情况将有所恢复，2020年和2025年分别需在现状基础上新增煤电约750万千瓦和1500万千瓦，才能维持贵州省内负荷的需求以及黔电外送规模。贵州火电利用小时也能维持在4800～5000小时左右。
从云南和贵州电源利用情况来看，现状云南水电、火电利用率均较低，弃水较多、火电利用小时很低；贵州火电利用情况相对云南较好。中长期随着负荷的发展，云南电源利用率较低的问题有所缓解，但在枯水年缺电280～350千瓦的情况下平水年仍然存在40～90亿千瓦时弃水，而贵州需要新增750～1500万千瓦火电，火电利用小时较高。因此，为了提高云贵电源利用率，将云南、贵州的水电和火电进行联合平衡，打造云贵水火平衡模型。
3.云贵水火平衡模型
3.1平衡模型原理
由于水电占比较高、水电出力在不同水文年和不同季节差异较大，在枯水年保证云南用电需求的情况下，平水年丰期将产生弃水，此时云南本省的火电出力已压低至最小火电出力。贵州火电装机占比较高、火电利用小时也相对较高，当云南产生弃水时，贵州的实际火电出力通常远超最小火电出力。由于火电的出力特性可以进行控制，因此可以通过降低贵州火电出力，把发电空间尽量留给云南的盈余水电，消纳云南弃水，同时减少贵州的化石能源消耗，实现节能减排。
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另外云南主要受制于来水不足，缺电时通常表现为电量不足；贵州主要受制于火电装机不足，缺电时通常表现为电力不足。云南部分水电具备年调节、季调节等调节性能，在与贵州联合平衡后，可在本省电量不足时控制火电多出力，补足电量缺额；贵州非控制月火电多出力，让具有调节能力的水电尽量蓄水，到控制月、控制时刻释放云南蓄水，补足电力缺口。水火平衡最终可减少电源装机容量，使已有水火电得到更高效的利用。
3.2水火平衡原则
云贵水火联合平衡将云南和贵州作为一个理想化整体系统进行平衡，该模型考虑云南和贵州两省电网间的联络通道可无限输电并不计输电网损，输电方向根据系统需要可随时切换。平衡原则为系统火电空闲最大化，即云南和贵州整体系统火电开机最小。另外两省火电开机规模不得低于保障电网安全的最小火电开机。
3.3水火平衡模型效益
当云南和贵州联合作为一个整体系统进行平衡时，2020年云南无需新增电源即可满足供电需求，系统弃水15亿千瓦时，平水年系统火电利用小时4901小时。
水火联合平衡系统与云南、贵州独立平衡进行比较：枯水年独立平衡时，云南缺电290万千瓦，需要新增火电装机解决缺电问题；云贵水火联合平衡后，枯水年贵州通过增加火电利用小时补足云南52亿千瓦时电量不足，云南无需新增火电装机。平水年独立平衡时，云南丰期弃水41亿千瓦时，弃水月份云南火电已压至最小出力；云贵水火联合平衡后，贵州通过降低丰期火电出力消纳云南水电，在贵州火电开机减少到最小开机后，减少云南弃水26亿千瓦时。
3.4水火平衡模型问题
云贵水火平衡模型只是一个理论模型，若电网实际按该模型运行将存在以下问题。
从省间交换功率来看，2020年云贵最大交换功率为1100万千瓦。若考虑云贵省间新建1100万千瓦，平水年通道利用小时数为2090小时。通道利用小时较低，电网建设投资效益不足。
另外若将云南和贵州作为一个理想化整体系统进行平衡，将存在调度运行及体制机制的问题，包括：跨省联络通道投资、收益分配机制尚不明确；省间电力交易及辅助服务市场机制欠缺；电价形成机制尚不明确；市场与计划并存期间火电发电原则难以界定；需要成立更高一级的统一调度机构；联网运行安全责任难以划分等。
因此，建议云南、贵州仅进行小规模水火互济，在考虑经济性的前提下缩小互济规模，联网通道考虑为直流送电。
4.云贵互济研究
4.1云贵互济原则
丰期贵州尽力消纳云南富余水电，在此过程中，以不降低贵州火电发电量为原则，即枯期提高贵州火电利用小时，对云南送电，最终使得互济后贵州火电利用小时与互济前相同。若枯期云南、贵州存在缺电情况，以尽量少增加火电装机且云南、贵州火电利用小时数不超过电煤供应能力为原则。研究过程中仅考虑互济联络线在丰、枯期潮流可以反向，但不考虑典型日大、小方式下潮流反向。
4.2云贵互济结果
2020年由于枯水年缺电280万千瓦，因此考虑2020年云贵互联规模300万千瓦。枯水年贵州在云南缺电月份对云南对送电300万千瓦、66亿千瓦时火电，可将云贵联合系统电力缺口减少到100万千瓦。即云贵互济后可减少新增火电200万千瓦，互济通道利用小时2200小时。平水年为尽量消纳丰期云南富余水电，云南弃水月份对贵州送电300万千瓦、40亿千瓦时，枯期贵州向云南倒送40亿千瓦时。即丰期减少云南弃水40亿千瓦时，互济通道利用小时2666小时，较为合理。
参考文献：
[1] 高宗和.风电火电与抽水蓄能联合优化调度.中国电力出版社；第1版，2016.12
[2] 张维荣.中国火电产业发展概论.中国电力出版社；第1版，2014.5
论文作者:卢苗1
论文发表刊物:《电力设备》2018年第17期
论文发表时间:2018/10/18
标签：云南论文; 火电论文; 贵州论文; 水火论文; 小时论文; 水电论文; 装机论文; 《电力设备》2018年第17期论文;