摘要: 將概率方法應(yīng)用于電源規(guī)劃,結(jié)合湖北省“十一五”規(guī)劃進行發(fā)電可靠性評估和分析,對可靠性指標對應(yīng)的經(jīng)濟性等問題進行綜合技術(shù)經(jīng)濟比較分析,探討2010年湖北電力系統(tǒng)發(fā)電可靠性指標的合理取值范圍。

電力系統(tǒng)可靠性是指電力系統(tǒng)按可接受的質(zhì)量標準和所需數(shù)量不間斷地向電力用戶供應(yīng)電力和電能量的能力的量度。研究發(fā)電可靠性的主要目標是確定電力系統(tǒng)為保證有充足的電力供應(yīng)所需的發(fā)電設(shè)備容量。其分析方法有確定性的和概率性的2種,國內(nèi)目前通常采用的是確定性方法,而概率性方法能較好地綜合各種因素的影響,其評估技術(shù)在國際上已經(jīng)成熟。現(xiàn)階段,我國發(fā)電系統(tǒng)可靠性指標標準還沒有統(tǒng)一的規(guī)定,處于一種研究探索階段。本文結(jié)合湖北電網(wǎng)“十一五”規(guī)劃,對其發(fā)電可靠性進行評估和分析。

1可靠性指標計算

預(yù)計2010年湖北省統(tǒng)調(diào)最大負荷為18200MW,用電量為93TW•h;統(tǒng)調(diào)主要電源裝機容量為20222.7MW(不含三峽電站和恩施州)。可靠性指標計算結(jié)果如下:2010年湖北電力系統(tǒng)電力不足期望值HLOLE為33.61h/a,電量不足期望值EENS為26332.8MW•h/a。

2敏感性分析

為分析各相關(guān)因素對發(fā)電可靠性指標的影響程度,特從以下幾方面進行敏感性分析計算。

2.1負荷變化在其它各條件不變的情況下,最大負荷上下浮動,2010年湖北電力系統(tǒng)HLOLE值與負荷大小關(guān)系見圖1所示。圖1負荷敏感性分析圖由圖1可見,負荷變化對發(fā)電可靠性指標有著明顯的作用,當最大負荷從推薦水平的120%減少時,HLOLE迅速降低,若負荷達到推薦負荷的105%,則HLOLE增加至基準負荷水平時的1.83倍;若負荷未達到推薦負荷水平(95%),則HLOLE僅為基準值的56.9%,HLOLE隨負荷變化趨勢減緩。由上可知,當負荷越處于高水平時,其變化對HLOLE的影響越大。由于負荷發(fā)展水平受多方面因素的影響,負荷預(yù)測不可能與實際一致。隨著社會的發(fā)展,負荷越來越高,其較小的變化相對值,也會導致較大的絕對值變化,而且電源建設(shè)存在一定的周期。因此,更應(yīng)重視負荷的中長期預(yù)測,使之更接近實際水平,另一方面也說明在電源規(guī)劃中應(yīng)確定合理的HLOLE的取值范圍,使之具有一定的適應(yīng)能力。

2.2電源裝機由于電源建設(shè)項目受各方面因素影響較多,特別是在電力市場改革正在進行的今天,電源項目的投產(chǎn)期存在更多的不確定性。減少電源裝機對HLOLE有一定的影響,但略低于負荷變化的影響;而增加電源裝機對降低HLOLE的影響幅度小于因減少電源裝機導致電力不足期望值增加的幅度,即系統(tǒng)裝機容量越少,其變化對HLOLE的影響越大。從這一點也說明確定電力不足期望值的合理范圍的重要性。

2.3等效可用系數(shù)通過提高現(xiàn)有機組的等效可用系數(shù),相當于增加系統(tǒng)的可用容量,經(jīng)濟性方面優(yōu)于新增機組方案。2005年湖北省火電機組的等效可用系數(shù)為91.90%,還具備一定的提高潛力。通過機組等效可用系數(shù)的浮動計算可知,隨著等效可用系數(shù)的提高,HLOLE不斷下降,在基準值上,可用系數(shù)平均降低4個百分點,相當于減少600MW的裝機容量,而增加1個百分點,其效果接近于增加300MW的裝機容量。因此加強技術(shù)水平和提高管理水平,提高機組的等效可用系數(shù),在同樣裝機容量下,能有效地提高發(fā)電可靠性指標。

2.4強迫停運率2005年湖北省屬機組等效強迫停運率為2.18%。由于各機組的強迫停運率本身不高,因此其變化時對可靠性指標的影響相對要小些。機組強迫停運率在基準值基礎(chǔ)上,上下浮動30%對HLOLE的影響并不大,僅相差10%左右。即使機組強迫停運率增加一倍,對HLOLE的影響界于減少一臺300MW機組和減少一臺600MW機組之間;機組強迫停運率為零時,效果相當于增加一臺300MW機組和增加一臺600MW機組之間。

2.5電源結(jié)構(gòu)湖北電力系統(tǒng)一個重要特點就是水電比重大,截止2005年底,湖北電力系統(tǒng)統(tǒng)調(diào)水電裝機比重高達65.8%,隨著三峽電站的建設(shè)投產(chǎn)以及水布埡等水電的開發(fā)建設(shè),湖北電力系統(tǒng)水電比重仍將維持較高的比重。下面通過擬定不同的電源結(jié)構(gòu)方案,其可靠性指標計算結(jié)果見表1。由表2可見,不同的電源構(gòu)成對電力不足期望值HLOLE有影響,一般來看,相同裝機容量下,火電裝機容量比重高的系統(tǒng)其HLOLE要低一些,主要是因為水電存在受阻容量。從逐月計算結(jié)果看,火電裝機容量比重高的系統(tǒng)枯水期HLOLE明顯低于火電裝機容量比重少的系統(tǒng),主要是因為水電枯水期空閑容量的增加,使其可用裝機減少。水火電的替代容量在0.875左右。當然,水電出力受各方面因素影響較多,計算結(jié)果與各個水電站有關(guān),也與水電站的設(shè)計保證率有關(guān)。

2.6火電機組檢修湖北電力系統(tǒng)水電機組檢修一般安排在枯水季節(jié),不影響電站出力。通過縮短火電機組的檢修時間,可提高發(fā)電可靠性指標。火電機組檢修周期提高30%,其效果相當于減少系統(tǒng)一臺300MW的裝機;而降低30%,其效果界于增加系統(tǒng)一臺300MW和600MW的裝機之間。

2.7與電力電量平衡程序計算結(jié)果對照現(xiàn)階段,電源規(guī)劃軟件常用的是華中科技大學編制的《聯(lián)合電力系統(tǒng)運行模擬軟件(WHPS2000)》,因此,特對該軟件計算結(jié)果與發(fā)電可靠性計算指標進行對照。注:表中備用系數(shù)不包含機組檢修備用。由表2可見,隨著備用系數(shù)的取值不斷下降,發(fā)電可靠性指標不斷增大,也就表明系統(tǒng)的發(fā)電可靠性變差,基本上是備用系數(shù)降低0.01,發(fā)電裝機可減少200MW,發(fā)電可靠性指標增加10%左右。由上述各計算結(jié)果可見,負荷水平和裝機容量的變化對可靠性指標影響最大。從電源構(gòu)成看,相同裝機容量下,水電比重大的系統(tǒng)其可靠性要差些,2010年湖北省的水電替代容量在0.875左右,從這方面看,水電比重大的區(qū)域備用系數(shù)應(yīng)高一些;從機組本身看,提高其等效可用系數(shù)比降低機組的強迫停運率的效果明顯;另外,在可靠性指標計算中,檢修是根據(jù)等備用原則安排,實際生產(chǎn)中,合理安排檢修計劃,提高機組的計劃檢修水平,逐步開展狀態(tài)檢修方法,也是提高發(fā)電可靠性的措施之一。

3技術(shù)經(jīng)濟綜合比較

任何可靠性水平總是與經(jīng)濟性密切相關(guān),當電力系統(tǒng)越來越復雜、電力用戶對供電質(zhì)量的要求不斷提高時,就需要用科學的可靠性理論來進行定量的研究。我國作為一個發(fā)展中國家,受到多種因素包括經(jīng)濟以及政治、社會因素的影響,一般認為可靠性指標的取值宜在1～2d/a之間。

3.1停電損失與裝機成本計算與發(fā)電可靠性有關(guān)的指標是由電能價格來維持的,發(fā)電可靠性并非越高越好,需綜合考慮投資、停電損失及用戶的電價承受能力。發(fā)電可靠性成本就是電源建設(shè)的投資成本以及運行成本,而可靠性效益計算卻比較難,在進行成本-效益析時,一般將可靠性效益計算轉(zhuǎn)化為對用戶的缺電成本計算。缺電成本計算與國民經(jīng)濟發(fā)展狀況、國情、電力系統(tǒng)發(fā)展水平等多種因素有關(guān),目前采用的有以下幾種簡單的估算方法。

(1)按GDP計算,即按每缺1kW•h電量而減少的國民生產(chǎn)總值計算平均缺電成本。

(2)按電價倍數(shù)計算,根據(jù)對各類用戶進行缺電損失的調(diào)查和分析,用平均電價的倍數(shù)來估算缺電成本。如英國、法國、瑞典等。

(3)按缺電功率、缺電量、缺電持續(xù)時間及缺電頻率計算,如美國等。以下分析僅考慮上述第一和第二種方法。2005年湖北省每kW•h電量對應(yīng)的GDP為9.62元,預(yù)計2010年停電損失費可達到12.3～15.5元/(kW•h);另一方面,目前,湖北省綜合電價水平在0.4元/(kW•h)左右,按50倍電價水平計算得到停電損失費用約為20元/(kW•h)。根據(jù)國產(chǎn)2×600MW機組的造價水平,折算到每年的發(fā)電成本約為900元/kW•a-1。

據(jù)此,我們可以算出裝機變化成本與停電損失費用,進行成本-效益分析。由表3可見,當停電損失費用取15元/(kW•h),裝機成本始終超過停電損失;當停電損失費用取20元/(kW•h),按成本-效益分析,可減少裝機容量在1800～2400MW之間;當停電損失費用取25元/(kW•h),可減少裝機容量在1200～1800MW之間;當停電損失費用取30元/(kW•h),可減少裝機容量在600～900MW之間;當停電損失費用取40元/(kW•h),可減少裝機容量在0～300MW之間。超級秘書網(wǎng)

4結(jié)論和建議

本文結(jié)合湖北電網(wǎng)的“十一五”規(guī)劃進行可靠性指標的計算以及敏感性分析,對電源裝機成本與效益進行了分析,主要有如下結(jié)論。

(1)“十一五”期間,湖北省的電源裝機進度與負荷水平是相適應(yīng)的。

(2)2010年,湖北省電力不足期望值HLOLE為33.61h/a,電量不足期望值EENS為26332.8MW•h/a,其取值是與經(jīng)濟發(fā)展水平相符的,或略有超前。

(3)與現(xiàn)有的確定性分析方法比較,其備用系數(shù)(不含檢修)取11%左右是相對應(yīng)的。但仍有以下幾點需注意:

(a)由于負荷水平存在不確定性和模糊性,在分析可靠性效益時應(yīng)注意因負荷水平不確定性而帶來的風險。

(b)電力系統(tǒng)可靠性指標受多種因素影響,上述計算主要考慮停電對經(jīng)濟方面的損失,而沒有考慮政治方面、社會方面及日常生活方面的影響。同時電力工業(yè)是國民經(jīng)濟基礎(chǔ)性行業(yè),應(yīng)有一定的裕度,因此按成本-效益分析得到的裝機容量應(yīng)是電力系統(tǒng)的最低裝機容量。

(c)LOLE(d/a)計算模型比較粗略,但該指標忽略了一天24h負荷變化的情況,而且該負荷模型無法求得電量不足期望值EENS,建議采用HLOLE和EENS指標,并推薦2010年湖北電力系統(tǒng)可靠性指標HLOLE取值在30h/a左右,隨著國民經(jīng)濟的增長,該值可適當?shù)乜s小。