爱华网摘 要 本文就优化湖北电源结构提出了10个原则，为此对湖北电力供应侧的结构及电力负荷平衡进行优化安排，以及定性、定量的评价。对电源项目的优化排序和优选，设计出一种“两步5要素”方法，第1步直接安排“优先机组”，第2步按造价水平、负荷中心等核心要素评分，优化排序并择优安排“非优先机组”。本文借鉴国外成功的商业应用，在国内首次提出了利用应城盐穴建设压气蓄能电站（CAES）的全新概念项目。
关键词：电源 结构 优化 方法
Abstract: This thesis confirms the ten principles in the optimization of Hubei power energy structure, and upon that offers optimizing arrangement of the installation, structure and power load equalization of Hubei power source, and also makes qualitative and quantitative assessment of this kind of arrangement.To order and optimize the power projects, the thesis designs a method "two approaches with 5 main factors" which arranges the top-priority units first and then chooses the excellent non-top-priority unit one by one according to the scores on the core factors cost, load radii etc..This thesis uses the world’s successful business experiences of a new concept project of CAES (Compressed Air Energy Storage) first for reference in China.
Key words: Electric Power; Structure; Optimize; Method
1 规范分析遵循的电源建设优化原则
供应侧，首要的是规划电源装机及供应端负荷。基于借鉴国内外成功的经验，体现贯彻国家产业政策，结合湖北能源的资源状况、生产基础、消费特点，并且着眼未来中长期的能源科学发展与社会和谐构建，原则体现下列10个“优先”：
1）可再生能源包括水电、风电、太阳能等优先；
2）水电中，调节性能优越、搬迁淹没少、生态破坏小的电站优先；
3）火电中，大容量、高参数、靠近负荷中心和港口码头或铁路站场，利用原有设施改造扩建的，以及利用本地劣质煤资源的电站优先；
4）洁净的天然气电站优先；
5）节能的余热（气、压）发电、热电联产或热电冷联供的电站优先；
6）环保的利用垃圾资源发电优先；
7）资源综合利用的秸秆发电、沼气发电等优先；
8）在火电与核电项目的平衡中，核电优先。但要密切注意国家战略规划，不能因为核电前期工作影响火电的现实开发，造成电力重大缺口；
9）在电源建设和接受区外来电中，如果区外来电是水电（廉价），则后者优先，如果区外来电是火电（不廉价），则前者优先。具体需要根据国家有关环保、税收政策及其调整走向，综合评估利弊得失；
10）与其它诸如特大型水电、核电匹配运行，或对电网系统起到安全稳定支撑作用的电源点优先。
2 实证分析把握的电源建设项目安排原则以下系湖北省发改委提供的情况和原则：
1）水电和抽水蓄能电源项目
在建和开展前期工作项目主要有：水布垭水电站（4×46万kW）、黄龙滩扩机工程（2×17万kW）、白莲河抽水蓄能电站（4×30万kW）、龙背湾水电站（18万kW）、汉江孤山水电站（16万kW）、江坪河水电站（50万kW）等。
2008年将开始投产的水布垭水电站，是清江流域水电开发的龙头电站和控制性工程，具有多年调节性能。电站装机容量184万kW，年平均发电量39.2亿kWh，水库总库容45.8亿立方米，调节库容23.8亿立方米，预留防洪库容7.7亿立方米（其中为长江荆江预留防洪库容5亿立方米）。可增加下游梯级电站年发电量2.37亿kWh。为长江防洪预留的5亿立方米的防洪库容与隔河岩水电站的5亿立方米的防洪库容联合调度，可根治清江中下游的洪水灾害；在考虑三峡水库的防洪调节作用的基础上，还可有效地提高长江荆江河段的防洪标准，在特大洪水时可推迟分洪时间、减少分洪量，有利于增强三峡水库防洪调度的灵活性（周梓良，胡世清，2002）。
已经开工的黄冈白莲河抽水蓄能电站建在湖北乃至华中电网的负荷中心。四台300MW可逆式抽水蓄能机组，设计年发电量为9.7亿kWh，年抽水耗电量为12.9亿kWh，库容为8.52亿立方米，调节库容为5.72亿立方米，主要作用是为华中电网调峰——这也是湖北电网负荷平衡所急需的。
正在抓紧开展前期工作的江坪河水电站，也具有多年调节性能。
也有值得注意的问题，如堵河潘口水电站（50万kW），虽有一定的调节性能，但移民人数3万多之巨，需要慎重决策。还有一些小水电（单站装机5万kW以下）是“直肠子”，调节性能差，有的要在周遭“引水”，截流断溪，破坏水系和生态，也需科学评审，认真对待。对于自然保护区比如神农架特区，其水电资源应该禁止开发。
2）火电电源项目
在建和前期工作比较深入的主要有：阳逻电厂三期（2×60万kW）、大别山电厂一期（2×60万kW）、荆门电厂三期（2×60万kW）、襄樊电厂二期（2×60万kW）、鄂州电厂二期（2×60万kW）、西塞山电厂二期（2×60万kW）、蒲圻电厂二期（2×90万kW）、黄冈电厂（2×60万kW）、汉川电厂三期（2×60万kW）、孝感电厂（2×60万kW）、荆沙电厂（2×60万kW）、枝江电厂（2×60万kW），以及利用天然气接入湖北机遇改造的武昌、沌口调峰电厂，因地制宜发展的阳新劣质煤电厂（1×30万kW）、黄石劣质煤热电厂（1×30万kW），利用长江黄金水道廉价运输四川、贵州煤炭，扩建的沙市热电厂（2×30万kW）、新建宜都东阳光热电厂（2×30万kW）、改造的青山－武钢热电厂（2×30万kW）、黄石热电厂（2×30万kW）等。
以上火电项目，从规模上看，单纯发电项目都是单机60万kW以上的机组，蒲圻电厂二期还是90万kW级机组。符合国家要求新上火电项目必须是单机30万kW以上的规定。其它30万kW级的火电项目，则是就地利用劣质煤的坑口电站项目，或者处在热负荷、电负荷中心，实现热电联供的节能项目，其供热发电的综合净效率可提高到64%～82%（而单纯发电项目只有约40%）。还有燃用天然气的调峰机组，如采用先进的F级燃气联合机组，发电效率可达到56%。
3）其它可再生电源
已经和正在启动的项目包括九宫山风电（1.36万kW）、秸秆发电（一般单站2×1.2万kW）、武汉和荆州垃圾资源发电、黄石沼气发电等新电力项目，体现了前已述及的“优先”原则。虽然这类项目近期数量不多、装机容量不大，但对资源的综合利用、节能环保与可持续发展的意义不小。特别是秸秆发电，如果试点成功，推广开来，那么既可使湖北丰富的秸秆资源充分利用，避免野外滥烧造成资源浪费、环境污染等问题，又可为农民带来额外收入。
值得阐述的是一种独特的可再生电源——压气蓄能（Compressed Air Energy Storage）电站。其原理是，利用电网的低谷电能将空气泵进密闭的地下洞穴，形成的高压空气将能量储存着，在高峰时段慢慢释放推动涡轮产生电能。这种压缩空气常常与天然气共燃，亦如常规气轮机运行。但CAES更为高效，因为它不像传统的装置，发电的同时耗电压气，损失能量。可以用于压气蓄能的地质方法包括天然的地下溶洞、溶解岩盐穴洞、构造岩洞等，人工构造岩洞一般比溶解岩盐穴洞高出60％的造价。
德国由西北NDK公司1978年建成的浑托福（Huntorf）CAES电站，是世界上首座这类电站，装机容量29万kW。美国阿拉巴马电力公司1991年利用盐穴建设的迈茵托西（Mcintosh）CAES电站，是世界上第二座商用CAES，装机容量11万kW，技术设备上改进了许多，如废热再利用系统减少燃料损耗1/4，机组全热效率高达74.7％。此外，日本、以色列、意大利、美国等国家的其它公司正在建设不同形式的CAES，有的是凿岩开洞如以色列3×10万kW的CAES，有的规模宏大，如美国罗顿蓄能公司计划发展250万kW的CAES，其中首期开发拟48万kW，预算4.8亿美元。
湖北利用云应盐矿、江汉油田的1000多万立方米的盐穴、空洞，采用德国成功商业运行27年、美国14年的CAES技术和经验，可以发展总规模数百万千瓦的CAES电站。考虑到CAES在我国还处在概念阶段，“十一五”期间拟先建设2台15万kW的实验电站。积累经验后，再大规模开发，以与三峡等电站匹配运行。届时，不仅可以解决湖北甚至还可解决华中电网的日调峰问题。
4）湖北核电
湖北核电一期2×100万kW级的项目，其建设的可能性和时间表取决于国家内陆核电发展战略。在学术界和国际上，核电项目颇具“安全”、“环保”甚至“恐怖袭击与利用”的争议，也显现“绝处逢生”的端倪（李宗柏，2004）。此处存疑不论，但湖北的能源资源赋存不足与“中部崛起”需能较大的冲突问题，迫切需要核电“解围”。
3 定量优选电源建设项目优选工作分两步进行：
第一步：直接安排“优先机组”。根据预测的需用负荷电量，考虑系统交换平衡电量，计算得出实需负荷电量。在此空间内，安排调节性能优越的水电站、可再生电能项目等“优先机组”。考虑“以大代小”机组退役腾出的市场空间，计算出剩余空间。
第二步：优化排序“非优先机组”并顺次安排。对“非优先机组”项目按核心要素与规则进行评分，优化排序，然后择优取出项目机组，直到填满所需差额容量。
表1显示第一步的过程及结果：
表1 定量优选电源建设项目测算过程（第一步）表
单位：电量亿kWh，出力及容量万kW
备注：①系统交换平衡电量含三峡（2010年三峡电站送湖北最大电力280万千瓦，全年电量131亿千瓦时）；②2005年利用小时数只有4383小时，“设定利用小时数”2006年之所以较高，是因为当年基本没有大型电源机组投产。其后，利用小时数考虑复位、略变。
操作第2步，先要依据优化原则设置i个核心要素、分值、评分标准，然后就每一个备选项目对i个核心要素分别评分，按项目总得分∑Si由高到低排序。
本文对火电机组排序，考虑技术经济和社会5个核心要素，都按满分1分对各个项目进行评分。
5个核心要素的设置及其科学依据为：
（1）造价水平（St）。不仅反映电源本身的经济性，而且体现其影响电力市场的电价水平程度，关系到人民的生活水平和企业用户的竞争力。用单位千瓦造价来衡量。
（2）负荷中心（Sd）。远离、靠近还是处在电、热负荷中心，用负荷中心合理半径反映输电的经济性，顾及电网系统稳定性，体现节约型社会的要求。
（3）资源运输（Sr）。远离、靠近还是处在煤炭、天然气等资源区域，运输便捷与否，控制力如何等，反映配套的基础设施协调性，体现资源节约和可持续的要求。既用距离、也用易得性表示。
（4）支撑电网（Ss）。反映对电网安全稳定的支持。可根据潮流、电压等级等安全、技术指标衡量。
（5）其它因素（So）。包括环保特性，是否调峰或热电机组，以及政治上的考虑等。体现和谐社会与综合平衡。
∑Si = St + Sd + Sr + Ss +So
评分或曰对要素赋值，必须依据充分，科学合理。如“造价水平”，本文设定的评分公式为：
St＝2－（Ii/Ci）/min{I1/C1，I2/C2,……，In/Cn}
Ii为第i个项目投资，Ci为其装机容量，二者比值Ii/Ci即项目单位千瓦造价。
该公式的科学性在于：从原则和评分标准上看，所有竞争建设的电源项目，单位投资最低的得最高分，其它项目必然低于此分值；满分为1分，单位造价比最低者翻1番的，将得0分；更有甚者，还将负分。
表2是对造价水平的评分结果。
表2 湖北2010年前备选火电建设项目造价水平(St)评分表【[回避敏感问题,此处剪辑表头及局部内容】
备注：本表项目随机排列，未按分值高低排序。原始数据来源：湖北省发改委。
表3显示第二步的过程及结果。
对本文设置的5个要素全部评分，并排序（表3）。
在对“其它要素”的评分中，考虑环保时，参照了国家行政规章。国务院关于落实科学发展观加强环境保护的决定（国发〔2005〕39号）“在大中城市及其近郊，严格控制新（扩）建除热电联产外的燃煤电厂”规定。比如，在大城市武汉近郊拟建设的单纯发电的某某电厂三期工程，给予了－0.2的分值。此外，参照了国务院关于加强城乡规划监督管理的通知（国发〔2002〕13号）“在各级风景名胜区内应严格限制建设各类建筑物、构筑物”等规定。比如，某某电厂二期工程拟建赤壁市陆水湖畔，而陆水湖风景区是湖北省政府1987年首批审定的四个省级风景区之一，2002年又被国务院审定为国家重点风景名胜区。如果建设大规模的燃煤电厂，无疑有违国务院文件精神，且甚于某某电厂项目，故给予-0.4的分值。还考虑政治因素，如大别山电厂新建项目，党中央、国务院对麻城革命老区特别关怀，领导有支持的指示精神，故给予满分1分的分值。
对于“负荷中心”、“资源运输”、“支撑电网”因素，在评分时也必须系统分析。比如某某电厂二期项目不仅没有处在负荷中心，而且还在长江以南“煤电倒流”区域；孤立而言，大容量机组支撑电网功能较强，但考虑市场空间，因其装机2×90万千瓦如果顶替排在其前的、完全处在负荷中心支撑电网的其它电厂项目180万千瓦的容量，以及电网企业认为，某某电厂二期项目对同处一地的湖北大畈核电项目电能潮流的重叠和“网络争道”等复杂性，则该项目系统总体的支撑电网功能降低。故对其“负荷中心”、“资源运输”、“支撑电网”要素分别给予0.80、0.50、0.60的分值。
按表4.27结果，2010年需新增火电机组803万kW，从表4.29优选排序中由前往后取出项目，发现前11个项目总装机满足需供平衡，优选机组累计出力805万kW。
但经具体分析，由于排在第9位的鄂州电厂二期项目虽然已列入国家2008年前开工的项目规划，但尚未核准，只能按“十一五”投产1台机组考虑；第10位的汉川电厂三期项目，其前期工作刚刚起步，只能按照“十一五”开工、“十二五”投产考虑。在2010年前，这2个项目共减投180万kW，必须考虑等效容量替换。
而排在第13位的襄樊电厂二期、14位的荆门电厂三期已经在建，其中襄樊电厂二期批准的是1台60万kW机组。这2个项目可顶替容量刚好是180万千瓦。
第12位的黄石西塞山电厂二期项目，因为排在襄樊电厂二期（第13位）、荆门电厂三期（第14位）之前，而后者都已事实动工，故西塞山电厂二期项目应在市场空间腾出或变大时，在接替项目中优先建设。
表3 定量优选电源建设项目测算过程（第二步）表【同样只剪辑局部】
4 结构优化的电源项目规划
按表3结果优选，并结合实际情况具体分析，考虑等效容量替换后，得到湖北电网“十一五”统调电源新投项目装机容量（表4）。
表4 湖北电网“十一五”统调电源新投项目装机容量累积表
单位：万kW
备注：退役机组表中未列出，“十一五”关停70.5万千瓦的时间表（2006起到2010年逐年分别）为：6.5，6.5，24.5，17.5，15.5万千瓦。
表5是结合湖北已有电源项目累加表4计算出来的电源结构变化表。
表5 湖北电网2005～2010年电源装机结构表
单位：％
分析其变化，水电比例下降5.8个百分点，主要是因为湖北水电资源开发殆尽；燃煤电厂下降3.5个百分点，比例仍然维持较高水平，主要是因为在水电增长放缓、新能源尚处发育时期，新增电能需求不得不依靠火电来满足；抽水蓄能、天然气电厂（燃机）、压气蓄能等调节性能优越的电能或从小到大、或从无到有，主要目的是针对湖北电网丰枯和峰谷期，电力负荷波动较大的特性，解决电力系统有效调节不足的实际问题。同时，风电及压气蓄能、垃圾资源发电还是洁净的可再生电能。
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