山西省煤电基地开发与电网协调发展研究

电力规划第49卷增刊2016年10月中国电力中ELECTRIC国电力POWERVol．49，Supp.Oct.2016卷第49山西省煤电基地开发与电网协调发展研究任远1，王皑1，程霞2，刘晋雄1，康海燕2（1.山西省电力公司，山西太原北京100120）030001；2.华北电力设计院有限公司，摘要：山西省作为我国重要能源基地之一，目前电源基地建设发展遇到了消纳和送出问题。结合国内外电源、电网发展经验，对山西省“十三五”期间电源开发规划及市场消纳进行分析，研究提出能满足山西省送电需求的外送通道规划方案，对山西省内部500kV主网架适应性进行研究，提出山西省煤电基地电源开发规模、建设时序、布局以及山西省电源电网协调发展的方向和策略建议。关键词：山西；煤电基地；电源电网；协调发展中图分类号：TM715文献标志码：ADOI：10.11930/j.issn.1004-99.2016.z1.096.060引言山西省煤炭资源丰富，含煤面积5.7万平方11.1山西省煤电基地发展面临的问题外输煤和外送电的比例严重失衡作为全国能源输出大省，山西长期输煤、煤公里，约占全省国土总面积的40%。省内118个县级行政区中94个地区地下有煤，91个地区有煤矿[1]。因地处我国中部地区，山西省具有特有的能源优势和区位优势，在我国“北煤南运、西电东送”能源输出基地中占有重要地位[2]。省内晋北、晋中、晋东地区是国家确定的9个以电力外送为主的千万千瓦级现代化大型煤电基地[3]，为保障国家能源供给，势必要大力推进省内大型煤电基地建设，提高外输电比重。文献[4-6]基于输煤输电综合比较分析，开展我国能源供需格局发展优化研究，从宏观角度提出了增加山西省煤电基地输电通道或改变现有通道容量以达到全局最优的设想；文献[7-8]提出适应未来形势的多区域、多资源综合运输体系的特高压输电架构，科学规划电力流，奠定山西特高压网架“十三五”期间的发展基础；文献[9-10]则从山西电网内部出发，提出电网规划中存在各级电网发展不协调的问题，但没有深入讨论解决办法。本文通过对国外电源电网协调发展经验进行研究，国内电源电网协调发展现状和趋势进行分析，以山西省内外电力市场需求为导向，探讨寻求晋电外送方向、方式及容量；研究山西主网架发展对省内用电和省外大规模外送的适应性；确保山西电源、电网规划和外送通道建设协调统一发展。收稿日期：2016-05-12大。电比例严重失衡。山西省煤炭产量占全国总量的1/4，但发电装机仅占全国的1/20，输煤、输电比例为16∶1，远低于内蒙古等地区的外送煤电比例。1.2电源电网发展不相协调1.2.1外送通道能力制约电源发展

山西电网至京津冀电网外送通道、晋北电网外送通道输送电力均接近其运行能力，送电压力1.2.2电源布局不合理

电源开发与电网负荷发展及分布不匹配，北部电网装机富余，存在大量窝电现象；中南部地区装机容量不足，存在线路、主变满载或过载现象。1.2.3装机盈余大，运行方式难以安排

山西全省装机盈余较大，火电利用小时数降至5000小时以下，机组运行方式安排困难，出现供热机组全开全停，非供热机组全停全开的极端运行方式。电源装机集中地区，220kV短路电流超标问题突显。1.2.4调峰容量不足，新能源消纳困难

山西电网以火电装机为主，调峰手段单一，调峰容量不足。冬季供热期，需提高负荷高峰时的旋转备用，火电机组停备容量达到总容量的45%左右，在节假日期间、负荷低谷时段，仍出现弃风现象。随着新能源的进一步发展，电网调作者简介：任远（1963—），男，山西平鲁人，高级工程师，从事电网规划设计管理工作。E-mail:2450137085@qq.com96增刊任远等：山西省煤电基地开发与电网协调发展研究

电力规划峰压力日益加大。2

国内外电源与电网协调发展研究

2.1

国外电源与电网协调发展经验

随着电力市场改革的深入，发电投资、电网投资与负荷增长之间的矛盾日益突出。世界各国在电源与电网协调规划方面，基本都已放弃行政干预的方式，而是通过制度上的设计和有效机构的设置来影响电源的合理配置及电网的有效架构。欧洲和美国的电力规划尚处在发展演变之中，但共同的特点和趋势却十分明显[11]：①电力规划以输电网为核心开展，对发电和需求侧充裕性资源的评估预测成为输电网规划的重要前提和基础；②以区域为单位开展电力规划成为主流，普遍由授权的非营利性中立组织开展电力规划；③规划过程中重视各利益相关方的广泛参与；④统一规划过程中的协调机制建设不断增强。南美国家的电力协调规划模式是一种指导性规划模式，规划方案的实施体现了市场主导和管制相结合的原则[12]。指导性规划以社会效益最大化为目标，涉及了投资的社会价值，考虑了包括燃料成本、投资额及适当的投资回报率等因素。为了尽量实现社会效益最大化，同时充分发挥市场机制的作用，主管部门需要根据实际投资情况定期修正规划数据，指导投资者决策行为。英国电力协调规划模式属于输电主导模式，输电规划要遵循国家能源战略方针，充分考虑未来运行方式的综合成本和输电成本，同时兼顾系统安全稳定运行的需要。电网公司对外公开发行规划报告，增加电力市场的透明度，帮助发电商和供电商预测未来几个财年内的投资情况和使用输电系统的费用情况。亦即以电网规划引导电源规划，通过经济手段引导电源合理布局[13]。2.2我国电源与电网协调发展现状

我国电源与电网存在的发展不协调问题，主要体现在“有电送不出”、“有网无电送”和“电力投资浪费”三方面。“有电送不出”主要表现在：①能源基地外送能力不足，包括部分送端电网输电容量不足或长距离、跨区域电网建设不足导致的华北和西北的煤电、“三北”的风电和西南的水电送出困难，难以实现全国范围内的资源优化配置[14]；②跨区、跨省电网交换机制不畅和交换能力不足，阻碍了电力从送端到受端的合理流动，导致区域性缺电和窝电并存。“有网无电送”主要表现在部分特高压交流或直流工程项目输电能力受限及工程利用小时数偏低。“电力投资浪费”主要表现在装机无序导致的资源浪费及电源布局不合理造成的电网加强改造费用浪费等。造成我国电源与电网发展不协调的原因主要有：缺乏统一协调的规划，电源与电网建设分别由不同的利益主体实施，电源与电网沟通不畅导致的信息不对称，电力统筹规划协调机构的缺失，电力统筹协调监管部门的缺位，电力相关法规制度不健全，缺少奖惩机制进行市场引导等。2.3我国电源与电网协调发展趋势

我国电源与电网发展不协调问题日益受到各方关注，国家已在审批制度、相关及统筹规划等方面做出相应的调整和优化。2.3.1

国家取消和下放众多行政审批事项，将项目交给地方和市场

进一步强化规划的重要性：今后省级能源规划以及涉及到总量布局、区域协调的区域规划均由国家审批。国家还将简化审批程序，编制未来5-7年的规划，并按规划实施。省级规划将采取年度审批的方式，实现规划代替路条[15]。2.3.2电网将承担跨省区优化配置资源的任务

建立和完善由“相关部门主导、电网企业为主编制、中介咨询机构评估”的电网规划管理机制。电力规划将改变“十二五”期间诸多专项电源规划、区域电网规划的碎片化现象，加强统筹解决机制[15]。对于重点输电通道，统筹配套电源建设时序，加大协调力度，做到网、源匹配，避免通道闲置和窝电现象的出现。对于已投产的利用率较低的项目，研究提高工程利用率的措施，从优化电网结构、合理安排运行方式、统筹受端市场和送端电源等方面进行研究并提出解决方案。2.3.3构筑资源节约机制和“全流程”节能链[14]

加快西部和北部能源煤电和风电基地开发，扩大西电东送规模，严格控制京津冀鲁、长三角地区的煤电项目建设，着力优化电源结构和布局，解决雾霾问题。2.3.4大力发展清洁能源，促进能源绿色发展

坚持集中式与分布式并重、集中送出与就地消纳结合，稳步推进水电、风电、太阳能、生物质能、地热能等可再生能源发展，安全高效发展核电。在电源发展的同时，加强配套电网建设，包括跨省区输电通道、配电网建设及智能化改造等；优化电源结构和布局，提高电力系统调峰电源比重，提高新能源发电质量和利用率。3

山西省电源规划及市场消纳方向

3.1

山西省电源发展规划

山西是煤炭资源大省，包含晋北、晋中、晋东三大煤炭基地，是我国重要能源输出基地。97电力规划中国电力第49卷“十三五”期间山西省规划新增煤电装机容量约53450MW，其中燃煤和燃气核准路条容量39750MW，规划储备容量13700MW。山西省风能、太阳能资源丰富，具备大规模开发优势和广阔的开发前景。根据规划，全省风电和太阳能发电规模将分别达到18000MW和6500MW。预计2020年山西全省电源装机规模达到139290MW，其中常规煤电106512MW、常规水电1233MW、抽水蓄能1200MW、燃气装机5445MW、风电18000MW，太阳能发电6500MW、生物质发电规模达到580MW。图1

2020年山西省电源装机构成

Fig.1ThecompositionofinstalledgeneratorsofShanxi

in2020

3.2山西省电力市场消纳及送电方向

根据山西省历史用电情况和经济发展前景，预测山西电网2017年全社会最大负荷约32600MW，2020年最大负荷约41500MW。按山西省电源发展规划及现有外送电力容量，2017年山西电网将富余电力18700MW；2020年将富余电力32500MW，其中北部、中部、南部地区盈余电力分别为100MW、9600MW和6500MW。因此，山西省“十三五”期间的电力消纳除内部市场外，还有较大容量需要通过增加外送来解决。山西电网目前有6个外送通道，送电方向主要是华北区域的京津冀地区、华中电网和华东电网的江苏地区。从山西省地理位置看，今后山西省外送电的方向仍主要是上述地区。华北区域的京津冀鲁地区经济发展较快，是华北电网的负荷中心。预计京津冀鲁电网2020全社会最大负荷将达到208400MW，装机容量达到207800MW，考虑华北区域内500kV网间协议送受电、宁东直流、东北背靠背直流等送电容量后，2020年京津冀鲁电网有市场空间约24000MW。华中区域位于我国中部黄河中下游和长江中游地区，经济较发达，由于煤炭资源短缺，华中电网长期大规模接受区外电力。预计华中电网2020年全社会最大负荷将达到328850MW，装98机容量达到286940MW，考虑三峡、地下电站分电以及灵宝、哈郑直流等送电，2020年华中电网有电力市场空间约39000MW。华东区域位于我国东部沿海，经济发达。预计华东电网2020全社会最大负荷将达到328850MW，装机容量达到286940MW，考虑阳城、三峡、向家坝、锦屏、溪洛渡以及宁东等送电后，2020年华东电网有市场空间约58820MW。因此，从我国三华电网市场需求看，山西电网作为我国重要送端电网之一，其电源装机在保证现有外送电力，满足本省负荷发展的基础上，可以通过继续增加外送、满足华北、华中、华东等经济发达地区的用电需求来解决电力消纳问题。4山西省外送通道规划研究

山西电网已建成6个外送通道，分别为：长治～南阳单回1000kV交流通道，大同二电厂～房山三回、神头二电厂～保北双回、阳泉～石北双回、潞城～辛安双回500kV网对网交流通道，和阳城电厂～江苏三回500kV点对网交流通道。其中，500kV网对网通道现状送电8850MW。4.12017年外送通道规划

结合国家防治大气污染行动计划12条重点输电通道规划，2017年山西省规划建成晋北、晋中两座1000kV变电站和一座晋北直流换流站。新增晋北～北京西、晋中～石家庄两条1000kV交流通道和晋北～南京±800kV直流通道，详见图2。2017年山西电网通过500kV网对网交流通道裕度新增送电2000MW，通过1000kV交流通道送电8000MW，通过直流通道送电8000MW，合计可外送电力18000MW，能够满足山西省2017年盈余电力送出需求。4.22020年外送通道规划

山西省2020年盈余电力容量较大，而500kV网对网通道已达到送电能力，考虑结合国家特高压电网规划，进一步增加特高压送电容量。在加强华北区域特高压电网送端联络的基础上，研究提出以下两个山西外送规划方案。方案一：新建晋东南～山东1000kV双回交流通道，加强扩建晋东南～南阳1000kV交流通道至三回，详见图3。按此规划，山西电网可通过晋北、晋中、晋东南三座1000kV变电站组织汇集19000MW电力外送。考虑500kV网对网通道新增送电和晋北直流通道送电，山西省合计可外送电力29000MW。此方案对于满足山西电网2020年32500MW盈余电力外送需要还有一定差距。增刊任远等：山西省煤电基地开发与电网协调发展研究

电力规划图2山西2017年特高压外送规划示意图

Fig.2TheShanxiUHVexportingrouteplanningscheme

in2017

图3

山西2020年特高压外送规划方案一

Fig.3ShanxiUHVTransmissionChannelPlanningin

2020:SchemeⅠ

方案二：新建晋东南～山东1000kV双回交流通道，新建晋中～华东±800kV直流通道，详见图4。按此规划，山西电网通过晋北、晋中、晋东南三座1000kV变电站组织汇集15000MW电力，通过晋中直流通道组织汇集8000MW电力。再考虑500kV网对网通道新增送电和晋北直流通道送电，山西省合计可外送电力33000MW。此方案能够满足山西省2020年盈余电力送出需求。5山西省内部主网架适应性研究

作为我国重要煤电基地之一，山西电网不仅需满足自身负荷发展的输供电需要，也需适应大规模电力组织外送需要。“十三五”末期山西500kV主网架将形成贯通南北的“四纵四横”格局，因负荷和资源分布等因素，北部资源电力相对更图4山西2020年特高压外送规划方案二

Fig.4TheShanxiUHVtransmissionrouteplanning

SchemeⅡin2020

为集中，500kV主网架电力流向主要是“北电南送”。5.1山西省内部电力流研究

山西电网从北至南大体划分为三个片区：北部电网（大同、忻州、朔州），中部电网（太原、晋中、吕梁、阳泉），和南部电网（临汾、运城、长治、晋城）。“北电南送”两个重要断面分别是北部—中部和中部—南部分区间的送电通道。经测算，山西内部“北电南送”断面送电需求情况如表1。表中给出了山西省风电装机分别按5%和60%出力水平的情况。其中，2020年方案二考虑中部地区新增晋中直流通道送电，兼顾北部地区部分电力送出，因此内部电力流需求较2020年方案一有所减少。表1

山西内部“北电南送”送电需求

Table1Thetransmissiondemandfromnorthtosouth

inShanxiprovince

MW

断面送电需求2017年2020年方案一2020年方案二北-中1.风电5%420422022202.风电60%432097007700中-南1.风电5%17207520-4802.风电60%62701410061005.2山西省内部断面送电能力研究

山西电网北部—中部断面2017年建成忻州～侯村双回、朔州～云顶山单回、五寨～兴县双回，2020年前再新增繁峙～阳泉单回，断面共计形成四个通道6回500kV线路；中部—南部断面2017年建成吕梁～临汾西双回、吕梁～霍州单回、晋中～霍州双回、晋中～榆社双回，2020年前再新增晋中东～潞城双回，断面共计形成五个通道9回99电力规划中国电力第49卷500kV线路。山西电网内部“北电南送”断面输电能力见表2。其中，中部—南部断面送电能力考虑了榆社电厂不同开机方式。表2

山西内部“北电南送”输电能力

Table2Thetransmissioncapacityfromnorthtosouth

inShanxiprovince

MW

断面2017年2020年方案一2020年方案二北-中679050中-南5700～77008370～11370对照表1和表2结果可知，2017年山西电网500kV“北电南送”断面基本能够满足内部送电需求；2020年方案一，内部电力流容量较大，北部—中部断面和中部—南断面均难以满足送电需求；2020年方案二，内部电力流需求容量相对较小，山西内部送电断面均能够较好满足送电需要。“十三五”末期规划建成的大同东～繁峙～阳泉～晋中东～潞城500kV东部纵向通道，对山西内部“北电南送”断面的送电能力可有较大提高，其中北—中断面送电能力提高约2160MW，中—南断面送电能力可提高约2670～3670MW。5.3山西省内部主网架安全稳定校核

对山西省2017年和2020年规划网架进行静态潮流、暂态稳定和短路电流计算，考虑正常运行方式及单一通道检修或故障方式。经计算分析，山西电网500kV网架结构能够满足煤电基地电源汇集、负荷安全供电和外送电力送出需要。6

结语

6.1

山西省电源开发规模、时序及布局

按本文负荷预测水平和规划外送通道，2017年山西省可满足110000MW装机规模的市场消纳和外送；2020年方案一，全省尚有3500MW电力盈余难以消纳送出；2020年方案二，可满足139290MW装机规模的外送需求。鉴于方案二提出的晋中直流通道尚未列入国家规划，建议山西省2020年电源开发总容量控制在135000MW。山西省北部、中部和东南部三个煤电基地的煤电开发规划容量基本相当，但风电主要集中在北部地区，约占全省总量的75%左右，而中部和东南部地区用电负荷相对较大，导致北部地区电力盈余较多，整个山西电网“北电南送”压力巨大。建议“十三五”期间山西省电源开发优先选择中部和东南部地区大容量电源项目，以均衡全省范围电力供需平衡，减少内部断面大容量电力传输。1006.2山西省电源电网协调发展策略

首先，山西省电源开发建设应结合省内、省外电力市场需求有序进行，电源布局应结合自用市场分布和外送通道汇集统筹考虑。未来应借助国家改革平台，深化电力改革，形成竞争有序、统一开放的电力能源市场平台。煤电基地应大容量、集群化开发，引入前期项目竞争机制，建立完善竞价上网模式。及相关部门、发电公司、电网公司之间要保持有效沟通，并常态化，在电力整体规划、项目审批、建设环节等做到协调一致。应逐步简化项目审批，制定科学的项目核准制度，实现纵横协同监管。参考文献：

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（责任编辑杨娜）

StudyonCoordinatedDevelopmentBetweenShanxiCoal-firedPowerGenerationBaseand

PowerGrid

RENYuan1,WANGAi1,CHENGXia2,LIUJinxiong1,KANGHaiyan2

（1.StateGridShanxiElectricPowerCompany,Taiyuan030001,China;2.NorthChinaPowerEngineeringCO.,LTD,Beijing100120,China）

Abstract:AsoneofthemostimportantenergybaseinChina,ShanxiProvinceisnowsufferingwiththeproblemofsurpluspowergenerationandlimitedtransmissioncapacity.Basedonareviewoftheexperienceinpowergenerationandpowergriddevelopmentbothathomeandabroad,thepaperanalyzesthepowerplantconstructionplansofShanxiprovinceaswellastheelectricityconsumptionmarketinthenextfiveyears,andproposesatransmissionrouteplanningschemetosatisfythepowerexportneedofShanxiprovince.Italsostudiestheadaptabilityof500kVnetworkinShanxiprovince,andproposesthedevelopmentscale,thetimesequenceofconstructionandcoal-firedpowerplantlayoutinShanxi,aswellaspolicyrecommendationsforcoordinateddevelopmentbetweenpowergenerationandpowergridconstructioninShanxiprovince.

Keywords:Shanxi;coal-firedpowergenerationbase;powergenerationandgrid;coordinateddevelopment

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（责任编辑杨娜）

AGreyForecastingModelforElectricPowerBasedonCumulativeMethod

ZHAOHaiqing

（DepartmentofMathematicsandPhysics,NorthChinaElectricPowerUniversity,Baoding071003,China）

Abstract:Inthepowerloadforecastprocess,Theoriginaldatalargerandomfluctuation,Thetraditionalgreymodelfittingispoor,Forecastingprecisionislow.Inthispaper,GreyForecastingModelbasedoncumulativemethodwaspresented,Relatedtraditionalgreymodelill-conditioned,Toovercomethedefectsofthraditionalgreymodel,solvesthepredictionproblemsuchsequence.thefeasibilityandvalidityofthemodelweretestedbyacase.

Keywords:powerload;greyforecastingmodel;methodofleastsquares;cumulativemethod;GM(1,1)

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