我国沙戈荒区域新能源外送基地经济性分析_肖玲娟.pdf

第 38 卷第 1 期煤质技术Vol.38No.12023 年 1 月COAL QUALITY TECHNOLOGYJan 2023移动阅读肖玲娟，蒋海波，刘长栋 我国沙戈荒区域新能源外送基地经济性分析 J 煤质技术，2023，38(1):2126XIAO Lingjuan，JIANG Haibo，LIU Changdong Economic analysis of the new energy export base in the Gobi and des-ert areas of China J Coal Quality Technology，2023，38(1):2126我国沙戈荒区域新能源外送基地经济性分析肖玲娟，蒋海波，刘长栋(国家能源集团 技术经济研究院，北京102211)摘要:为推动实现碳达峰、碳中和目标，我国重点领域和行业陆续发布关于碳达峰的实施方案和一系列支撑保障措施，构建起碳达峰、碳中和“1+N”政策体系。随着国家持续推进产业结构和能源结构的调整，将大力发展可再生能源，在沙漠、戈壁、荒漠地区加快规划建设大型风电光伏基地项目。围绕国家近期提出的规划目标，结合戈壁沙漠资源主要分布，全面分析新疆、青海、甘肃、宁夏及内蒙古区域电力市场、风光资源、外送条件等情况，以产业优势和发展战略为基础，对下一步风光基地项目布局提出建议。在沙戈荒区域新能源的发展面临消纳和经济性差等问题，可通过有效推进以外送电量为主的特高压直流线路的建设加以解决。加大柔性直流技术大规模应用的研发力度，消除新能源送出技术壁垒;完善电力市场机制，扩大跨省跨区交易电量，鼓励送端电源纳入受端电力市场交易主体;出台消费激励政策，体现绿电场外价值，同时发挥各主体在行业发展环节的不同功能作用，促进新能源产业健康有序发展。关键词:新能源基地;特高压直流线路;沙戈荒区域;经济性分析;柔性直流技术;电力市场机制;基地项目布局中图分类号:F426.21文献标志码:A文章编号:10077677(2023)0102106收稿日期:20221008责任编辑:何毅聪DOI:10.3969/j.issn.10077677.2023.01.003基金项目:国家能源集团科技资助项目(GJNY22151)作者简介:肖玲娟(1980)，女，河北保定人，高级工程师，主要研究方向为电力产业政策和技术经济研究。Email:Economic analysis of the new energy export base in the Gobi anddesert areas of ChinaXIAO Lingjuan，JIANG Haibo，LIU Changdong(CHN ENEGY Technology Economics esearch Institute，Beijing102211，China)Abstract:In order to promote the goal of carbon peaking and carbon neutralization，Chinese key areas and industrieshave released implementation plans and a series of support measures on carbon peaking，and built a“1+N”policysystem As the country continues to promote the adjustment of industrial structure and energy structure，it will vigor-ously develop renewable energy and accelerate the planning and construction of largescale wind power photovoltaicbase projects in Gobi and desert areas Based on the planning objectives recently proposed by the state and the maindistribution of Gobi desert resources，this paper comprehensively analyzed the regional power market，landscape re-sources and delivery conditions in Xinjiang、Qinghai、Gansu、Ningxia and Nei Mongol，and put suggestions on thelayout of landscape base project in the next step based on industrial advantages and development strategies In Gobiand desert area，the development of new energy is faced with problems such as poor consumption and economy，which can be solved by effectively promoting the construction of UHV DC line with external power supply as the main煤质技术2023 年第 38 卷Increase the research and development of largescale application of flexible DC technology，eliminate the technicalbarriers of new energy delivery，improve the electricity market mechanism，expand interprovincial and interre-gional electricity trading，and encourage the power supply at the sending end to be included in the receiving end ofthe electricity market trading body We will introduce consumption incentive policies to reflect the offsite value ofgreen electricity，and at the same time give full play to the different functions of various subjects in the industrial de-velopment links，so as to promote the healthy and orderly development of the new energy industryKey words:largescale wind power and photovoltaic base;UHV DC line;Gobi and desert areas;economic analy-sis;flexible HVDC;electricity market mechanism;layout of landscape base project0引言能源是打好碳达峰、碳中和绿色转型攻坚战的主战场，大力发展新能源是能源行业绿色低碳发展的主要发力点，到 2030 年中国风电、太阳能总装机总量将达到 12 亿 kW 以上13。而随着新能源的持续深入发展，我国风电太阳能的发展布局面临着土地和生态的双红线限制46。作为我国能源基地的西部和北部地区，尤其是广袤的戈壁沙漠，总面积 130 万 km2，占全国土地总面积的 13%7，不仅风电、光伏资源丰富，不存在土地和生态红线的问题，且还可通过项目实施达到生态环境优化的目的，因此在戈壁沙漠区域发展大型新能源基地是主要发展方向810。目前学者们主要分别针对发电、输电分类进行研究1112，笔者结合戈壁沙漠资源主要分布，全面分析新疆、青海、甘肃、宁夏及内蒙古区域电力市场、风光资源、外送条件等情况，以产业优势和发展战略为基础，对下一步风光基地项目布局提出建议。1我国新能源发展现状“十三五”期间，我国新能源实现了长足的发展，截 止 到 2020 年 底，风 电 装 机 规 模 达28 153 万 kW，光 伏 发 电 装 机 规 模 达25 343 万 kW13，装机规模占比分别达 12.8%和11.5%，发电量占比达 6.1%和 3.4%。到 2030 年中国单位国内生产总值二氧化碳排放将比 2005 年下降 65%以上，非化石能源占一次能源消费比重将达到 25%左右，风电太阳能发电总装机容量将达到 12 亿 kW 以上。其中“十三五”期间风电、光伏装机及年均增速排名前五的省份见表 1。表 1“十三五”期间风电、光伏装机及年均增速排名前五的省份Table 1Top five provinces in terms of wind power and photovoltaic installed capacity and annualaverage growth during the 13th FiveYear Plan period风电省份装机容量/万 kW省份年均增速/%光伏省份装机容量/万 kW省份年均增速/%内蒙古3 786河南95.45山东2 272重庆247.52新疆2 361青海87.25河北2 190贵州118.92河北2 274广西75.73江苏1 684黑龙江109.15山西1 974江西47.55青海1 601湖南90.69山东1 795陕西37.62浙江1 517广西81.182戈壁沙漠区域风光资源情况我国沙漠地区集中地分布在 35504943N，765912350E 之间的辽阔地区，在行政区域上主要涉及新疆、内蒙古、甘肃、青海、宁夏、陕西等 10 个省、区。新疆、青海、甘肃、宁夏及内蒙古区域戈壁沙漠区域风光资源处于丰富区，除青海区域外，如新疆塔城、阿拉山口、达坂城及哈密地区采用目前主流机型发电小时数可以高达 3 0003 500 h，甘肃瓜州、玉门、酒泉区域的发电小时数达2 9003 300 h，内蒙古阿拉善盟东北部、巴彦淖尔、赤峰北部、乌兰察布、兴安盟、通辽市和赤峰市部分地区的发电利用小时数可达 3 2003 500 h;新疆、22第 1 期肖玲娟等:我国沙戈荒区域新能源外送基地经济性分析青海、甘肃、宁夏及内蒙古大部分区域光伏首年利用小时数可达 1 500 h 以上，如青海的海西州利用小时数达 2 000 h 时以上，新疆双河市、哈密利用小时数达1 900 h 以上。从风光资源禀赋看，新疆、青海、甘肃、宁夏及内蒙古的戈壁沙漠区域适合大规模建设发展风光基地项目。3五省区新能源消纳现状“十三五”期间，虽然通过 1 系列措施使得新疆、青海、甘肃、宁夏、内蒙古的弃风弃光问题得到有效缓解，但目前弃风弃光率仍居全国前列，“十三五”期间新疆、青海、甘肃、宁夏、内蒙古弃风弃光率见表 2。其中，2021 年蒙西新能源利用率达 92.3%，同比下降 1.5 个百分点;青海新能源利用率为 87.3%，同比下降 5.7 个百分点。因此，解决消纳问题是新能源发展必须首先解决的重点和难点。4特高压外送情况从全国能源流向看，我国能源资源与电力需求逆向分布，整体呈现“西电东送、北电南送”的基本格局。因新疆、青海、甘肃、宁夏、内蒙古资源丰富，使其具备成为“十四五”电力主要送出端的基本前提，也是解决本地电力消纳能力不足的重要途径之一。截至 2020 年底，新疆、青海、甘肃、宁夏、内蒙古已相继投产特高压线路 12 条，包括特高压直流线路 9 条14，特高压交流线路 3条，其运行情况见表 3。表 2“十三五”期间弃风弃光情况Table 2Wind and light abandonment during the 13th FiveYear Plan period省份弃风率/%20162017201820192020弃光率/%20162017201820192020新疆38.029.022.914.010.332.021.515.57.34.6青海38.029.022.914.010.38.336.24.767.28.0甘肃43.033.019.07.66.430.4520.8104.02.2宁夏13.05.02.31.92.27.156.44.412.5内蒙古21.015.010.37.17蒙西 11蒙东 4蒙西 3.6蒙东 0.4表 3部分已投产特高压线路运行情况Table 3Operation of part of the UHV line序号项目电压等级/kV输送能力/万 kW利用率/%可再生能源占比/%1天中直流(哈密郑州)80080067.543.732吉全直流(准东皖南)1 1001 2006718.33青豫直流(青海河南)800800101004祁韶直流(酒泉湖南)8008006927.35银东直流(宁东山东)66040010011.26灵绍直流(宁东浙江)8008009017.17昭沂直流(上海庙山东)8001 0005747.58固直流(扎鲁特青州)8001 0006417.19锡泰直流(锡盟泰州)8001 000300.310蒙西天津南1 0001 00028011锡盟山东1 0001 000460备注:特高压线路输送可再生能源情况为 2020 年数据，特高压线路利用率参考 20202021 年数据“十三五”以前，受新能源大规模开发技术、投资经济性等因素制约，送端基地配套电源以单一煤电或水电开发外送为主，新能源外送比例明显偏低。从已投运的特高压线路看，只有天中直流、昭沂直流可再生能源外送电量占比约 45%(青豫直流除外)，其他特高压线路可再生能源电量占比均偏低，尤其是锡盟泰州特高压直流和蒙西三条特高压交流线路尤为突出。32煤质技术2023 年第 38 卷受送端配套电源规划和建设滞后，受端电网交直流耦合日趋紧密、“强直弱交”问题日渐严重，新能源大规模接入、系统动态调节能力严重不足等问题的影响，成为特高压利用效率提升的制约性因素。因此，依托现有特高压线路布局风光储大型清洁能源基地项目可从源端解决特高压线路利用率偏低的问题。5经济效益分析按照 100 万 kW 风电、光伏基地项目情景做典型项目的经济性分析。其中，考虑基地项目单位造价有规模效应，风电单位造价5 250 元/kW，光伏单位造价 3 780 元/kW，基地项目送出线路及 330 kV汇集站投资按照 1.5 亿元计;配置储能容量按照各地政策:新疆，储能 10%容量，2 h;青海，储能10%容量，2 h;甘肃，储能 20%容量，2 h;宁夏，储能 10%容量，2 h;内蒙古，储能 15%容量，2 h;储能单位单位造价 1.5 元/Wh;电价取值分别参考现有特高压线路外送新能源项目综合电价，扣减 2个细则及调峰辅助服务费用，新疆平均电价为0.223 4 元/kWh，青海、甘肃、宁夏、蒙西分别为0.16 元/kWh、0.273 5 元/kWh、0.239 5 元/kWh、0.268 3 元/kWh。风电利用小时数基于目前主流机型按照各地风资源取值，并充分考虑未来消纳风险，限电率按新疆 10%、青海 10%、甘肃 5%、宁夏 3%、蒙西 10%取值。按照风光基地项目测算结果，新疆、青海区域受电价因素影响，项目收益率低;宁夏区域光伏项目略好;甘肃风光资源好的河西走廊区域项目较好;蒙西区域除风资源偏差的阿拉善南部、赤峰市东南部、呼伦贝尔北部之外的区域均较好。在光伏项目的经济效益测算中租金参考现有部分项目取值，如戈壁沙漠基地项目大规模开发时，具备降低租地费用的可能性，则项目收益率会上浮15。风电和光伏项目的全投资收益率测算结果如图1 和图 2 所示。图 1风电基地项目全投资收益率Fig.1eturn on total investment of wind power base project图 2光伏基地项目全投资收益率Fig.2eturn on total investment of PV base project42第 1 期肖玲娟等:我国沙戈荒区域新能源外送基地经济性分析6主要建议6.1大力推进蒙西新能源基地项目建设大力推进蒙西新能源基地项目建设具有以下优势:(1)可近距离向华北负荷中心可靠供电。蒙西地理位置优越，是华北区域的能源基地，在保供京津冀电力中处于重要地位。(2)特高压输电线路具有较大的外送能力提升空间。蒙西区域现有特高压线路，利用率普遍偏低，可再生能源电量占比少，可提升空间大。(3)该区域在电源供给和调峰方面具有优势。在蒙西具有较多的煤电机组，不仅在电力市场中易于新能源形成价格联盟，并且优质的调峰资源将为蒙西区域的新能源基地项目的建设提供强有力的保障。6.2在宁夏区域积极发展光伏基地项目在宁夏区域积极发展光伏基地项目、调整装机结构有利于产业耦合。宁夏区域光伏基地建设的优势如下:(1)可优化电源结构，缓解煤炭供应紧张。受宁夏区域煤炭价格影响，煤电机组普遍处于亏损状态，新能源和传统能源的耦合发电，可优化发电成本，提高区域清洁能源比例。(2)宁夏区域现有 2 条特高压线路的可再生能源电量输出占比低，随着定位的转换，将加大可再生能源电量对煤电电量的替代。(3)同样丰富的煤电调峰资源，势必为新能源基地项目建设提供强有力的保障。6.3水光互补发展带动青海区域布局青海新能源基地发展要优先解决青豫直流消纳难题，致力于常规调峰电源建设，才能有效解决青海新能源发展问题。水光互补发展带动青海区域布局存在的主要问题如下:(1)受困于送端调峰电源不足和受端电网影响，青豫直流利用率偏低，并且外送受限短期难以解决且省内消纳空间小，部分地区限电率超过30%。(2)青海新能源基准电价低，加之电力市场交易竞争激烈，通过经济效益测算，青海的风光基地项目较差。(3)调峰资源缺乏，需加快玛尔挡等水电站的建设，并在周边区域合理布局清洁能源基地，通过水风光互补提升送出电力品质。6.4推进新疆甘肃区域优质资源新能源基地项目新疆甘肃区域要明确建立有效消纳机制以保证新能源基地良性发展，且鉴于现状，建议优先在优质资源区发展基地项目。但目前在推进新疆甘肃区域优质资源新能源基地项目过程中主要存在的问题如下:(1)新疆和甘肃的风光资源位于全国前列，尤其是新疆达坂城哈密地区风电基地和河西走廊风光基地，但新能源占比高、装机容量远超省内用电负荷、本地消纳能力不足等问题是新能源发展的主要制约因素。(2)现有的特高压线路输送能力提升难度大。天中直流与青豫直流的受电端均为河南电网。面对有限的受电端市场，新疆与青海的外送电量将互为限制、此消彼长。祁绍直流的受电端为湖南省，其具有丰富的水电资源，丰水期基本不需受入电量，需求主要在枯水期，加之送电端调峰能力不足，因而上述因素决定了输送电力在现有基础上提升有限。7结语为响应国家持续推进产业结构和能源结构调整以及将大力发展可再生能源，结合戈壁沙漠资源主要分布以及国家近期提出的规划目标，以产业优势和发展战略为基础，全面分析新疆、青海、甘肃、宁夏及内蒙古区域电力市场、风光资源、外送条件等情况，对在沙漠、戈壁、荒漠地区加快风光基地项目布局提出有效建议。(1)大力发展新能源为主的可再生能源可加快实施对化石能源的替代，降低我国能源对外依存度，是我国能源供应侧转型的主要途径，但受当地消纳能力不足，沙戈荒区域新能源的发展还面临着消纳和经济性差两大主要问题，可通过有效推进特高压直流线路的建设加以解决。(2)通过特高压外送通道的建设促进新能源基地电量消纳，尤其是以外送新能源电量为主的特高压直流线路的建设;加大柔性直流技术大规模应用的研发力度，消除新能源送出技术壁垒，促进新能源发电消纳能力。(3)通过多手段完善市场机制，扩大跨省跨区交易电量，鼓励送端电源纳入受端电力市场交易主体;出台消费激励政策，体现绿电的环境价值和场外价值。参考文献(eferences):1国家发展和改革委员会 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