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国内外的电力系统效率比较

日期:2023-09-18    来源:能源新视界

国际电力网

2023
09/18
11:38
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关键词: 电力系统 电力系统效率 可再生能源

近年来,增量配网、多能互补、微电网、双碳目前、隔墙售电等与电改相关的概念层出不穷,除了新能源(光伏与风电)的装机及年发电量占比是实实在在的数据,电力体制的改革并不顺利。回归技术层面,回归电力体制改的本源,就应当优化系统效率,实现高质量发展。

一、何为电力系统效率

电力系统不是越可靠越好,要讲究一个性价比和利用效率,冗余多了会造成极大的浪费。

“一个复杂的、形成的具有网络结构特征的,多个参与主体和投资主体相互作用,相互影响以电力和热力为主要产品、以能源生产和消费为主要功能的投入产出系统。”

简单点说,效率主要由发电企业、电网企业和电力用户三个主体自身运行效率以及相互作用决定。

(1)发电企业:主要由发电设备利用效率、原料产出效率、发电经济效率等因素决定。

(2)电网企业:主要由电网传输效率、电网结构、电力设备与设施运行效率及损耗等因素决定。

(3)电力用户:以往被遗忘,现在越来越被重视,比如节能和能效管理,需求侧管理等等,可以为提高电力系统整体效率做出贡献。

当然,还有些外部因素的影响,比如国家可再生能源政策和环境保护政策,影响系统的效率。

结合当前能源政策与行业的发展趋势,从发电企业、电网企业和电力用户择取三个指标,分别是:可再生能源利用效率,设备利用效率和需求侧管理效率。

二、我国电力系统效率情况

总体而言,我国电力系统效率不高的,冗余度大,效率不高的表现,就从三个指标说起:

(1)设备利用效率。

这是最主要的问题,这里面应该包括火电设备利用小时,电网负载率,网损率等方面。

火电设备利用小时数,最值得关注。国家能源局数据显示, 2022年,全国6000千瓦及以上电厂发电设备利用小时3687小时,比上年同期减少125小时。其中,水电利用小时数3412小时,减少了194小时;火电4379小时,减少65小时。

火电企业日子相当难过。5100小时左右,应该是盈亏平衡点集中区,目前的火电设备效率堪忧。

电网负载率,以我国最具活力的长三角地区的华东电网为例,500k V 输电线路轻载情况相对较为严重,大部分线路处于长期轻载的情况,只有相对少数线路负载率超过 50%,其他电压等级也类似。

近年来,由于电力电量的增长速度放缓,冗余程度还在上升。

考虑电网可靠性,相对保守的情况下,输电线路合理平均负载率应位于40%左右。这样看来我国电网设备的冗余度是非常高的,大马拉小车,设备晒太阳的比例不小。

网损率,我国2013年电网综合线损率为6.67%,居世界同等供电负荷密度条件国家的先进水平,但与网损率最低的国家如日本、德国相比还存在差距。

(2)可再生能源利用效率

这里面应该包括可再生能源装机占比,弃风弃光,新能源最大利用小时数等方面。

截止2021年前三季度,我们的弃风电、弃光电量依然较大。以国家统计局公布的数据为准,我国各地弃风电量达到了147.8亿千瓦时,弃光电量约为50.2亿千瓦时——两者合计为198亿千瓦时。

分区域来看,我国的内蒙古、新疆、青海、西藏、山西、甘肃、陕西、河北、山东等西部、北部省份的“弃风电、弃光电”数量依然较高。其中,西藏地区的三季度“弃光率”上升至11.1%,青海省的三季度弃风率和弃光率分别为9.8%和19.3%。

(3)需求侧管理效率

这里面主要涉及负荷率。

负荷率,是指年平均负荷与年最大负荷的比值。负荷率越小,说明平均负荷与最大负荷之间的差距越大峰谷差异较大,电力系统运行效率与经济性都比较差。

我国要电网负荷率逐年减小,峰谷差越来越大,除华北电网32.5%和西北电网29.4%外均超过35%。全国各主要电网的调峰能力普遍不足。

提高负荷率是一项系统工程,需要在发电企业、电网企业、电力用户联合实施管理措施。尤其是需求侧管理,可以提高负荷率,缩小峰谷差。

所以,不管是从电源侧、电网侧,还是用户侧,咱们国家的电力系统的效率都偏低,不是说不可靠,而是某些方面太可靠,过于冗余了。

三、国外电力系统效率

可再生能源利用率和需求侧管理效率在国外发达国家的水平远远高于我国的电力系统现状,得益于国外电力市场开展的早,发展较为健全,这两方面大幅领先国内。

在设备利用层面,有些数据可见斑,日本、美国的电量线路比分别为 3008 万千瓦时/千米和 1486 万千瓦时/千米,我国是972 万千瓦时/千米。

澳大利亚电网40%的500kV线路的平均负载率超过50%,上面看到的华东电网是8%,存在巨大的冗余和浪费。

近年来,国家电网花巨资投入的特高压工程,也会继续加大电力系统冗余度,极大降低系统效率,最后投资摊到电价里面,加大群众的用电成本。

四、差异的原因

相比于国外的市场,我国的电力系统效率低下的原因简单概括,一是规划建设思路,二是市场机制发展,三是为了拉动经济增长而投资。

(1)规划建设思路。我们的规划建设,通常都是考虑可靠不出事,容载比高高的,N-1,N-2时刻准备着,我国的国情是供电安全问题是最大的问题,而国外都是竞争性盈利企业,肯定是要基于可靠性和经济性的均衡考虑。

这点非常明显,而且,国外电力市发展成熟,可靠性和经济性之间的区别越来越模糊。可靠性问题大都同时是经济性方面的问题,它会影响电力市场的不同参与者采取不同的行为。PJM认为:电力市场调度的输电约束就是经济性约束,只要是在事故之前电力系统经过调整能够维持在可靠性限制之内运行,经济性约束不应该视为违反了可靠性标准。这种观点是合理的,因为提供充足的输电能力以保证所有系统状态条件下市场的有效竞争,代价过于昂贵。

而且国外会定期对电网充裕度进行评估,以指导后续,目前国内的供电可靠性投入,是没有通过市场机制传导给电价成本的。

市场机制发展,这个是显而易见的,新能源发电小时,需求侧管理这些都和电力市场有关,如果单纯靠政策,效果非常有限,市场机制提高效率。而且我们的电价机制尚未理顺形成,价格机制失灵的情况下,电力系统的效率也不可能提高。

稳投资促增长,投资拉动作用。这是中国特色的表述:“推进重大工程项目建设是国家电网扎实服务稳经济稳增长的重要抓手。今年年初以来,公司持续加大投资力度,充分发挥电网基础支撑和投资拉动作用,推动各级电网协调发展,助力构建现代化基础设施体系。2022年,公司电网投资5000亿元以上,预计带动社会投资超过1万亿元”。可以想像,我国以国有经济为主体的市场经济,能源企业都有如此的担当与冲动。


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