输煤与输电方式比较研究

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  在不同时期许多学者开展了较多的关于输煤与输电的比较研究。在较早时期,输电与输煤方式比较主要是经济比较,其基本思路是:在假定输送相同能量的条件下,计算新建输电线路与新建铁路两种方案的年费用,年费用低的方案为推荐方案。近年来,随着社会经济的发展、环保要求的提升以及各种外部因素的变化,单纯从经济层面进行输电输煤比较具有很大的局限性,输电与输煤方式比较需要更为复杂和考虑全面的综合比较。文献[1]从投资造价、线路走廊、运输成本、能量消耗、环境保护、综合利用、安全保障和社会效益等多方面对输煤输电方式进行全面的科学比较和论证,文献[2]从电网建设需求、煤炭价格市场化、水资源占用、不同电压等级和方式的输电的经济距离调整以及煤炭发热量的高低等方面对输煤輸电方式给予了新的阐述和比较,文献[3]在山西煤炭能源送向江苏这个具体课题研究输煤输电比较中重点考虑了煤炭发热量的高低的因素。
  本文以特高压直流输电为例,与输煤方式在输送能耗、土地占用、环保空间、输送经济几个方面进行了比较:
  
  一、输送能耗比较
  
  输煤输电均会造成能源消耗。输电的能源损耗主要是线路导线、变压器等设备发热。输煤的能耗主要包括运输设备的耗能和输送过程中物理损失。其中,输电方式采用不同的电压等级,损耗不同,电压等级越高,损耗越低;直流输电两端换流站损耗比较大,但其输电线路相对同电压等级的交流损耗较小一些。
  以铁路运输方式为例,输煤的能耗包括铁路运输设备的耗能和输送过程中物理损失。铁路运输设备的耗能参照大秦铁路的单位能耗,为143千瓦时/万吨公里。铁路煤炭运输的物理损失主要有遗撒、风损和卸车不净等。国家《煤炭送货办法实施细则》中规定:“每次在铁路运输过程中的自然减量标准暂定为1.2%。”鉴于铁路煤炭运输敞车更新、固煤剂使煤堆表面固结减少了风吹损失和煤炭专运列车循环使用无卸车不净问题等情况,物理损失可取为0.5%。
  在输电方式中,士800kV特高压直流输电的线路输电损耗非常低,约为±500kV高压直流输电的线路输电损耗的62.5%,因此输电距离越长,±800kV特高压直流输电节能降损的优势越突出。
  
  二、占地比较
  
  不管是输煤还是输电方式,最终转换为电能都需要在能源受端或送端建设电厂,两端建设电厂占地基本相同。
  铁路运煤方式中,输煤直接占用走廊全部土地,单线铁路占地宽度约为40米。
  采用输电方式,塔基及变电站(包括换流站)占用土地较少,且不受地形限制,输电线下土地还可利用,但使用性质有所限制。若计算使用性质有所限制这部分土地,则输电占用土地较多:同样输送7000~8000万千瓦火电电力,若采用500千伏同塔双回,需建设500kV同塔双回路20条,约需要输电走廊20x65米;若采用±500kV同塔双回直流输电,需建设±500kV同塔双回路14条,约需要输电走廊14×70米;若采用土800kV单回直流输电,需建设±800kV单回路16条,约需要输电走廊16×80米,总体来说,输电通道单位电量影响面积指标约为输煤通道的10-20倍。
  
  三、环保空间比较
  
  输煤输电方式对环境的影响分为两个方面:一是燃煤火电对环境的影响;二是煤炭能源输送过程中对环境的影响。在煤炭能源输送过程中,不管是输煤方式还是输电方式,对环境的影响相对于燃煤火电来说影响较小,因此输煤输电方式对环境的影响研究重点是能源送端还是受端新建燃煤电厂对环境影响和污染代价的区别。
  燃煤火电影响环境主要是排放二氧化硫、氮氧化物和二氧化碳等气体,另外还有废水、电厂灰渣及脱硫石膏等。二氧化碳主要对气候有影响,但其影响范围是全球性的,对于能源送端还是受端新建燃煤电厂区别不是太大。二氧化硫和氮氧化物主要会对造成当地酸雨危害,目前可通过安装和运行脱硫和脱硝装置,减少污染排放,但是对当地的环境还是有较大影响,如当前东部地区二氧化硫排放造成的酸雨对当地生态环境造成较大的危害。从减排的压力来看,东部比西部的压力大,而且东部经济发达地区的污染排放造成的经济损失比西部大。据国家环境保护总局环境规划院编制的《我国发电环境空间研究》的研究结论,受电省区二氧化硫排放所造成的平均经济损失为8000元/吨,是送电省区的4倍。因此,因环境污染造成的损失也是当前输煤输电方式选择的一个重要标准。
  
  四、经济比较
  
   能源输送的经济性比较主要是对比分析受端落地电价及上网电价的差异:输电方式主要考虑在煤炭产区建设坑口电厂,通过输电线路送至电负荷中心,计算其落地电价;输煤方式主要考虑通过多种运输方式组合将煤炭运输到负荷中心,在负荷中心建电厂,计算上网电价。比较输煤上网电价和输电落地电价来分析输煤输电的经济性,如果输电方式的落地电价较低,则输电经济;反之,则输煤经济。
  本文参考目前南方电网区域特高压直流输电的发展现状,测算不同输送容量、输送距离情况下终端电价与落地电价的差异。若煤电新增外送容量为320万千瓦,按照±500kV高压直流单回输电方式考虑;若煤电新增外送容量为570万千瓦,按照士800kV特高压直流输电方式考虑,计算结果见表1:
  从上表可以看出,在设定边界条件下:(1)采用输电方式比输煤方式更为经济;(2)在输煤方式和输电方式均输送同样距离时,输送距离越远,输煤经济性越优;(3)随着输电距离的增加,±800kv,直流输电的低损耗优势相对于±500kv直流输电将逐渐体现,在远距离输电时,土800kv直流输电将更为经济。
  
  参考文献
  [1]陈望祥.第三运煤通道与特高压电网,孰优孰劣?——输煤与输电的综合比较[J].能源思考,2007,(8).
  [2]张运洲对我国特高压输电规划中几个问题的探讨卟电网技术,2005,29(19)
  [3]刘建琴,黄平.开展省际电力合作,加大跨区送电力度[J].电力技术经济,2008,20(1)
  [4]邱有强,划洪涛.邹江,粱宇,粱敬成南方电网直流输电损耗分析及基于降损的交直流潮流优化探讨[J].南方电网技术,2008,2(4)
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