4 算例分析
本节的算例将利用本文的演化模型和求解方法研究国网经营区在40年的演化过程。参考文 献[23-27]确定边界条件,具体的设定详见附录A中表A1—A8。
4.1节基本场景的设置是为了与现有文献中的电力流预测结果对照,同时验证本文求解演化模型方法在计算建设成本方面的合理性。
4.2节的新技术应用场景则给出了应用本文演化模型分析超导、分布式发电、储能等新技术对电网演化成本和最终电力流的影响。
4.1 基本场景的结果
在基本场景设定的参数下,演化各时期的能源比例如表1所示。
表1 基本场景各能源发电量占比
可见,随着演化的进行,火电占比由超过80%降至不到1/3,非水可再生资源由几乎可以忽略增长到35%左右,成为最重要的组成部分。水电占比先增加后减少,这与水资源总量有限且2030年左右基本开发完有关。核电的比例随着政策的放开增长迅猛。能源结构的演化结果与国际能源署的展望报告[28]中的结果以及文献[11]中充分实现战略目标时的结果基本一致。
下面给出电网演化过程中各区域之间的电力流情况,结果如表2所示。表中,单位为十万GW•h,正值代表受入,负值代表送出,下同。
华北地区由于是负荷密集地区,且发电潜力有限,一直是受端,且所需功率逐步增大。而西北地区因是重要能源基地,持续往外送出电量。华东最
表2 基本场景电力流情况
初是受端,但到36年后变为送端,其原因是新能源以及核能在华东地区布置较多。华中川渝地区在前期是送端,送出量在前15年逐渐增大,而演化16年后当水电资源达到上限后送出量开始减少直至最后变为受端。
如果核能政策更保守(附表A4),那么演化末期的电力流结果如表3所示。
表3 核能保守场景下电力流情况
与基本场景结果比较可知,此时华东地区受入电需求较初始有所下降,但仍是受端,且最保守场景受入量更大。
总的来说,未来40年中国仍然是西部、北部的向中部、东部送电的格局。不过与文献[29]中预测的各主要通道外送均会不断增加有所区别,基本场景到了演化后期,西部地区出现后发优势,西电东送出现拐点,这一现象也是文献[30]中所特别指出并希望引起关注的。相较于已有文献直接根据电力平衡和预计外送比例得出的结果,本文基于演化模型给出的电力流结果更加具体,即除了最终结果外还有电力流变化的过程以及相应的建设成本,能为政策的制定提供更为有效的参考。
表4 不同求解方法比较
由于近似考虑了远距离输电的成本,与电源 和电网规划完全解耦的情形相比,采用本文方法 的基本场景总成本要低8242亿元。具体结果如表4所示。
4.2 新技术应用场景的结果
下面讨论新技术的发展对未来电网的影响。考虑前沿技术的运用需要较长的时间过程,这里假设演化至20年前,新技术不会广泛运用,而20—30年间是新技术的推广期,此时对电网的影响逐渐增大,30年后新技术基本已推广完毕,进入稳定期。因此有
根据文献[6-10]中的数据,确定前沿技术相关参数,具体见附录A中表A9。
由于3种新场景均为基于基本场景的新技术场景,因此有必要将其成本与基本场景进行比较,结果如表5所示。
表5 不同场景成本
由表5可知,超导输电以及分布式发电的技术价值较高,储能和负荷侧响应的价值略低。目前,分布式电源的成本[31]约为7~15亿元/百MW,与表中的1.13亿元/百MW的收益相比还有较大差距。类似地,储能、需求侧响应以及超导输电这几项技术欲实用化,其成本也需要大幅降低。
可以设想一种乐观的情景,即分布式发电技术能够在15年后即变得实用,亦即：
在这一条件下,当系统演化40年后最终的电力流情形如表6所示。
表6 乐观分布式场景下系统的电力流
