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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

北极星电力网技术频道    作者:佚名   2008/1/21 17:17:52   

  所属频道:  火力发电    关键词:  电网 特高压 输煤

煤炭是我国一次能源消费的主体,约占2/3的比重。但我国煤炭生产和消费存在严重的地区不平衡,全国约2/3的煤炭资源分布在北方的“三西”地区,而2/3以上的能源需求集中在华东、华南和华中地区。为解决这一问题,长期以来我国采取的是“北煤南运”的方针,即将“三西”地区的煤炭主要通过铁路运至北方港口、再经海运送达南方的电厂使用。

根据国家发改委组织铁道部、交通部、国投、大唐、神华、华能等共同开展的“北煤外运系统研究”的预测和规划,“三西”地区煤炭产量2010年为11.5亿吨、2020年为15.2亿吨:北、中、南三大通路煤炭运量2010年为8.4亿吨、2020年为10.86亿吨。为满足“三西”地区的煤炭外运需求,在承担主要运输任务的北通路上,一方面要对既有的两大运煤通道(即大秦线和朔黄线)实施扩能改造,另-方面需新建运煤第三通道。

国家电网公司领导近两年提出了“建设以特高压为重点各级电网协调发展”的“战略”,国家电网公司领导提出的设想,就是变输煤为输电的方案。单从发挥功能的角度来看,二者同为满足2020年我国华东、华南和华中地区电力需求,同为解决约2亿吨煤炭的运输问题,相互之间具有可替代性。那在二者之间如何抉择,就需要从投资造价、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方面进行科学的比较和论证。

一、投资造价

几家有意参与第三通道建设的企业各自所提出的建设方案不尽相同。以国家开发投资公司提出的方案为例,线路西起银川,东下曹妃甸港,全长1319公里,按2015年煤炭下水量达到1亿吨考虑,铁路投资375.4亿元,港口投资70.6亿元,机车、车辆购置费约190亿元,合计总投资636亿元。据有关专家估计,在此基础上再追加280~300亿元投资(包括铁路、港口扩能和机车、车辆购置),即可使煤炭下水能力提高到2亿吨/年(最高运量可达到2.5亿吨/年)。其合计总投资在900-1000亿元,基本不会超过千亿元的水平。若采取“北煤外运系统研究”所推荐的从集宁到曹妃甸线路,由于铁路里程缩短至740公里,则投资更省。

国家电网公司尚未提出经过科学论证的“特高压国家电网”规划和可行性研究报告,仅据国家电网公司领导文章,2020年前总投资需4060亿元。据某研究院领导文章,1000千伏交流特高压线路输送距离为2000公里时,采用2回线路(中间设4个开关站),投资240亿元,输电容量1000万千瓦,即一回输送500万千瓦(相当于年输送1000万吨煤炭),投资120亿元,每公里综合投资600万元。实际上,随着输送距离的增加,线路的输送容量会下降,2回1000千伏交流特高压线路在输送距离为2000公里时达到1000万千瓦的输送容量仅是一个理论数字,据专家估计,即使在增加补偿设备及增设变电站的情况下,其实际输送容量也只能达到600-800万千瓦,即一回输送300-400万千瓦。若将北方煤炭就地转化为电,使用1000千伏的交流特高压线路将容量达1亿千瓦的电力输送到华东、华中、华南各省市(相当于年消耗2.0~2.3亿吨煤炭),如按每回输送容量500万千瓦计算,则需要20回,相应的投资需20个120亿元,即2400元;如按每回输送容量300~400万千瓦计算,则需要25~34回,相应的投资需25~34个120亿元,即3000~4080亿元。

由此看来,一条年运量2亿吨的铁路与20~34回1000千伏交流特高压线路所发挥的能源配置和调度功能相当,但前者的投资不足1000亿元,后者的投资则达2400~4080亿元,投资规模的差距巨大。

二、线路走廊

铁路双线正线路基面宽度一般为:路堤式11.1米,路堑式10.7米。第三通道按双线、重载、电气化铁路设计,线路本身宽度可按双线正线路基面宽度考虑,取11.1米。沿线铁路车站、车辆段、机务段等征用土地面积与铁路全线征用土地面积基本相当。因此,铁路线路和车站征用土地,平均宽度应为20~22米左右。

1000千伏交流特高压线路走廊宽度,北戴河会议上有专家提出为100米,某研究院领导提出为81~97米。若以每回线路走廊宽度采用90米计算,20~34回1000干伏线路走廊宽度合计为1800~3060米,若采用同塔二回节省走廊宽度,也需要900~1530米。

因此,为满足年运送2.0亿吨煤炭或相当电力的目标,一条运煤第三通道与20~34回1000千伏交流特高压线路的占地平均宽度之比为1:90-153(单回)或1:45-77(双回)。此外,第三通道将长途穿越我国北方的草原、沙漠和戈壁,80%以上是人烟稀少地区:1000千伏交流特高压线路则不然,80%以上将穿过华北、华中和华东的众多城镇等人口密集地区并多次跨越大江大河。

三、运输成本

铁路运输成本以既有的大秦线作为参考。目前,大秦线煤炭运输基价为:基价1(9.3元/吨) 基价2(0.0751元/吨.公里)×运价公里,加上征收铁路建设基金(0.033元/吨.公里)和电气化附加费(0.012元/吨.公里),大秦线煤炭铁路运费合计为87.6元/吨;运费之外的杂费合计约37元/吨左右,大秦线煤炭铁路运杂费合计为125元/吨左右。港杂费约25~27元/吨,海运费约45~50元/吨,合计煤炭运费195~205元/吨。折合到每一千瓦小时电力所需费用,约为0.08~0.1元。

1000千伏交流特高压的运输成本,尚未见到国家电网公司的计算资料,只在一次汇报中提到以两地上网电价之差作为输电费用,约为每千瓦小时6分钱。而实际上,目前三峡到上海、天生桥到广州的直流输电费用,为每千瓦小时8分到一毛钱,这与煤炭铁路运输的折合成本基本相当。

但是,铁路具有规模经济的特点,其一条线的运量即可达到2.0~2.3亿吨/年,通过提高运力、改善经营,降低运输成本还有很大潜力;而将2.0~2.3亿吨的煤炭就地转化为输电容量约1亿千瓦的电力,并用1000千伏特高压线路输送到华东、华中、华南各省市,无论如何-回是不够的,需要20-34回左右的线路,其输电成本随造价增加而增加,且特高压线路输电成本无多少潜力可挖。所以,远距离输电的成本必将高于输煤成本。

四、能量消耗

2005年大秦线年运量达2亿吨,实际总耗电量约20.86亿千瓦小时,即每运1吨煤需耗电10.43千瓦小时。而一回1000千伏交流特高压线路,其线路损失按5%计算,每年输送电量按225~250亿千瓦小时计算,其每年的输电损失将达11.25~12.5亿千瓦小时。

可见,一回相当于年输送1000万吨煤炭的1000千伏交流特高压线路的能量损耗,已经是一条运量2.0~2.3亿吨/年的铁路能源消耗量的1/2,而20-34回1000千伏交流特高压线路的能量损耗,则相当于输送当量煤炭铁路能量消耗的10-20倍。

五、环境污染

国家电网公司领导提出:“煤炭长距离运输……,不但运力瓶颈问题难以解决,资源浪费、环境污染问题也十分突出”,国网公司系统某研究院提出“特高压输电是环境友好型技术”。

业内专家曾研究特高压交流输电所产生的工频电场对人体的影响,按我国对500千伏以下输电工程环保标准规定,邻近民房的地面电场强度不大于4千伏/米。据此计算,1000千伏交流特高压线路走廊宽度,只需要100米或81-97米就能满足要求。而-些专家、院士已经提醒:国外对人身感受电场强度限度已规定为1千伏/米,超过1千伏/米认为不符合环境保护要求。有些国家如美国、意大利等认为1000千伏交流特高压产生的工频电场,不能达到这个要求,已经放弃研究特高压输电技术。而我国仍沿用过去500千伏以下电压输电的环保标准是否适当值得研究。

国家电网公司认为,远距离送电可以减少华东、华中、华南等地区S02和C02的排放量,减轻该地区的环保压力。但是在“三西”建设火电厂,同样要增加宁夏、内蒙、山西的S02和C02的排放量,同样要加重这些地区巨大的环境压力。

所以,特高压输电网不仅不是“环境友好型技术”,甚至可能造成较严重的环境污染和影响。相比之下,修建第三通道对环境的影响,要比特高压国家电网对环境的影响小得多。

六、安全保障

国家电网公司领导在《加快建设坚强国家电网,促进我国经济可持续发展》一文中提出:“……电网越坚强,覆盖范围越广,越有利于能源优化配置的规模和效率”。

首先要研究什么是坚强的国家电网?建设“特高压国家电网,实现能源资源优化配置”是不是电网建设的根本目标和任务?国际、国内的业内专家都知道:保证电源和电网安全稳定运行是电网建设的第一任务。美国、加拿大、俄罗斯、日本、意大利、西班牙等国家从上世纪七十年代就开始研究特高压输电技术,历经四十余年至今,仅有俄罗斯和日本各建设有一条特高压交流输电工程,且长期降压运行。近三四十年欧洲、北美等地发生的十几次大面积停电事件的教训是,交流电压等级越高,覆盖范围越大,越存在巨大安全隐患,联系紧密的特高压交流电网某一局部甚至某一部件发生破坏,就会将事故迅速扩大至更大范围。不仅在战时,而且在平时,电网很容易遭遇台风、暴雨、雷击、冰凌、雾闪、军事破坏等天灾人祸,会将事故迅速蔓延扩大。因此,要保证电网安全运行,必须在规划、设计、建设、运行中研究电网结构,要按“分层分区”原则实行三道保护。迄今为止,没有哪一个国家要建设特高压国家电网,电力专家们提出未来的电网结构的发展方向是:直流远送,网间稳控,优化结构,加强区域受端电网。国家电网公司领导提出建设“特高压国家电网”的目标是实行能源资源优化配置,而将保证电网安全的目标置之不顾,这是舍本求末的战略。

建设“特高压国家电网”无论是“六纵四横”也好,一纵几横也好,将各大区域电网紧密连接起来,能否保证电网安全运行,并没有经过充分论证,而盲目将华北、华中、华东等区域电网用特高压紧密联结起来,将隐埋着巨大的安全隐患。在现代战争中,首先被打击的目标是电网,科索沃战争就是例子;在平时,天灾人祸也会频繁发生,用特高压紧密相连的国家电网将祸害不断,“特高压电网”能成为“坚强国家电网”吗?与之形成鲜明对照的是,遍布全国的铁路网,经过国际、国内百余年的运行经验证明,无论在战时或平时,当遭遇天灾人祸时能迅速抢修恢复运行。实践证明:它是炸不断、打不烂的钢铁运输线。

七、综合利用

铁路运输是能发挥最大综合利用效益的运输系统,平时可供民用,战时又能军用;既能运货,又能运客。第三通道虽主要作为煤炭运输线路,但亦可同时运输其他品类的货物,并且能够起到为大秦线分流的作用,从而完善北通路的路网结构,提高整个北通路煤炭运输网络的可靠性。而特高压国家电网只能单一输送电力,即使能起到水火互济、削峰填谷、事故备用等效果,但这种作用主要应由区域电网来担任,而不需要由特高压国家电网宋担任。至于建设“特高压国家电网”可以形成全国统一电力市场,这种说法也属无稽,因为并不需要投入巨资,又没有安全保证,通过隐埋巨大隐患的“特高压国家电网”去建立电力交易量不可知的所谓全国统一电力市场,而建立区域间少量的、适当的相互支援和交易并不需要“特高压国家电网”。

八、社会效益

俗话说,“火车一响,黄金万两”,铁路运输的社会效益是显而易见的。“北煤外运系统研究”指出,如果将北通路煤炭运输成本降低1/4,则可以推动华东、华中、华南GDP增长1~2%。而“特高压国家电网”在线路建设过程中将遭遇到地方政府和百姓的阻力,在运行过程中不仅会增加输电成本,提高电价,更重要的是很容易发生意想不到的事故,-旦出现全国性大面积停电的重大事故,将破坏社会安全稳定,其经济损失也无法估计。

综上所述,建设一条运力达到2.0~2.3亿吨/年的运煤第三通道,可以代替建设约20~34回1000千伏交流特高压线路。两相比较,建设“特高压国家电网”的投资至少是第三通道的2.4倍,甚至达到4倍以上;线路走廊的占地宽度约为第三通道的45~77倍(双回)或90~153倍(单回);由于线路多,特高压电网的输电成本将大于第三通道的输煤成本;特高压电网的能量消耗是第三通道的10~20倍。而且,特高压电网会造成严重的环境污染,存在巨大的安全隐患,一旦发生事故,将会造成严重的经济损失,此外,其本身的综合利用程度低,社会效益微薄。因此,相比于特高压国家电网,建设运煤第三通道显然是实现我国能源资源配置和调度的更优选择。希望有关政府主管部门在进行投资决策时充分考虑到这一点。

作者简介:陈望祥。知名资深电力专家,原中国电力联合会秘书长,中国投资协会常务理事,中国投资协会能源研究中心副理事长。

来源:中国能源网
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