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电力系统规划与可靠性电气工程学院电力信息与控制研究所张莲梅武汉大学电气工程及其自动化专业选修课(第4专题:电源规划)电源规划概述电厂容量的选择电源规划数学模型电力市场环境下的电源规划概述电源规划的任务及分类电源规划的投资决策原则电源规划的经济评价方法电源规划的任务及分类【任务】对电力系统电源布局进行策略研究，其任务是根据规划期内预测的负荷需要量，通过电力电量平衡得到需新增的发电容量，在满足负荷需要求并达到各种技术指标的条件下，确定在何时、何地新建（或新增）何种类型、何种规模的发电厂（或机组），使规划期内电力系统能安全运行且投资经济合理。【分类】按规划期长短分类：短期电源规划、中长期电源规划。短期电源规划:考虑未来1～5年的发展情况，规划的具体内容包括：确定发电设备的维修计划。分析推迟或提前新发电机组投产计划的效益。分析与相邻电力系统互联的效益及互连方案。确定燃料需求量及购买、运输、存储计划。中长期电源规划：考虑10～30年的发展情况，解决以下问题：何时、何地扩建新发电机组。扩建什么类型及多大容量的发电机组。现有发电机组的退役及更新计划。燃料的需求量及解决燃料问题的策略。采用新发电技术（如太阳能发电）的可能性。采用负荷管理系统对系统电力、电量平衡的影响。与相邻电力系统进行电力交换的可能性。电源规划的投资决策原则电源规划与系统负荷预测、电力电量平衡、发电厂厂址选择、发电机组类型和规模、燃料来源及其运输条件、水库调节、系统运行、电力网络规划和各种技术经济指标的选择等一系列问题密切相关，这就决定了其决策过程必须与多个部门配合，因此是一项繁琐而艰巨的任务。由于电源规划的投资规模大、周期长，对国民经济的发展影响大，因此在制定电源规划方案时，必须遵循一定的原则：电源规划的投资决策原则原则：①参与经济计算和比较的各个电源规划方案必须具有可比性。②必须确定合理的经济计算年限，比较方案的计算年限要一致（采用年费用最小法时可不一致）。③确定合理的经济比较标准。④在投资决策中，各项费用和收益，如建设期的投资、运营期的年费用和效益，都要考虑资金的时间因素，并以同一时间为基准。⑤决策过程必须统筹兼顾国民经济的整体利益，与相关部门密切配合。电源规划的经济评价方法【意义】电源规划方案的经济评价是电源规划中不可缺少的环节。【目的】根据国民经济整体发展战略及地区发展规划的要求，计算各方案的投入费用和产出效益，进行多方案的技术经济比较，进而从中选择对国民经济发展最有益的方案。【惯例】对于各种可行的电源规划方案，通常认为有相同的经济效益，因此在满足负荷需求和各种约束条件下及技术经济指标下，总投入最小的方案就是最经济的方案。【投资分摊】如果某个方案除了满足发电效益以外，还可带来其它利益，则可以采用投资分摊或计入方案费用的方法进行比较。电厂容量的选择【目的】确定每个拟建电厂的建设规模，是下一步做系统电源规划方案的基础。【主要内容】：影响电厂容量的主要因素水电厂装机容量选择热电厂容量选择抽水蓄能式电站容量选择凝汽式电厂容量选择影响电厂容量的主要因素规划地区（即电厂供电地区）负荷的影响动力资源条件的影响厂址条件的影响系统规模的影响设备规模及供应条件的影响影响电厂容量的主要因素【规划地区（即电厂供电地区）负荷的影响】负荷大小的影响。负荷需求的大小决定了建设电厂的总容量。负荷分布的影响。负荷比较集中的地区适宜建大电厂，而负荷分散的地区则可考虑减小规模电厂。负荷方式的影响。对于宜带尖峰负荷的水电厂来说，如果地区负荷峰谷差大，尖峰负荷较高，则在相同保证出力下可以多装机，容量可以选得大些，以充分发挥水电的效益。对于热电厂来说，如果热负荷在年内比较均衡，年最大负荷利用小时数较高，则热电厂的容量可以选得大些，以便获得较多的热化电能。负荷增长速度的影响。大容量电厂采用大机组，适应负荷迅速增长的能力强。因此负荷增长迅速时，有利于大容量电厂的兴建。影响电厂容量的主要因素【动力资源条件的影响】资源条件对电厂容量影响很大，对水电厂它起决定件的作用，对火电厂它也有一定影响。对燃料供应方便而又可靠的坑口电厂容量可以选得大些，对建在负荷中心、远离矿区的电厂则燃料供应条件是影响电厂规划容量的因素之一。【厂址条件的影响】火电厂的厂址条件主要指供水、煤场、灰场、交通运输条件、地质地形、环保要求等条件。它们往往对电厂容量影响很大。水电厂的厂址条件，如坝址的地质条件、库区的移民问题、坝址地形及施工条件、水利枢纽布置及输电线路可行路径条件等也对其电厂选址和电厂容量起很大的作用。影响电厂容量的主要因素【系统规模的影响】当电厂联人系统时，系统规模越大，负荷需求越大．则在满足同样可靠性要求前提下，电厂的容量可选得大些。因为大电厂可以采用大机组，效率较小机组要高。若果采用大机组可以满足系统的可靠性要求，则它在经济上就是合理的。一般来说，电厂的最大容量不越过系统的总事故备用为宜，单机容量以不大于系统最大负衡的10％为宜。【设备规模及供应条件的影响】电厂容量大小与装机台数及单机容量大小有关，一个电厂的机组台数不宜过多，如果单台机组容量较小，则电厂的容量也较小。在规划电厂容量时应根据系统规划及设备规范选用合理的机组容量，并确定电厂容量。水电厂装机容量选择水电站的装机容量由其最大工作容量GP、备用容量BP和重复容量chP组成，即GBchPPPP因此，确定水电站的装机容量，就是要合理确定其工作容量、备用容量和重复容量。1）最大工作容量的确定设计水电站与现有电站一起担负系统最大负荷时该水电站发出的有功功率即称为该设计水电站的最大工作容量。水电站的调节性能对它的最大工作容量起决定性作用。水电厂装机容量选择（1）无调节水电站工作容量的确定无调节水电站即径流式水电站，它只能承担电力负荷的基荷部分。在设计枯水日，它以不变的保证出力工作，其最大工作容量等于保证出力，计算式为09.81GBshseseNNQH式中：0BN为水电站保证出力（kW），sh为水电站综合效率（%），seQ为设计枯水日平均流量（2/ms），seH为设计枯水日平均水头（m）。水电厂装机容量选择（2）日调节水电站工作容量的确定日调节水电站，它在一日内可以按负荷需要调节径流量，可承当电力负荷的峰荷部分。在设计枯水日，水电站的平均出力即为它的保证出力0BN，相应的日保证电量为0024BBWN利用0BW与系统日负荷曲线就可以确定水电站的最大工作容量GN。设日调节水电站由于航运、灌溉等用水需要而保证的水流量为JQ，这部分出力应承担基荷部分，水电站的基荷出力为9.81JshJseNQH故水电站可以在峰荷工作的日电量为024()fBJWNN水电厂装机容量选择此时，水电站的工作容量有基荷容量及峰荷容量组成GfJNNN式中fN是按fW在日负荷累计曲线上累积求得的峰荷容量。（3）年调节水电站工作容量的确定年调节水电站也同时进行日调节，所以参加电力系统运行的年调节水电站最大工作容量的确定方法基本上和日调节水电站一样，但其用于设计枯水日的保证电量为0024BBWkN式中k为考虑一周内负荷不均匀的库容调节系数，1.1~1.3k。水电厂装机容量选择2）水电站重复容量的确定重复容量的设置需要经过一个详细的技术经济论证，以便求得一个最佳的重复容量值。在水电站设置重复容量，就要增加投资成本。另一方面，随着重复容量的增加，弃水现象减少，水电发电量增加，季节性电能收益增加。但季节性电能的增加并不是与重复容量的增加成正比例的，故重复容量增加到一定量以后，在加大重复容量的投资不能以季节性电能增加所节约的燃料费用来补偿，就不经济了。所以重复能量的设置要在增加投资和季节性电能所带来火电燃料节约值间权衡，求一个经济效果最佳的重复容量方案。水电厂装机容量选择设水电站设置重复容量chN，平均每年工作时间为Jh，相应的年发电量chchJWNh，则每年可节约燃料费用现值为tchSbW式中：为发水电一度可代替火电度数的系数，一般取1.05，b为代替火电每度的燃料费用。重复容量投资费用每年的年费用现值为()(1)(1)1chchbchnbnSkXNiiXi式中：chk为重复容量单位千瓦投资费用，bX为资金回收系数，i为标准折算率，n为使用年限，为重复容量的运行费率，一般为5%～8%。设置重复容量设置的经济条件为()chbchJchkXNbhN由此可求得重复容量的临界经济利用小时数为()chbJkXhbJh的临界值便决定了水电站装设重复容量的上限。对于年调节以下的水电站，均可利用Jh值在重复容量年持续时间曲线上求出适宜的重复容量值。具体做法是将水库调节计算中全部水文年份各种弃水流量的历时总加起来，除以总年数，得到各种弃水流量的平均持续时间曲线()qQft，如图水电厂装机容量选择tqQ然后再将弃水流量曲线换算成弃水出力持续曲线（按9.81NQH计算），这种弃水出力就是装设相应重复容量所能获得的额外出力，一定出力以下的面积就是该出力季节性电能的年平均值，再除以该出力即得其利用小时数，这样可求出重复容量——利用小时曲线()chNfT，如图利用求出的重复容量经济利用小时数Jh，可以在图中求出应设置的重复容量大小chN。若电力系统进一步发展而负荷规模扩大时，或者在设计水电站上游修建梯级电站而使其调节流量及保证出力增大时，则本水电站的重复容量可部分或全部转变为工作容量。水电厂装机容量选择TchNchNJh3）水电站备用容量的确定由于水电站工作可靠，启动及增减负荷迅速，在变动负荷下工作时能耗较小，且其补充千瓦投资也比火电站小，所以水电站宜于担任系统的事故备用及负荷备用。水电站所担负备用容量的大小与系统结构及水电站本身水力资源利用情况有关。在水电比重大的系统中，备用可在各水电站间适当分配，各水电站担负的备用容量就会小一些。远离负荷中心的水电站也不宜担负过大的备用容量，以免造成输变电设施建设费用的浪费及事故下系统稳定条件的恶化。在存在重复容量时，特别是重复容量较大的水电站不宜再担负较多备用容量，因为在平时重复容量可以起到备用作用，而在洪水期重复容量投入运行后，系统的备用可以转移到火电机组上去。水电厂装机容量选择若系统年负荷曲线低谷部分的检修面积足够大，可以安排开所有设备的检修，则系统不需要另外配置检修备用。水电站的检修应避开系统高峰负荷期和丰水期。如果检修面积不够或安排不开，就需要设置检修备用。当水电站担负负荷备用及系统的事故或检修备用时，需要有专门的备用库容以保证其电量；水电站只担负本厂的事故及检修备用时，可以不设备用库容。水电厂装机容量选择要确定热电厂的装机方案，需要解决地区集中供热系数的选择及集中供热负荷的分配，电厂热化系数的选择及其经济容量，热化机组型式的选择等问题。地区集中供热系数的选择集中供热系数:地区总热负荷中由集中供热（包括热电厂、区域锅炉房）供应部分的比重注意：集中供热系数并不是越接近1越好，因为总有一部分过于分散又较小的热负荷是不宜于联入热网的，若将它们联入热网会导致供热网的费用大大高于集中供热的效益。热电厂容量选择TCCTQQ式中：TCQ为年集中供热量，TQ为年供热总量。集中供热负荷分配：可以是由一个热电厂提供，也可以是几个热电厂共同分担或者加上部分区域锅炉房供热。当热负荷大且分布广时，有多个热电厂共同分担更为经济合理，因为热网建设费用对热电厂的的经济供热范围起决定性的作用。涉及到多个热电厂分担供热时，要进行两方面的分析比较。热电联产与热电分产的方案比较，其中热电联产即热电厂既供热又供电，热电分产即为凝汽式电厂加区域锅炉房，一般利用比较开支现值大小的方法对联产和分产的方案做出选择。热电厂容量选择热电厂的经济容量的选择，即确定热电厂经济合理的热负荷量，使其单位供热能力所需的计算费用为最小。因热电厂容量越大，则单位供热所需的投资及运行费低，但容量大、供热集中，则热网的建设及维护费用也大，这两方面综合权衡，就可以找到热电厂的经济容量的范围，如图图中：1-热网费用曲线，2-热电厂费用曲线，3-总