基于城市對稱分布格局理論的電力消納新增長點分析

任愛武，龔和平，王 奎，郭萬偵

(水電水利規劃設計總院，北京100120)

基于城市對稱分布格局理論的電力消納新增長點分析

任愛武，龔和平，王 奎，郭萬偵

(水電水利規劃設計總院，北京100120)

電力消納的實質是電力市場空間的分配，城市發展格局的內在則是空間布局的不斷分割，兩個空間容量之間相互制約和關聯。通過電力消納空間格局分析，基于城市化對稱發展格局理論，結合我國城鎮化發展的大趨勢，分析城鎮化發展與電力消納的關系，探討電力市場可能存在的潛在的消納空間，尋找電力消納新增長點，為解決電力消納問題提供參考。

電力消納；增長點；城市化；對稱分布理論

1 水電消納現狀

近年來，我國水電發展迅猛。由于西南地區水電分布的自然情況，水電機組所建地區較為集中，加之目前供電調峰能力差，大量水電存在無法本地消納的問題[1- 8]。據國家能源局最新發布數據顯示，2015年底全國水電裝機容量3.2億kW，設備平均利用小時3 621 h，同比降低48 h。與2014年相比，一半省份水電設備平均利用小時同比下降。其中，云南、四川兩省尤為突出。雖然此前電網多次規劃對各級外送通道進行加強，但由于水電消納市場涉及各省、地方政府、電網公司之間的利益分配，各方的電源送電方向、消納方案不統一，導致外送電源輸送通道建設不及時，進而造成水電開發增長速度遠超過當地負荷發展速度及各省內電力市場消納能力增長速度。因此，當前乃至今后“十三五”期間，全國范圍內汛期棄水現象將持續存在，且有繼續擴大的趨勢，研究拓寬電力消納市場問題迫在眉睫。

目前，對于電力消納措施的研究主要集中在體制改革和消納體系建立等方面，研究的措施主要包括拓展消納空間，保障外送電量和合理電價；外送通道建設及利用；優化出力特性與調度等方面[9-15]。從長遠來看，優化電源結構，改善系統調峰能力，提高系統的水電接納能力，可以從根本上改變電力的消納形勢。但目前，四川、云南兩省電力消納形勢極其嚴峻，而且在經濟新常態下，廣東等沿海特大城市的吸納能力也在減弱。如何打開新的銷售渠道，擴寬消納空間，是解決西南幾個水電大省電力消納的當務之急。

本文嘗試從城市化格局發展和調整的角度，采用城市發展的對稱分布理論，分析預測電廠周邊可能存在的未來即將發展起來的大城市，并結合國家和地方的長遠發展規劃，拓寬消納渠道，打造電力消納新增長點。

2 城市格局與電力消納關系分析

2.1 城鎮化進程

城鎮化是現代化的必由之路。進入21世紀以來，國家一直高度重視城鎮化的建設。2002年～2011年，我國城鎮化率以平均每年1.35個百分點的速度發展，城鎮人口平均每年增長2 096萬人，2012年我國城鎮化率為52.27%。中共十八大報告明確，堅持走中國特色新型工業化、信息化、城鎮化、農業現代化道路，推動信息化和工業化深度融合、工業化和城鎮化良性互動、城鎮化和農業現代化相互協調，促進工業化、信息化、城鎮化、農業現代化同步發展。2013年11月召開的十八屆三中全會明確，要完善城鎮化健康發展體制機制，堅持走中國特色新型城鎮化道路，推進以人為核心的城鎮化，推動大中小城市和小城鎮協調發展、產業和城鎮融合發展，促進城鎮化和新農村建設協調推進。國家新型城鎮化規劃(2014年～2020年)提出常住人口城鎮化率達到60%的發展目標，努力實現1億左右農業轉移人口和其他常住人口在城鎮落戶。伴隨著城鎮化進程的不斷推進，大量的農業人口進入城鎮，相應的交通、供水、教育等基礎設施和結構需要增容。其中，電力增容也將是其中最為關鍵的一項。

2.2 城市發展對稱分布理論及應用

20世紀30年代，德國地理學家克里斯塔拉提出關于城市分布的“中心地”理論。40多年后，他的理論受到我國地理學家的普遍關注。中國科學院地質與地球物理研究所葉大年院士受到啟發，開始關注城市分布的理論問題。經過近20年的研究，提出了我國城市發展的對稱分布理論[16-17]。城市化對稱分布理論認為：我國的城市格局是沿著主要交通干線和重大水系是對稱分布的，如湖南、江西兩省的城市分布(見圖1)。從圖1中可以明顯看出，以武漢和羅霄山為對稱軸，湖南、江西兩省的城市分布呈近乎完美的對稱形態。

圖1 湖南、江西兩省對稱分布

根據城市對稱分布理論，可以把城市的對稱性和分形性結合起來稱為坐標紙結構。大、中、小城市各有自己的格子。坐標紙結構里有不同級別的城市空白區和城市密集區(即城市群)。空白區里意味著可能有新的城市崛起，密集區孕育著城市群的形成。按照這個原理，就可以對即將崛起的城市進行研究和預測。根據這一理論，葉大年院士曾經預測一些城市必將崛起，如贛州、懷化、通遼、赤峰和阜陽等，這一預測分析結果受到了中央和各級地方政府的高度重視。

2.3 城市分布格局與電廠分布的關系

我國地域遼闊，能源資源和生產力分布不均衡。水力資源和煤炭作為我國發電能源供應的2大支柱，“北煤西水”的能源格局比較明顯。東部沿海地區和中南地區國民經濟持續快速發展，導致能源生產地區與消費地區之間距離越來越大。在這種能源分布特點下，如果要通過城市分布格局進行電力消納新增長點研究，那就必須先回答一個基本的問題，即電力消納空間分布與城市格局之間是否存在必然的相互關聯。

(1)幾何相似性分析。我國電廠分布見圖2。百萬等級的大城市分布見圖3[16-17]。比較圖2和圖3可以明顯看到，電廠分布和大城市的總體布局形態非常相似，總體呈以胡煥庸線(又稱璦琿—騰沖線)為東西分界的紡錘狀，胡煥庸線以西方向為紡錘的把柄，錘頭為我國的東部省區。顯然，受水系和交通以及地形等多方面因素的影響，形成了我國目前的城市格局，而城市的格局又在一定程度上影響了電廠的整體分布形態的形成，兩者之間存在一定的聯系。

圖2 我國電廠分布

圖3 百萬等級的大城市分布

(2)空間相關關系分析。根據城市化對稱分布理論，城市的發展必然要受到空間的限制，呈格子化分布是城市發展的必然趨勢。因此，目前我國大城市總體分布形態是發展的必然結果。對于電廠的分布，從輸電技術的角度，輸送距離已經不是電力輸送的制約因素，建設條件應該是電廠分布的關鍵。電廠主要圍繞在城市周圍，顯然，電廠建設空間分布與城市的空間形成之間必然存在共同的制約因素，從而引導了整個空間向相似性的方向發展。

(3)電力消納空間問題分析?？紤]到輸送距離以及電網的架設成本，電力的輸送目標應在規劃階段就是固定的。但在實際運行過程中，受電端和供電端的供需失衡必然會產生。因此，在輸入和輸出之間需要有一個彈性的消納空間，這就是電網的作用。從空間分布的角度，電力消納問題的產生來自于電網覆蓋空間與城市消納空間的對接問題。電廠的分布、城市的分布鎖定了電網的輸入和輸出，電網則是整個對接的中間過程，就像肚子。這是一個復雜的系統工程。對于目前存在的消滯問題的解決，既不能單獨要求無論什么都由電網吞下去，也不能讓輸入端長期處于消滯狀態，需要通過系統管理和空間對接等多措并舉。

3 電力消納的城市化視角對策分析

從長遠來看，加快電力系統的體制機制改革，推進消納體系的建立是標本兼治的良方。一方面推進外送通道的建設，拓展電力外送的空間；另一方面提升水電電價競爭力，加快推進電能替代，同時優化出力特性和調度，加快調蓄水庫建設，提高季調節調蓄能力。這是一個長期的調整和建設過程。從近期來看，面對國內緊迫的電力消納形勢，應在長遠發展的基礎上，從管理建設和空間開拓等方面并行開展工作。

3.1 構建電力市場利益相關方溝通協調機制，推動電力供給的合理分配

(1)建立統一的電力消納協調機制，提高溝通協調效率。電力消納市場涉及國家電網、發電廠、地方政府、普通用戶等各方利益，利益的調配和均衡是一個極其復雜的過程，需要建立有效的電力市場利益相關方重大問題的溝通機制。對于電力消納中存在的配額分配、汛期電力消納等重大問題及時進行溝通協調，確保政策措施確定的針對性。同時，我國水電主要集中在以云南、四川為中心的西南地區，地理位置非常集中，電廠之間難免存在供電大戶競爭。應該建立電力消納互助聯盟，合理分配省際電廠間電力供給配額，減少市場惡性競爭，引導形成良性的電力消納市場環境。

(2)加強行業間供電配額分配趨勢研究，推動行業間供電配額合理分配。目前，火電的供電配額仍然遠高于可再生能源。這一能源結構形勢的長期存在，在一定程度上限制了可再生能源的發展。在低碳、環保這一全球共同發展理念下，降低火電配額、提高可再生能源的占比是我國能源結構的必然趨勢。應銜接電力“十三五”規劃布局，結合我國能源結構調整的發展趨勢，細化供電配額可能調整計劃，及時關注利益相關各方的政策變化，提前應對。盡快提出在整個系統安全、穩定運行的基礎上，加快推進分配額度的調整，鼓勵新能源行業的發展，提出實現我國能源結構健康有序發展的對策和方法。

(3)鼓勵發電端與用電端的多渠道對接，拓寬消納空間，提高消納能力。以我國城鎮化進程和電力體制改革的政策為基礎，挖掘可能存在的用電消納群體，尤其是對于存在崛起空間和機遇的革命老區、少數民族地區、邊遠地區，可結合目前扶貧攻堅戰略，開展汛期優惠電量支援，一方面為脫貧攻堅助力；另一方面解決汛期消納空間不足的難題。同時，鼓勵發電端與用電端直接對接，優化集中式和分布式供電形式的搭配組合，提高電力消納的靈活機動能力。

3.2 結合城市化發展的趨勢，提前布局，構建電力消納的新增長點

(1)盡快開展可能存在的電力消納新增長點的研究。城鎮化進程必然會推動城市分布格局的重建，電力網絡作為城市格局中關鍵的一部分，必然會受到城市化進程的影響。電力消納的利益相關各方宜盡早開展類似城市化對稱發展理論的電力消納空間開拓等課題的研究工作，并根據相應的分析預測成果，提前對電力消納進行規劃和布局，有利于在嚴峻的電力消納市場競爭中把握市場先機。

(2)加快開展汛期優惠電價的供電形式研究。對于潛在的消納空間，尤其是革命老區、少數民族地區、邊遠地區等貧困地區，可銜接這些地區的經濟發展規劃，加大區域龍頭產業扶持力度，鼓勵這些地區加大汛期用電，通過汛期優惠電價等形式體現電力支持力度，推動這些地區的快速發展。同時，對于選點在邊遠地區的航空探測、地殼深部監測等重大基礎設施項目，可銜接建設工期，充分發揮水電等項目的穩定供電優勢，靈活供電形式，爭取加大汛期電力消納。

(3)盡早開展可再生能源體系間的合理供電布局研究。電力配額調整過程同時也是能源體系重建的過程。因此，應加強水電、風電、光伏、生物質等可再生能源開發布局研究，加大規劃投入力度，優化布局，統一調配，在盤活存量的同時，保證適度增量，保障這些工程項目的合理有序上馬。統籌兼顧近期電力消納困局與電力格局的長遠發展，多措并舉，統一協調，形成合力，共同打造一個健康、持久、充滿活力的能源供給體系。

4 結 語

本文基于城市化對稱發展格局理論，對電力消納空間進行了分析，得出以下結論：

(1)電廠建設空間分布與城市格局之間存在較好的幾何相似性，證明電廠分布和城市布局之間存在共同的制約因素，從而引導了整個空間向相似性的方向發展。

(2)對于目前存在的水電消納難題，要統籌兼顧發電端和輸電端的共同利益，既不能強制電網一切照單全收，也不能讓輸入端長期處于消滯狀態。需要通過系統管理和宏觀調控等多措并舉，實現電力供給空間和城市分布空間的對接。

(3)從長遠看，加快電力系統的體制機制改革，推進消納體系的建立是標本兼治的良方。一方面推進外送通道的建設，拓展電力外送的空間；另一方面提升水電電價競爭力，加快推進電能替代，同時優化出力特性和調度，加快調蓄水庫的建設，提高季調節調蓄能力。從近期看，面對國內緊迫的電力消納形勢，應在長遠發展的基礎上，從管理建設和空間開拓等方面并行開展工作。同時，也應盡早鼓勵開展可再生能源體系間的合理供電布局研究工作。

[1]蒲開元. H發電公司市場營銷策略研究[D]. 大連： 大連理工大學, 2015．

[2]余競雄. 電網負荷需求分析[J]. 北方能源統計, 2014(3)： 86．

[3]韓海強. 中發9號文新一輪電改解讀[J]. 電力產業半月刊, 2015(12)： 32- 33．

[4]華夏, 羅凡, 張建華, 等. 促進新能源消納的自備電廠發電權交易模式可行性探討[J]. 電力系統自動化, 2016, 40(12)： 200- 205．

[5]程春田, 勵剛, 程雄, 等. 大規模特高壓直流水電消納問題及應用實踐[J]. 中國電機工程學報, 2015, 35(3)： 549- 560．

[6]董永平, 何世恩, 劉峻, 等. 低碳電力視角下的風電消納問題[J]. 電力系統保護與控制, 2014, 42(5)： 12- 16．

[7]康重慶, 陳啟鑫, 夏清. 低碳電力技術的研究展望[J]. 電力技術, 2009, 33(2)： 1- 7．

[8]金曉東, 史大軍. 金沙江上游水電在華東電網的落點及電力消納研究[J]. 能源技術, 2012, 30(z)： 113- 115．

[9]李林之. 龍灘水電站電力市場及電力電量消納研究[J]. 紅水河, 2000, 19(4)： 3- 7．

[10]葉楊, 張平, 黃海濤. 糯扎渡水電站電力電量消納及輸電方案研究[J]. 水力發電, 2005, 31(5)： 8- 10．

[11]馬振波. 三峽電力營銷問題的研究[D]. 重慶： 重慶大學, 2003．

[12]楊林, 葛毅, 南開輝, 等. 受端電網消納區外電力規模的關鍵影響因素研究[J]. 江蘇電機工程, 2016, 35(3)： 21- 24．

[13]鐘勝, 丁堅勇. 四川外送電力在華中電網的消納研究[J]. 電力技術經濟, 2003(1)： 48- 49．

[14]楊家興. 小灣水電站電力市場和輸電方案概述[J]. 水力發電, 2004, 30(10)： 19- 20．

[15]虞萍. 云南“十二五”電力消納問題探討[J]. 現代經濟信息, 2011(24)： 318- 320．

[16]葉大年. 城市的對稱分布與中國城市化趨勢[M]. 合肥： 安徽教育出版社, 2011．

[17]葉大年. 城市的對稱分布[J]. 科學中國人, 2012(6)： 36- 39．

(責任編輯 楊 健)

Analysis on New Growth Points of Electric Power Consumption Based on the Theory of Urban Symmetrical Distribution

REN Aiwu, GONG Heping, WANG Kui, GUO Wanzhen
(China Renewable Energy Engineering Institute, Beijing 100120, China)

The essence of electricity consumption is the distribution of electricity market space, and the inherent pattern of urban development is a process to change the spatial layout of city. There is a mutual restraint and association between two space capacities. Based on the theory of urban symmetrical distribution and the trend of urbanization development in China, the electricity market space is analyzed, and the relationship between urbanization and electric consumption is also analyzed. The potential consumption space of electricity market is discussed and new growth points of electric consumption is searched for providing a reference to solve the problem of electricity consumption．

power consumption; growth point; urbanization; symmetric distribution theory

2016- 12- 10

任愛武(1980—)，男，河南欒川人，高級工程師，博士，主要從事移民工程與地質工程的交叉研究工作．

F426.61

A

0559- 9342(2017)08- 0104- 04