魏晓霞，张晋芳，黄瀚
（国网能源研究院，北京 102209）
摘要：通过对能源供应格局的分析，确定俄罗斯远东西伯利亚地区能源综合利用方式，对提高能源利用效益．具有很好的参考价值。研究了俄罗斯远东西伯利亚地区水能、煤炭及油气资源蕴藏状况，总结了煤炭、油气、火电、水电开发现状和开发潜力。综合考虑能源安全性、经济性、清洁性和高效性4个方面能源发展特征，给出了考量能源供应格局的指标体系，构建了能源供应格局体系模型，并基于全球能源互联网发展格局以及北半球能源互联设想，结合俄罗斯远东西伯利亚地区的资源数据，进行了能源供应体系实证分析。
关键词：全球能源互联网；供应格局；开发潜力
0引言
世界范围内存在的能源供需矛盾，客观上需要跨洲、更大范围的资源优化配置。风能、太阳能等可再生能源发电进入规模化发展阶段，电网互联规模和资源配置范围也将进一步扩大，以促进可再生能源的大范围消纳与高效利用。未来，俄罗斯远东西伯利亚地区丰富的可再生能源资源开发，可为实现跨洲、更大范围的能源电力资源优化配置提供重要参考。
通过对能源供应格局的分析，确定俄罗斯远东西伯利亚地区能源综合利用方式，可为提高能源利用效益提供参考。
1 俄罗斯远东西伯利亚地区的能源资源情况
1.1 水资源
俄罗斯远东西伯利亚地区水电资源丰富，潜力巨大。
西伯利亚地区江河、湖泊众多，拥有鄂毕河、叶尼塞河世界著名大河。西伯利亚的水电资源占俄罗斯的50%。据测算，如果在鄂毕河、额尔齐斯河、叶尼塞河和安加拉河上建造电站，可发电约4 000亿kW．h。远东地区共有河流约1.7万条，长度超过1 000 km的河流有13条。远东地区的河流落差大．流速快，具有较好的水电开发价值，水力资源潜能总量为年均1 139亿kW．h，占全俄水能资源的42%,经济可开发总量为年均6 840亿kW-h。
1.2煤炭
俄罗斯煤炭储量极其丰富，其探明可采储量位于美国之后，排名世界第2位。据BP2011数据显示，截至2010年年底，俄罗斯探明剩余储量1570.1亿t．潜在储量达4 450.7亿t．占全球的18.2%．其中，无烟煤和烟煤491亿t、亚烟煤和褐煤1 079亿t。据2013年产煤3.52亿t计算，俄罗斯储采比为446年，居世界第1位。从资源分布来看，俄罗斯煤炭资源地区分布极不平衡．90.00%分布在俄罗斯的亚洲部分（西伯利亚和远东地区），欧洲部分储量较少，如表1所示。
西伯利亚地区煤炭资源潜在储量为1 818亿t，探明储量1 616亿t．占俄罗斯探明储量的80.00%左右。该地区绝大部分的煤炭资源集中在克麦罗沃州、克拉斯诺亚尔斯克边疆区和伊尔库茨克州，分别有库兹巴斯煤田、坎斯克一阿钦斯克煤田和伊尔库茨克煤田。
远东地区已探明的煤炭工业储量为202亿t．占全俄煤炭探明储量的10.00010左右，煤的保有率为4 000 t/km2,尚需进一步勘探的资源量预测高达3 547亿t．其中，褐煤占65.000/0，石煤占35.00%（其中46%是炼焦煤）．储量的约50.00%可进行露天开采。煤炭资源遍布远东所有行政区，其中以萨哈（雅库特）共和国、阿穆尔州和滨海边疆区等地尤为富集。
1.3油气
俄罗斯石油储量为全球总剩余可采储量的5.20%，天然气储量为全球总剩余储量的17.60%。俄罗斯约有2 620个油气田，约1 820个油田．400个油气田，近400个气田。陆上和海域远景勘探面积约1 060万k m2．其巾边缘海和内海陆架远景勘探面积370万krr12。据2013年BP能源统计，俄罗斯剩余石油探明储量1 19亿t．储采比22.4．根据1992年俄罗斯资源调查情况显示．剩余探明石油储量153亿t．其中．35.00%的石油和凝析油储量集中在18个大型油田中，大部分位于西西伯利亚．66.00%的石油和凝析油储量集中在西西伯利亚，鄂毕和汉德曼西斯科地区是石油和凝析油储量最丰富的地区。
俄罗斯天然气资源及产量为全球第1。据2013年BP统计数据．俄罗斯天然气剩余探明储量32 900亿m3．约占世界总剩余探明储量的17.60%，储采比55.6。按现有的开采水平，俄罗斯天然气证实储量可供开采70年以上。天然气探明储量90.00%分布在陆地．10.00%分布在海域。主要集中在西西伯利亚(73.00%)和东西伯利亚(7.00%)，其次分布在巴伦支海、喀拉海和鄂霍茨克海等海域．如表2所示。
2俄罗斯远东西伯利亚地区的能源供应基础判定
2.1 煤电、油气、水电开发现状
(1)煤电。20世纪90年代以前，西伯利亚地区的热电站主要以煤作燃料。近年来，水电电力生产占比超过煤电占比．成为该地区主要的电力供给方式。远东地区电力工业的特点是以燃煤电厂为主，占90%以上。虽然远东地区有丰富的水力资源，但尚未得到充分利用。远东地区燃煤电厂以中、小型为主，著名的燃煤电厂有滨海边疆区国营地区发电站、南萨哈林斯克国营地区发电站、雅库茨克国营地区发电站等。目前远东地区装机容量超过10万~30万kW的燃煤电站有20个，燃煤机组发电能力为1110万kW,现有1 416个发电和供热机组。
(2)油气。俄罗斯探明未开发油田812个，占可采储量的13.2%，其中210个封存。目前在北极发现23个油田，主要位于喀拉海或海陆过渡地带。北极大陆架气候严寒，研究程度非常低，钻探及开采技术要求高．需与国际大石油公司合作，在最近20年获得石油天然气产量不可能。
西西伯利亚北部是世界上最大的采气基地．也是当今主要供气基地。近年来．俄罗斯逐渐加大石油勘探力度，储量增长和开采量基本可以保持平衡。2000年以后，俄天然气储量年增长都在5 500xl08m3以上。
(3)水电。截至2013年年底，西伯利亚、远东地区已建和在建100 MW以上的水电站18座（4座电站在建，其中3座电站部分投产，不含暂停状态电站），装机规模28.5 GW，设计年发电量971亿kW-h．占俄罗斯水电多年平均发电量的55%。
2.2煤电、油气、水电未来开发规划
(1)煤电。根据俄罗斯科学院西伯利亚分院动力系统研究所预测．2020年前，俄罗斯将加大力度在东西伯利亚和远东建立大型的国家电能基地，新增发电能力将达到0.8亿—1.2亿kW，该地区新增电力装机将达到俄罗斯总装机的20%以上，以燃煤发电机组为主。目前的经济技术核算表明，通过对现有燃煤电站的改造以及在建即将投产的电站．2020年前，仅在东西伯利亚地区就可产生250亿～300亿kW-h的电能。
(2)油气。据美国地质调查局(USGS)2000年对全球待发现油气资源所作的评估，俄罗斯待发现的石油资源量（包括凝析油）为6 480亿t，居世界首位．其巾两西伯利亚盆地待发现石油资源量（包括凝析油）为103.27亿t。西两伯利亚盆地、东西伯利亚盆地、两部北极大陆架、东北萨哈林盆地、蒂曼一伯朝拉盆地以及伏尔加一乌拉尔盆地6个含油气盆地／大区待发现石油资源量为8 850亿t，天然气为2.752万亿m3。
(3)水电。俄罗斯远东两伯利亚地区水电开发不存在明显制约因素，其未来水电开发进展主要取决于俄罗斯的能源战略及远东、西伯利亚地区的区域经济布局规划。2016-2020年、2021-2025年和2026-2030年，预计新增水电装机容量分别为10.30 GW. 9.20 GW和7.30 GW。
3能源供应格局配置体系模型构建
能源供应格局配置体系包括：(1)能源电力协调配置模型，将电力发展规划进一步扩充到能源规划，实现能源供应配置成本最低；(2)能源供应格局成效评价模型，对能源发展现状、未来能源配置情景进行评价，如图1所示。
(1)能源电力协调配置模型。在分析送端电源开发能力和受端市场空问基础上，优化送端各能源基地到受端的电力流和电源结构，构建电力发展情景。在此基础上，参考能源战略、行业规划、地区规划，统筹协调煤炭、油气、电力等能源的供需平衡，构建能源总体平衡情景，分析不同发展情景下的电力结构和布局、系统运行方式以及非化石能源开发和消纳方式。
(2)能源供应格局成效评价模型。通过构建涵盖能源基础数据、分析性指标和评价。性指标的能源配置成效评价指标体系，从安全性、经济性、清洁性、高效性层而进行综合分析。通过能源供应格局配置成效评价，明确不同发展路径的优势与劣势以及成本和代价。
能源供应格局指标体系构建的核心要素是能源发展的“总量、结构、布局、输送”。能源配置成效评价指标体系包括安全性、经济性、清洁性和高效性4个方面，每个方面又由若干支撑性指标组成。支撑性指标的选取遵循数据可得性强和权威性高的原则．如图2所示。
能源配置成效的综合评估采用主成分分析法( PCA)，通过协方差矩阵的特征向量揭示多个指标的共同演变规律，以达到不依靠人为没置权重提炼综合指标的目的。主成分分析法( PCA)主要包括3个步骤：(l)对维随机向量，构建协方差矩阵；(2)求解协方差矩阵的特征值，判断贡献度，确定主成分；(3)利用主成分的特征向量构造求解综合向量。本文选取2010年为基准年，并将基准年各方面综合指标的评价满分指定为10分。考虑各方面综合指标的演变与未来趋势，全系统的综合评价采用雷达图构成，如图3所示。
4基于全球能源互联格局的俄罗斯远东西伯利亚地区能源供应格局实证分析
从俄罗斯远东西伯利亚地区能源资源看．该地区资源丰富，若全部开发可极大地满足全世界电力需求，且符合世界范围内绿色能源发展的趋势：俄罗斯远东及西伯利亚地区水能、煤炭资源储藏量大，开发条件较好。若联合开发环北极地区风电以及俄罗斯远东西伯利亚常规能源．可形成出力性能良好的电源群。
从受端需求上看，根据电力需求预测．从2030年至远景2100年的很长一段时问内．无论是考虑煤、气等化石能源发电延续的“非清洁能源”情景，还是不新增化石能源发电．仪考虑100%可再生能源发展的“清洁能源发展”情景．东北亚、欧洲以及北美洲地区都是电力需求最为旺盛的地区，受限于当地有限的资源蕴藏量．21世纪甚至22世纪，上述地区的电力缺口将持续加大．如图4所示。
若考虑以开发环北极电源群．即重点开发俄罗斯远东西伯利亚地区资源为契机，依托特高压输电技术开展北半球电网互联，在满足北极清洁能源开发需求，缓解东北亚、欧洲和北美洲远景电力缺口，向上述地区输电的同时，实现以环北极地区为核心的跨区域北半球互联电网．可充分发挥大电网互联的优势，在地理跨度较大的东北亚、欧洲和北美洲电网之间取得显著的综合经济社会效益。
借鉴中国和世界其他地区电网互联发展经验．设想俄罗斯远东西伯利亚地区电网互联演进可以分为以下阶段。
第1阶段：以大型能源基地开发外送为主，送电东北亚、欧洲和北美洲主要负荷中心。由于以风电为代表的新能源发电，具有间歇性、波动性等特点，从提高输电线路利用小时数的角度出发，有可能需采用风电捆绑煤电等常规电源的技术手段。
第2阶段：送端大型能源基地的逐步互联。若采用风电捆绑煤电的开发方式．且煤电机组主要位于俄罗斯南部具有一定规模电网的地区．则此阶段的能源基地互联，可以考虑通过加强俄罗斯当地电网实现。俄罗斯北部地区现有电网结构较为薄弱，则此阶段的能源基地互联只能考虑通过新建覆盖环北极地区的特高压电网实现。
第3阶段：依托送端互联的环北极地区电网，在完成清洁能源送电东北亚、欧洲和北美洲的前提下，实现北半球电网互联。
考虑到俄罗斯远东西伯利业地区丰富的风电资源，在风水火联合输送系统中，俄罗斯远东西伯利亚地区火电厂主要负责调峰（包括季调峰和日调峰）任务。北极风力资源在夏季较为匮乏，俄罗斯远东西伯利亚地区充沛的水电也弥补了低出力水平的北极风电。在冬季，严寒的天气对水电出力造成了影响，水电进入枯水期，可以承担调峰的任务。基于上文已有俄罗斯远东西伯利亚地区能源品种的资源及规划数据，结合能源供应格局的评价体系，分析该能源安全性、经济性、清洁性和高效性4个方面的特性。从图5分析得到，能源高效性和清洁性的指标参数将逐年提升，考虑到煤炭等化石能源指标参数的安全性及经济性则呈现逐年下降趋势，当外送全部为清洁能源的情况，化石能源相关参数将不作考虑。可以看出，该能源供应格局配置模型对未来全球能源开发与布局、清洁能源开发与外送具有较好的参考价值。
5结语
本文基于对俄罗斯远东西伯利亚地区煤炭、油气、火电、水电资源情况、开发现状和开发潜力的研究．综合考虑能源安全性、经济性、清洁性和高效性4个方面发展特征，给出能源供应格局的指标体系，构建了能源供应格局体系模型。该模型及相关指标规划对未来全球能源以及清洁能源开发与外送具有较好的参考价值。
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