杨海涛：发展特高压是必然选择
发布者：杨海涛 | 来源：新浪财经 | 0评论 | 5902查看 | 2014-04-03 13:02:00
为了满足我国经济社会可持续发展的用电需求，从提高国家能源资源优化配置能力和建设节约型社会的高度出发，建设以特高压电网为骨干网架的电网，这对于我国电力工业实现自主创新、提高能源资源使用效率、保障我国能源安全具有十分重要的意义。
我国电能资源与需求分布极不均衡，决定能源传输格局的新变化
我国区域经济发展极不平衡，决定了我国区域电能需求分布极不均衡。东部地区借助文化、科技、资金、交通和贸易等方面的基础优势，国民经济将得到继续高速发展，加上人口的聚集，到2020年，华东、广东、京津唐、山东和辽宁电网年用电量之和占全国年用电量的比例高达50%以上。
而从能源资源的情况看，将来我国石油的短缺将会对我国的能源传输能力和成本产生很大的影响。如果不开辟我国能源运输的新途径，运输燃料油的短缺将会导致煤炭运力不足和运费大幅上涨。因此，我国能源传输在发展思路上有必要考虑北电南送，以提高我国的能源安全的保障度。
从我国北方煤电的发展条件看，晋东南、陕北、蒙西、锡盟、宁夏灵武、呼盟均具备建设大型煤电基地的条件，可开发的规模主要取决于水资源承载能力。呼盟地区可用的水资源较丰富，适于就地实现煤电转化。
晋东南、陕北、蒙西、锡盟、宁夏灵武等煤炭基地水资源相对不足，需要采用空冷技术。通过将汽轮发电机组的冷却方式由水冷改为空冷，减少原有机组的冷却用水和新建节水型空冷机组，可为发展火电基地创造一定的条件。
到2020年，陕北、晋东南、蒙西、锡盟、宁夏、哈密煤电基地规划装机容量可达8000万千瓦。从远期看，将有大量电力远距离输出，实施西电东送，参与全国能源资源优化配置。
图1我国2000米以浅煤炭资源分布示意图(单位：亿吨)
随着我国西南水电的开发，西南也有大量的电力需要远距离输送。2020年之前，金沙江的溪洛渡、向家坝、白鹤滩、乌东德四个梯级电站共计3800多万千瓦水电以及四川另有2400万千瓦水电均需送往华中和华东，贵州送广东电力也在1000万千瓦以上，云南水电送广东规模在2000万千瓦以上。
在环保方面，目前我国绝大部分城市地区、沿海经济快速发展地区以及酸雨和二氧化硫污染严重地区已经基本上没有大气环境容量资源。今后负荷中心地区燃煤电源项目建设将更多地受到环境容量的限制。
图2 我国酸雨分布图
综上所述，我国经济的发展和能源分布的不均衡以及我国经济发达地区环境容量对发展煤电的限制决定了我国需要将数量巨大的能源远距离输送，需要在已有能源传输途径上开辟新的高效率、低能耗的输能途径。
特高压交流电网是我国电网结构优化发展的必然选择
随着国内外经济情况和能源供应以及我国电网自身情况的巨大变化，面对电网发展面临的一些列突出问题，不能讳疾忌医，更不能形而上学、刻舟求剑。如果电网继续停留在500千伏水平上，而片面强调特高压直流的作用，必将带来一些列问题。具体讲，我国大电网进一步发展需要解决如下问题：
1、我国电网过去比较被动地跟随着电源的建设而发展，结果导致我国跨区之间大容量输电网络规模过小，输电能力不足。
2、现有500千伏电网输送能力不能满足大范围电力资源优化配置和电力市场的要求。
3、电力密集地区电网短路电流控制困难，例如2020年华东电网部分500千伏母线短路电流水平将超过断路器最大遮断电流能力。
4、长链型电网结构动态稳定问题突出，在东北、华北、华中电网500千伏交流联网，结构比较薄弱，存在低频振荡，动态稳定问题比较突出。
5、受端电网存在多直流集中落点和电压稳定问题，如果西电东送华东电网全部采用直流输电方式，落点华东电网的直流换流站将超过10个，受端系统在严重短路故障的情况下，系统因故障发生连锁反应的风险较大。
建设特高压交流输电网络能够较好地解决上述问题。针对我国能源流通量大、输送距离远的具体国情，应建立强大的特高压交流输电网络作为能源传输的新途径。
特高压输电线路的输电能力约相当于500千伏的4至5倍，采用特高压输电可减少输电走廊用地面积，有效地减少土地占用；在输送相同容量的条件下，采用特高压输电比采用500千伏输电可降低1/3的损耗；采用特高压电网可实现输电和输煤并举，将来还可减少能源运输燃料费用，降低能源输送的成本。
通过建立强大的特高压电网，500千伏电网短路电流过大、长链型交流电网结构动态稳定较差、受端电网直流集中落点过多等诸多问题均可得到缓解。从以往对电网规划各种方案的安全稳定性计算分析结果看，交流特高压输电网络的安全稳定性较好。
从国外大电网联网规模的发展情况看，建设跨大区大规模同步电网在技术上是可行的。此外我国大区电网模拟计算分析结果也表明：当大区电网通过交流特高压互联达到一定强度后，受扰动后的区域性振荡能较快地平息，大规模同步电网抵御严重故障能力也比较强。由此可以确认，我国采用更高一级电压等级的交流输电线路实现大区电网同步互联，形成一个安全稳定水平较好的特高压同步电网在技术上是可行的。
此外，采用交直流输电电网向大受端电网大规模输电，比采用纯直流输电方案的系统可用率高，受端系统出现电力不足的概率相对较小，可靠性较高。
交流电网具有网络功能强，可用率高的特点，对将来电力流的变化具有较强的适应性。与建设具有多落点、具备同等网络功能和同等可用率的直流输电网相比，在经济性方面并不处于劣势。因此除了位于边远地区的大型能源基地，在输电线路中间位置难以落点以获得电压支撑的情况外，一般情况下应首先考虑通过交流输电网实现电能的跨区域远距离大容量输送。
特高压电网发展未来前景广阔
为了满足我国能源流动的基本要求和解决目前我国电网结构存在的问题，我国特高压电网将具备如下的基本功能：
1、特高压骨干网架可大容量、远距离、高效率、低损耗地实现西电东送和南北水火调剂，更大范围优化资源配置。
2、交流特高压骨干网架自然具有电力网络功能并具有灵活的可扩展性，能适应远景能源流的变化，能满足我国电力市场灵活交易的要求，促进电力市场的发展。
3、特高压骨干网架可从根本上解决受端系统500千伏电网结构条件下，因电力密度过高引起的短路电流过大等问题。
图3 未来我国电力流格局
根据我国2010年～2020年用电量预测和装机规划，到2015年我国可形成一个联接华北、华中、华东地区的交流特高压同步电网。蒙西、陕北、晋东南、内蒙锡盟、宁夏、关中煤电基地以交流特高压分散接入南北方向多条大通道上，四川水电的部分容量通过东西方向的交流特高压通道向华中和华东输送。在东部受端电网建设一定容量的支撑电源，主要是沿海核电，接入特高压电网上。
从能源需求、煤炭运输紧张及环境容量制约以及电网发展的角度来看，我国特高压电网发展具有广阔前景。
注：本文作者为中国电力科学研究院教授级高级工程师
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