我国电网发展与特高压输电

(白继彬 副所长教授/西安电力电子技术研究所)

  

 十一五期间,我国电力装机容量从5.1亿千瓦上升到9.6亿千瓦。5年间增加了4.5亿千瓦,年增加9000万千瓦。

 十一五期间,我国发电量从2.85万亿kWh增长到4.23万亿kWh2010年我国的发电量与美国持平,2011年估计增长12%左右,将成为全球最大用电国家。

 另外,十一五期间,中国累淘汰小火电机组6000万千瓦、淘汰落后炼铁产能8712万吨、炼钢产能6038万吨、水泥产能2.14亿吨,实现了约1.1亿吨标煤的节能量。

十一五期间,全国电网投资1.5万亿元,其中国家电网公司投资1.2万亿元,南方电网累计完成电网建设投资3000亿元。

一.特高压的由来

我国一次能源和电力负荷分布极不均衡。水能资源90%以上集中在京广铁路以西,开发程度仅12.5%;东部沿海12省水能资源仅占8.9%,且开发程度高达68%,今后新增的1.8亿千瓦水电装机中,约1.6亿千瓦在西部。我国煤炭保有储量的90%集中在昆仑山-秦岭-大别山以北地区,京津冀、华东六省市和广东省仅占7%

我国能源资源的地区分布一览(%

由于我国发电资源分布和经济发展极不平衡,全国可开发的水电资源近2/3在西部的四川、云南、西藏;煤炭保有量的2/3分布在山西、陕西、内蒙古,如表1-2所示。而全国2/3的用电负荷却分布在东部沿海和京广铁路沿线以东的经济发达地区。西部能源供给基地与东部能源需求中心之间的距离将达到20003000km。我国发电能源分布和经济发展极不均衡的基本国情,决定了能源资源必须在全国范围内优化配置。只有建设特高压电网,才能适应东西20003000km、南北8002000km远距离、大容量电力输送需求,促进煤电就地转化和水电大规模开发,实现跨地区、跨流域的水电与火电互济,将清洁的电能从西部和北部大规模输送到中、东部地区,满足我国经济快速发展对电力的需求。

除了实现电能的大规模和远距离输送的需求之外,特高压电网还可以大幅度提高电网自身的安全性、可靠性、灵活性和经济性,具有显著的社会、经济效益。主要体现在如下几个方面:

1)提高电网的安全性和可靠性。建设特高压电网可以从根本上解决跨大区500kV交流弱联系所引起的电网安全性差的问题,为我国东部地区的受端电网提供坚强的网架支撑,可以解决负荷密集地区500kV电网的短路电流超标的问题。

2)减少走廊回路数,节约大量土地资源。以溪洛渡、向家坝、乌东德、白鹤滩水电站的电力送出工程为例,采用±800kV级特高压直流输电技术与采用±500kV级高压直流输电技术相比,输电线路可以从10回减少到6回,节省输电走廊占地300km2。再以输送10GW电力、输电距离达800km的交流输电技术为例,采用500kV交流输电技术需要810回输电线路,而采用1000kV交流输电技术仅需要2回输电线路,可减少输电走廊宽度300m,节省输电走廊占地240km2

3)获得显著的经济效益。特高压电网将实现大规模跨区联网,可以获得包括错峰、调峰、水火互济、互为备用、减少弃水电量等巨大的联网效益,降低网损。以1000kV交流特高压代替500kV交流超高压输电功能,可以降低输电成本,减少部分500kV交流超高压输电通道的重复建设,节约大量投资。

4)减轻铁路煤炭运输压力,促进煤炭集约化开发。建设特高压电网,可实现大电网、大电源与大煤矿相互促进,实施煤电一体化开发,提高煤炭回采率,提高煤矿安全生产水平,减少煤炭和电力综合成本。

5)促进西部大开发,增加对西部地区的资金投入,变资源优势为经济优势,同时减小中、东部地区的环保压力,带动区域社会经济的协调发展。

6)带动我国电工制造业技术全面升级。通过依托特高压电网工程建设,可以增强我国科技自主创新能力,走跨越式发展道路,全面提升国内输变电设备制造企业的制造水平,使国内超高压设备制造技术更加成熟,实现我国交、直流输变电设备制造技术升级,显著提高国际竞争能力。

二.我国的电网发展

中国电力工业于1882年诞生于上海,第一台发电设备仅11.76千瓦。1987年装机容量达到1亿千瓦,用了105年;1994年达2亿千瓦,用了7年;1999年达3亿千瓦,用了5年;2003年达4亿千瓦,用了4年;2005年达5亿千瓦,用了2年;2006年、20072008年分别超过6亿、7亿和8亿千瓦,都仅用1年。目前全国装机容量达到9.6亿千瓦,到2015年全国发电装机应达到15亿千瓦左右, 2020年将达到20亿千瓦左右,可能为世界第一。

为了满足大容量长距离的送电需求,系统运行电压等级也在不断提高。1972年建成第一回330千伏线路,1981年建成第一回500千伏交流线路,1989年建成第一回±500千伏直流输电线路,2005年底在西北电网建成第一回750千伏交流线路。2009年,我国第一个特高压输电工程晋东南-南阳-荆门1000千伏特高压交流试验示范工程投入运行。2010年,我国自主研究、设计和建设的向家坝-上海±800千伏特高压直流输电示范工程投运。

随着电网电压等级的提高,网络规模也在不断扩大。由于中国的国土面积大,所以把全国的电网划分成六大电网,有两大集团分别管理。其中东北电网、华北电网、华中电网、华东电网、西北电网属国家电网公司,南方电网属南方电网公司。电网大型区域的划分,是为了方便管理。对于国土面积小一些的国家,比如韩国、日本等,其电网结构基本上相当于一个大型区域电网。

我国电网主网架示意图

各区域电网2010年底发电设备容量的情况为:华北电网1.66亿千瓦,华东电网2.04亿千瓦,华中电网2亿千瓦,东北电网8906万千瓦,西北电网8456万千瓦,西藏电网65.7万千瓦,南方电网1.48亿千瓦。

“十二五”我国电网发展将有四大重点:

1. 建成特高压骨干网架

未来五年将投资超过5000亿元,建成三纵三横特高压交流骨干网架和11项特高压直流输电工程,线路总长将达4万公里,形成交直流协调发展的坚强电网网架。随着西部大型煤电、水电、核电和以风电、太阳能发电为主的可再生能源基地的加快建设,预计到2020年末,需要远距离输送的电力规模将超过4亿千瓦。解决西部能源送往东部电力负荷中心的主要方式就是特高压输电线路。据介绍,未来5年建设的三纵三横特高压网架,可以把内蒙古、陕西、河北的风电、煤电通过三条纵向的特高压通道送往华北、华中和华东;把北部的煤电和西南的水电,通过三条横向特高压通道送往华北、华中和长三角地区。

2. 基本建成坚强智能电网

智能电网以物理电网为基础,将现代先进的传感测量技术、通讯技术、信息技术、计算机技术和控制技术与物理电网高度集成而形成的新型电网。智能电网主要特征要素是坚强、自愈、兼容、经济、集成、优化等。它以充分满足用户对电力的需求和优化资源配置、确保电力供应的安全性、可靠性和经济性、满足环保约束、保证电能质量、适应电力市场化发展等为目的,实现对用户可靠、经济、清洁、互动的电力供应和增值服务。

智能电网可实现各类发电能源能够安全、可靠入网,风电、光伏是我国大力发展的绿色能源,与传统电源不同,风电、光伏具有间歇性的特点,对电网是一个重大的考验。安全可靠的实现主网大规模风电、光伏入网和微网风电、光伏分布式入网,传统输配网目前都不具备此能力,因此,大力发展智能电网实现“接入”能力迫在眉睫。

智能电网是传统电网的技术升级,将引领输配电行业技术升级和整合。智能电网赋予传统电网“智慧”,强调一次设备的智能化,一、二次设备的“无缝”集成,将逐步打破了一、二设备企业之间的技术界限,引领一、二设备企业的技术升级。预计未来智能电网各领域一、二次设备总集成或总包将逐步成为主流项目管理模式,由于大部分一次设备企业(二次设备企业较少)很难实现此类技术升级,因此,输配电行业可能将加快实现整合,在未来两年内,将会有大批一次设备企业“消失”

2015年基本建成具有信息化、自动化、互动化特征的坚强智能电网,形成以华北、华中、华东为受端,以西北、东北电网为送端的三大同步电网,使电网的资源配置能力、经济运行效率、安全水平、科技水平和智能化水平得到全面提升,初步建成世界一流电网。2011年智能电网建设的重点是完成两批试点工程,加快推广智能变电站、配电自动化、电力光纤到户等重点项目,在北京、扬州等地建设一批综合示范工程以及推广应用5000万只智能电表。

3. 实施新一轮农网改造

十二五期间实施新一轮农村电网改造升级工程。这项工程将让530万无电农村人口用上电,让所有农村人口用好电。具体包括,对未改造地区的农村电网进行全面改造;对已进行改造但仍存在供电能力不足、供电可靠性较低问题的农村电网实施升级改造;并要实现城乡各类用电同网同价。五年内国家电网将安排4100亿元用于农网改造,加上南方电网投入的约1000亿元,预计全国将有超过5000亿元投入这项事隔12年后的又一轮农网改造工程。

4. “走出去参与国际电网竞争

国家电网去年底以9.89亿美元收购并接管运营巴西7家输电特许权公司。随着特高压技术的创新突破及在菲律宾和巴西收购电网和输电公司的成功,加快推动在非洲、亚洲、欧洲、北美等地区的业务发展,争取尽快在国际化经营上实现新的重大突破。刘振亚确定国网公司五年目标是初步建成国际一流企业。 今年国家电网还将与美国、俄罗斯开展特高压方面的合作,并拓展在非洲、印度、北美等地的电力投资市场。

特高压输电和智能电网

特高压十二五规划中的三纵三横一环网是指从锡盟、蒙西、张北、陕北能源基地通过三个纵向特高压交流通道向三华送电,北部煤电、西南水电通过三个横向特高压交流通道向华北、华中和长三角特高压环网送电。其中,三纵是锡盟南京、张北南昌、陕北长沙;三横是蒙西潍坊、晋中徐州、雅安皖南3个横向输电通道;一环网便是淮南南京泰州苏州上海浙北皖南淮南长三角特高压双环网。

在特高压直流工程方面,十二五期间,将配合西南水电、西北华北煤电和风电基地开发,建设锦屏江苏等Ⅱ回特高压直流输电工程,建成青藏直流联网工程,满足西藏供电,实现西藏电网与西北主网联网。据测算,到2020年,西部煤电基地规划向中东部地区外送煤电234亿千瓦,其中通过特高压交直流电网外送197亿千瓦。山西、陕北煤电通过特高压交流外送,蒙西、锡盟、宁东煤电通过特高压交直流混合外送,新疆、蒙东煤电通过特高压直流向华北、华东和华中电网送电。

经测算,我国1000千伏交流输电方案的单位输送容量投资约为500千伏交流输电方案的73%;±800千伏直流输电方案的单位输送容量投资约为±500千伏直流输电方案的72%。在长距离、大容量送电方面,特高压有明显的优势。

而后还要实施锦屏-苏州的特高压直流输电工程,输送容量720万千瓦,为世界之最,输送距离2100公里。到2020年,全国要建设1519条特高压直流输电工程,与特高压交流输电工程一起基本完成全国的特高压网架,实现“西电东送”和“北电南送”的目标。

根据建设计划,2009年至2010年为规划试点阶段,将重点开展坚强智能电网规划工作,制定技术和管理标准,开展关键技术研发和设备研制及各环节试点工作。在这个阶段中,各地将作一些智能电网建设的准备工作。2011年至2015年为全面建设阶段,将加快特高压电网和城乡配套电网建设,初步形成智能电网运行控制和互动服务体系,关键技术和装备实现重大突破和广泛应用。在这个阶段,由于在对智能电网建设过程中,需要大量的电力设备

智能电网建设的第三个阶段是2016年至2020年的引领提升阶段,将全面建成统一的坚强智能电网,技术和装备全面达到国际先进水平。三个阶段,国家电网的总投资大约为35000亿元。此外,加上南方电网的投资,整个产业规模将大约为45000亿元。这万亿级的投资将带动电网基础设备、用户终端设备以及通信信息等行业的一次重要飞跃。根据近五年的建设情况分析,智能电网产业的主要投资热点将集中在以下几个方面:

特高压设备领域仍旧是主角。智能电网基础设施设备领域,电力一次设备将更加趋向于小型化、高压化和智能化,企业需要在传统电力一次设备技术的基础上,融入更多自动化控制单元,研发应用于超高压、特高压环境的设备,从节能、节材的角度,改善设备外观设计。同时,电力一次设备领域,尤其是特高压输变电领域,进入壁垒非常高,除掌握核心技术以外,还需要有丰富的渠道资源和深厚的行业背景。

配用电自动化领域具备较好的投资前景。电力自动化设备领域,智能电网建设背景下,电力一、二次设备将更加趋于融合,同时,国内输变电自动化发展比较早,而配电自动化则相对滞后。根据智能电网的发展特点和发展前景,电力自动化设备市场需求将会大幅增长,应用领域和细分市场也会更加丰富,尤其在配用电侧,将会有更多的机会。

电力通信信息化领域,成长型企业要在专业细分市场寻找机会。电力通信与信息化领域,是智能电网产业中的重要环节。智能电网建设过程中面临专网改造以及配用电侧通信设施的覆盖,将产生对通信设备的需求。电力信息化领域,市场竞争比较激烈,国外软件企业在集团化管理软件方面有比较明显的市场优势,对于国内成长型企业而言,主要的市场机会是在集团化管理软件外围的专业细分应用领域以及系统集成服务领域。

智能用电终端产品及增值服务是未来市场的热点。智能用电领域将伴随智能电网建设,而逐步发展壮大的一类产业,也是未来一个重要的新兴市场。相对行业壁垒很高的输配电领域而言,用电侧市场将更加容易进入,如智能家庭能源管理终端、智能家电、工业用电户节能、电动汽车充放电设施等。此外,智能电网产业还将涉及到数字电厂等延伸产业,可为原来更多发电侧设备及应用解决方案提供商带来新的市场机会。

中国电工技术学会电气节能专业委员会 地址:深圳市八卦一路鹏盛村2栋1305室
电话:0755-82132284 传真:0755-82132285
Email:jying08@126.com 邮编:518029 粤ICP备********号