1000kV特高壓交流輸電技術(shù)在廣東電網(wǎng)應(yīng)用的初步可行性研究

李蓉蓉， 王 路

(1.南方電網(wǎng)科學(xué)研究院，廣東 廣州 510080；2.廣東省電力設(shè)計研究院，廣東 廣州 510663)

特高壓輸電是當今世界電力技術(shù)的制高點。從20世紀60年代以來，美國、前蘇聯(lián)、意大利、日本等國家先后制定了特高壓輸電計劃，并相繼建成了特高壓輸電試驗室、試驗場，對特高壓輸電可能產(chǎn)生的工程問題(如過電壓、可聽噪聲、無線電干擾、生態(tài)影響等)進行了大量研究，取得了重要進展。我國第一條1000kV晉東南～南陽～荊門特高壓交流試驗示范工程正式投入運行。

從整個南方電網(wǎng)來看，隨著西南水電和境外水電資源的開發(fā)，遠景南方電網(wǎng)西電東送規(guī)模將繼續(xù)增大，2020年南方電網(wǎng)西電東送規(guī)模約為58620MW，到2030年總規(guī)模將達到72620MW，輸電距離約為1000km～1600km。長距離、大容量輸電是我國未來電網(wǎng)發(fā)展的必然趨勢，特高壓輸電正是具備這一能力的輸電方式。

從優(yōu)化資源配置，遠距離大規(guī)模向粵桂地區(qū)送電角度來看，南方電網(wǎng)存在采用1000kV特高壓交流技術(shù)的可能性。另一方面，遠景廣東電網(wǎng)將面臨外區(qū)送入電力規(guī)模進一步擴大，珠江三角地區(qū)負荷密度增大，輸電走廊資源緊張、多直流集中落點及粵東、粵西兩翼大規(guī)模電源送出等問題， 1000kV特高壓交流輸電技術(shù)成為廣東電網(wǎng)未來發(fā)展的重要輸電方式選擇之一。

1 廣東電網(wǎng)應(yīng)用1000kV特高壓交流輸電技術(shù)的必要性

1.1 優(yōu)化資源配置，滿足西電東送要求

從能源資源狀況來看，廣東一次能源資源缺乏，屬缺能地區(qū)。廣東水力資源理論蘊藏量531.6億kWh，僅占全國水力資源的1%左右；全省水電已開發(fā)7884MW，開發(fā)率已達到95.6%，潛力非常有限，而且開發(fā)的代價逐步加大。煤炭資源儲量少，全省煤炭保有儲量約6.3億t，約占全國的0.6‰，自2006年起已停止開采，省內(nèi)所需煤炭已全部依靠其它產(chǎn)煤省份調(diào)運和從國外進口。陸上風力資源高產(chǎn)區(qū)可開發(fā)容量7000MW，約占全國的2.8%，近海風力資源待進一步明確。

廣東省能源供應(yīng)安全體系脆弱，受能源運輸及能源價格波動影響較大。隨著廣東能源需求的進一步增長，能源供應(yīng)的安全問題將更加突出。從長遠來看，通過西電東送，優(yōu)先利用西部水電資源，推進區(qū)域資源優(yōu)化配置，提高能源利用效率，是解決廣東能源需求的一個重要途徑。另外廣東電網(wǎng)是一個以火電為主的電網(wǎng), 2020年火電裝機約占省內(nèi)裝機64.1%，西南水電的送入可在南方電網(wǎng)范圍內(nèi)實現(xiàn)資源優(yōu)化配置，減少廣東火電裝機，提高替代效益。若考慮同時在豐水期增加送入云南季節(jié)性電能，可減少水電的棄水電量，降低了火電發(fā)電成本。

根據(jù)西南水電外送總體規(guī)劃、藏東南水電基地開發(fā)外送規(guī)劃以及大湄公河次區(qū)域水電規(guī)劃和南方電網(wǎng)電力工業(yè)發(fā)展“十二五”及中長期規(guī)劃研究等相關(guān)成果，2015年廣東接受區(qū)外送電為38080MW，2015～2030年增加20000MW。若考慮西南水電開發(fā)的不確定性和季節(jié)性電能的送入，廣東2015年～2030年還將接受外區(qū)電力大約20000MW～36000MW。遠景受入的云南、緬甸和西藏水電距廣東負荷中心大約1600km以上，如果仍采用500kV交流電壓等級，需送電線路至少14回，線路走廊占地面積約117.6萬畝，理論線損約為8070MW；若采用±800kV特高壓送電，需送電線路6回，線路走廊占地面積約109.4萬畝，理論線損約為2140MW。若采用1000kV特高壓送電，需送電線路6回，線路走廊占地面積約68.4萬畝，理論線損約為2300MW。從節(jié)約用地和降低網(wǎng)損兩方面綜合來看，采用1000kV特高壓送電方式優(yōu)于500kV交流方案和直流方案(1000kV特高壓按同塔雙回線寬95m，500kV線路按照同塔雙回線寬70m，±800kV特高壓按線寬76m)。

因此，從優(yōu)化資源配置，滿足廣東電力發(fā)展需要，提高輸電通道的輸送能力，節(jié)約能源的角度來看，有必要采取1000kV特高壓輸電方式，建設(shè)西電東送特高壓輸電通道。南方電網(wǎng)1000kV特高壓西電東送通道的建設(shè)，是廣東省內(nèi)特高壓電網(wǎng)發(fā)展建設(shè)的契機；特高壓輸電通道和省內(nèi)特高電網(wǎng)的建設(shè)，實現(xiàn)在南方地區(qū)和廣東省內(nèi)優(yōu)化配置資源。

1.2 滿足珠江三角地區(qū)電力需求持續(xù)快速發(fā)展的客觀需要

從歷史發(fā)展來看，受端網(wǎng)架的最高一級電壓隨機組/電廠容量增大而增高，實際上也隨負荷密度增大而增高，是以市場為導(dǎo)向。因為受端網(wǎng)架必須將區(qū)內(nèi)、外電源有效經(jīng)濟的送給用戶。負荷對應(yīng)于區(qū)內(nèi)外送入受端網(wǎng)架的電源總?cè)萘?，而負荷密度則為單位面積所供負荷。

根據(jù)世界銀行的劃分，人均GDP 3126～9655美元即為中等收入國家。2005年珠江三角洲地區(qū)人均GDP約為5400美元/人，從人均GDP水平看，目前珠江三角洲地區(qū)已屬于中上等收入地區(qū)；三產(chǎn)比例為2.76:50.92:46.32，其產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)與日本70、80年代的情況相似。

20世紀70、80年代日本東京電力需求快速增長，為了將巨大能源送往東京地區(qū)并解決遠距離輸電、輸電走廊緊張、500kV電網(wǎng)的短路電流超標和未來遠距離輸送電力的穩(wěn)定問題等，90年代建設(shè)了1000kV特高壓工程。進入21世紀后，由于其電力發(fā)展變緩，1000kV線路降壓運行。

進入21世紀后，發(fā)達國家(地區(qū))用電量基本達到飽和，近幾年人均用電量年均增長速度基本在2%以下。與東京電力情勢極為類似，珠江三角洲地區(qū)人均用電量增長較快，特別是2000年以后更保持了2位數(shù)增長，但電源自給能力差。2005年珠江三角洲負荷密度827kW/m2，為2001年日本東京負荷密度的1/2，預(yù)計到2030年珠江三角洲負荷密度可達到2782kW/m2～3477 kW/m2，為2001年日本東京負荷密度的2倍，而電力缺口達到75000MW～60000MW。屆時珠三角地區(qū)線路走廊資源制約因素將更加突出，短路電流水平的控制將更加困難。遠景采用特高壓交流送電方式，將外區(qū)電力送入珠江三角洲地區(qū)，是滿足負荷發(fā)展的客觀需要。

1.3 節(jié)約土地資源，提高單位輸電走廊送電能力的需要

從目前廣東電網(wǎng)的建設(shè)情況來看，城市中心、周邊地帶建設(shè)變電站經(jīng)常與城市規(guī)劃發(fā)生沖突，加之要避讓基本農(nóng)田，變電所(換流站)選址越來越困難。同時，在電網(wǎng)規(guī)模不斷擴大的形勢下，線路走廊已經(jīng)成為一種寶貴的稀缺資源，特別在一些經(jīng)濟較發(fā)達的珠三角地區(qū)，線路路徑選擇與協(xié)調(diào)難度很大。

受到環(huán)?？臻g的限制，自身煤電建設(shè)空間有限，在考慮區(qū)內(nèi)儲備氣電電源后預(yù)計2015年～2030年珠三角地區(qū)電力缺口為57600MW，需通過區(qū)外送入電力滿足其供電需求?？紤]到2015年網(wǎng)架輸送裕度，2015年～2030年為廣東電網(wǎng)需新建輸電通道以滿足珠三角地區(qū)31600MW電力需求。

采用1000kV交流送出，1000kV線路導(dǎo)線截面按8×500mm2，每回線路送電能力按8000MW瓦考慮，至少需建4回1000kV交流送電通道；采用500kV交流送出，500kV線路導(dǎo)線截面按4×720mm2，每回線路送電能力按3000MW考慮，需建設(shè)12回500kV交流送電通道。若考慮規(guī)劃省外送電采用特高壓直流，則需建設(shè)3回直流和6回500kV交流送電通道。

對不同電壓等級送電方案，廣東境內(nèi)網(wǎng)架建設(shè)走廊資源占用情況做初步分析：

(1)交流1000kV方案：考慮廣東圍繞粵中負荷中心形成1000kV交流大環(huán)網(wǎng)，另外向粵東建設(shè)2回1000kV通道。初步估計廣東省內(nèi)需架設(shè)1000kV線路長度約1080km，500kV線路長度約150km，占地面積約17萬畝；

(2)交流500kV方案：考慮廣東網(wǎng)新增西電東送通道8回500kV交流通道，另外向粵北、粵東和粵西建設(shè)6回500kV通道。同時圍繞粵中負荷中心的環(huán)網(wǎng)進一步擴大和加強，初步估計需新增500kV線路長度約1960km，占地面積約20.6萬畝。

以上比較看出，交流1000kV輸電方案在節(jié)省廣東土地資源上比采用500kV電壓等級方案具有明顯的優(yōu)勢。

1.4 適應(yīng)低碳經(jīng)濟發(fā)展需要

電網(wǎng)走向低碳時代的發(fā)展路徑，一是支持綠色能源開發(fā)利用；二是在做好自身節(jié)能降耗的同時，引導(dǎo)上下游產(chǎn)業(yè)和全社會節(jié)能環(huán)保；三是為用戶提供安全可靠、清潔環(huán)保、經(jīng)濟上可承擔的電力。適時發(fā)展特高壓交流與這3條發(fā)展路徑密切相關(guān)。

(1)特高壓交流電網(wǎng)的建設(shè)為西南水電送入提供了便利的條件。可以有利加快鄰近水電的開發(fā)進度，2015年～2030年還將接受外區(qū)電力大約20000MW～36000MW，基本上全部是清潔水電。若其中一半采用特高壓輸送，電力大約為10000MW～18000MW。按利用小時數(shù)4500h計算，則每年輸送清潔水電450～810億kWh，減少碳排放3550～6400萬t。

(2)特高壓交流輸電能有效提高廣東電網(wǎng)內(nèi)部的輸送能力，未來廣東電網(wǎng)建設(shè)大型電源基地，提高煤炭使用效率，減少碳排放提供了良好的條件。據(jù)研究，超臨界機組煤耗比平均水平降低約10%，每年一臺百萬級的超臨界機組碳排放量比常規(guī)機組減少約40萬t，但超臨界機組電廠規(guī)模大，在負荷密集中心建設(shè)相對困難。特高壓電網(wǎng)的建立能夠有效地發(fā)揮這類大型機組的作用，有效地將電力輸送到負荷中心。

(3)特高壓交流電網(wǎng)能夠適應(yīng)電網(wǎng)、電源協(xié)調(diào)發(fā)展的需要，優(yōu)化電力布局，有效解決500kV電網(wǎng)因輸送能力不足帶來的安全穩(wěn)定問題，顯著提高電網(wǎng)運行的安全性和可靠性。作為未來智能電網(wǎng)發(fā)展的主干網(wǎng)架，發(fā)展特高壓交流輸電增強了電網(wǎng)結(jié)構(gòu)，增加了電網(wǎng)可靠性，對未來大量可再生能源接入網(wǎng)提供了堅強的支撐；為智能電網(wǎng)的建設(shè)與發(fā)展；為用戶提供安全可靠、清潔環(huán)保的電力提供了條件。

(4)特高壓交流電網(wǎng)自身節(jié)能效益優(yōu)異，對低碳經(jīng)濟的發(fā)展也起到積極的作用。特高壓輸電線路綜合損耗比500kV常規(guī)型線路方案約節(jié)省54%，以200km線路輸送5000MW功率進行比較，初步估算特高壓交流線路節(jié)約線路損耗約37MW，以利用小時3500h計，每年節(jié)約電量1.3億kWh，減少碳排放約10.3萬t。

總之，積極發(fā)展建設(shè)特高壓交流，增強外部水電送入負荷中心的能力，加快智能電網(wǎng)的建設(shè)，為增強供電可靠性提供支持，可有效降低輸電損耗，為低碳經(jīng)濟發(fā)揮積極的作用。

2 廣東遠景1000kV特高壓交流網(wǎng)架方案設(shè)想

2.1 負荷水平

根據(jù)廣東省經(jīng)濟發(fā)展規(guī)劃，結(jié)合廣東電網(wǎng)實際情況，《廣東電力工業(yè)發(fā)展“十二五”及中長期規(guī)劃研究》對廣東全社會用電量和全社會用電最高負荷進行了預(yù)測。預(yù)計2020年全社會用電量7800億kWh，全社會用電最高負荷140000MW，“十三五”期間年均增長率分別為5.2%和5.6%；預(yù)計2030年全社會用電量9600億kWh，全社會用電最高負荷175000MW，2021年～2030年10年期間年均增長率分別為2.1%和2.3%。

2.2 電源規(guī)劃及電力平衡

2.2.1 區(qū)外送電廣東容量

根據(jù)《南方電網(wǎng)電力工業(yè)“十二五”及中長期發(fā)展規(guī)劃》報告中提出的西電東送容量規(guī)劃，至2015年外區(qū)送電廣東容量預(yù)計將達到38080MW?！笆濉逼陂g，規(guī)劃新增云南水電及境外水電共計12000MW電力送廣東，至2020年外區(qū)送電廣東容量預(yù)計將達到50080MW。遠期到2030年，規(guī)劃在2020年基礎(chǔ)上，新增境外水電8000MW，即到2030年外區(qū)送電廣東總?cè)萘窟_到58080MW。

2.2.1 電源規(guī)劃

根據(jù)《廣東電力工業(yè)發(fā)展“十二五”及中長期規(guī)劃研究》研究成果，預(yù)計2015年廣東省內(nèi)總裝機102410MW，2020年廣東省內(nèi)總裝機127710MW。

根據(jù)廣東省電源建設(shè)方針和省內(nèi)儲備電源，初步規(guī)劃2021年～2030年廣東省內(nèi)新增發(fā)電裝機容量33560MW，其中煤電14800MW，核電14500MW，氣電4260MW。

2.2.3 廣東省內(nèi)區(qū)域電力平衡

根據(jù)負荷預(yù)測和電源規(guī)劃，2030年粵北地區(qū)約有4450MW的電力送出，粵東地區(qū)約有10230MW電力送出，粵西地區(qū)約有7330MW電力送出。再考慮2015年～2030年，西電新增送電廣東容量20000MW，廣東電網(wǎng)內(nèi)部約有40000MW的功率交換。

2.3 廣東特高壓方案設(shè)想

2.3.1 遠景方案設(shè)想

根據(jù)《南方電網(wǎng)電力工業(yè)發(fā)展“十二五”及中長期規(guī)劃研究》研究成果，2030年南方電網(wǎng)規(guī)劃麗江～東川～安順～桂林～佛岡1000kV西電東送特高壓交流輸電通道。

根據(jù)廣東受電規(guī)模、省內(nèi)電源規(guī)劃和區(qū)域平衡，廣東電網(wǎng)遠景規(guī)劃4座特高壓交流變電站，即恩平、佛岡、惠東和粵東站。在粵中地區(qū)形成恩平～佛岡～惠東雙回路特高壓環(huán)網(wǎng)，另外在粵東地區(qū)規(guī)劃建設(shè)粵東特高壓站作為電源匯集點，通過粵東～惠東雙回特高壓輸電線路向粵中供電。

恩平～佛岡～惠東～粵東各段線路長度分別為330km、250km、180km。對于1000kV線路來說，其線路的充電功率大致為4.85Mvar/km，因此對于200km左右的線路在線路兩側(cè)各安裝一組600Mvar的高壓電抗器；對于300km長的線路考慮在線路兩側(cè)各安裝一組720Mvar的高壓電抗器；對于180km長的線路考慮在線路兩側(cè)各安裝一組300Mvar的高壓電抗器。

圖1 遠景廣東特高壓交流輸電方案示意圖

2.3.2 過渡方案設(shè)想

根據(jù)廣東遠景特高壓交流方案，提出以下2種過渡方案：

(1)以云南水電外送廣東、廣西送電工程為契機，建設(shè)麗江～東川～安順～桂林～佛岡特高壓西電東送輸電通道，廣東省內(nèi)則將建設(shè)佛岡～惠東雙回特高壓交流通道，預(yù)計其實施時機應(yīng)在“十三五”期間。

(2)適應(yīng)受端廣東電網(wǎng)的發(fā)展，考慮在廣東電網(wǎng)內(nèi)部首先開始建設(shè)特高壓輸變電工程。為保證廣東特高壓電網(wǎng)初期能具有較高的安全性和可靠性，可考慮為規(guī)模較大的電源點的送出工程?；洊|地區(qū)儲備電源較多，單個電廠最終規(guī)模較大如陸豐核電、惠來電廠。廣東電網(wǎng)可考慮在粵東地區(qū)建設(shè)惠東～粵東雙回特高壓交流電源送出線路，作為廣東電網(wǎng)特高壓電網(wǎng)的起步工程，預(yù)計其實施時機應(yīng)在“十三五”期間。

3 結(jié)論

從優(yōu)化資源配置、滿足廣東珠三角地區(qū)電力發(fā)展需要、節(jié)約土地資源、提高單位輸電走廊送電能力、解決大規(guī)模電源送出問題和適應(yīng)低碳經(jīng)濟發(fā)展需要等方面，廣東電網(wǎng)具有建設(shè)1000kV特高壓交流電網(wǎng)的必要性。

“十二五”、“十三五”期間是廣東電網(wǎng)大規(guī)模接受西南水電、大規(guī)模發(fā)展的核電、構(gòu)建優(yōu)化電網(wǎng)網(wǎng)架的重要時期，為滿足各時期西電東送需要，保證東西兩翼電源送出要求，避免過多直流落點珠三角負荷中心地區(qū)對電網(wǎng)安全帶來的不利影響，宜盡快開展特高壓交流輸電技術(shù)應(yīng)用專題研究，盡早對今后西電東送、省內(nèi)大型電源送出等輸電電壓等級、輸電方式進行戰(zhàn)略決策。

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