我國電網(wǎng)未來發(fā)展模式和關(guān)鍵技術(shù)

文 Article_周孝信

隨著經(jīng)濟社會的發(fā)展，我國的用電需求將不斷增長，用電特性和能源結(jié)構(gòu)也會在這一過程中不斷變化，為此，要構(gòu)建符合未來社會發(fā)展需求的電網(wǎng)，必須開展中長期（2030～2050年）電力需求和供應(yīng)預(yù)測，并依此進行電網(wǎng)建設(shè)和相關(guān)技術(shù)研究。

2013年，我國人均年電力消費為3911千瓦時，清潔能源電量比重占23.78%。按照“推動能源消費革命”的理念，通過貫徹落實節(jié)能優(yōu)先方針，推行強化節(jié)能措施，建議我國中長期（2030～2050年）電力需求按人均年用電量不超過8000千瓦時考慮，以清潔能源發(fā)電量占60%的供應(yīng)方案作為發(fā)展目標(biāo)。8000千瓦時以下的人均年用電量大致相當(dāng)或稍高于法國、德國、日本當(dāng)前水平，是我國2013年人均年用電量的2倍。將2030～2050年全國人口按照約15億人計算，預(yù)測全國用電總量將達(dá)到12萬億千瓦時，是2013年全社會用電量5.32萬億千瓦時的2.25倍。

在此基礎(chǔ)上分析2030～2050年我國電力流的總體格局，我認(rèn)為會有兩種可能的情況：第一，在此期間，我國能源資源和負(fù)荷中心的逆向分布仍未發(fā)生大的改變，電力仍需大容量遠(yuǎn)距離輸送，但整體上與2030年相比無顯著增長，風(fēng)電、太陽能發(fā)電的消納將成為電力流增加的主要推動力。第二，隨著核電及大規(guī)?？稍偕茉吹拈_發(fā)以及煤電裝機容量的減少，以及負(fù)荷中心向中西部地區(qū)的擴展、分布式能源的滲透率提高等，在此期間電力流格局將發(fā)生較大變化，由目前的大容量遠(yuǎn)距離輸送趨向于電力與負(fù)荷基本均衡的方向發(fā)展，未來對電力的大容量遠(yuǎn)距離輸送需求將部分減少或較多地減少。根據(jù)目前的發(fā)展形勢來看，除非中東部和西部的電力需求比例發(fā)生重大變化，出現(xiàn)第二種情況的可能性較小，2030～2050年期間，電力流將維持穩(wěn)定乃至略有增長。

所以，按強化節(jié)能和清潔化約束原則，推薦人均年消費電量8000千瓦時（清潔電量占60%）的優(yōu)化電力供應(yīng)方案如下：發(fā)電量總量約12萬億千瓦時，其中煤電占40%，水電占13.13%，非水可再生能源電（太陽能、風(fēng)能、生物質(zhì)能）占21.88%，核電占17.5%、天然氣電量占7.5%。

全國發(fā)電裝機總?cè)萘繛?3.68億千瓦，其中煤電裝機9.6億千瓦、水電4.5億千瓦、核電3億千瓦、非水可再生能源14.58億千瓦、氣電2億千瓦。

電力消費分區(qū)預(yù)測表明，2030～2050年我國西部用電量將占全國用電總量的26%～27%，占比較現(xiàn)在的23%略有增加。按人均8000千瓦時的發(fā)展目標(biāo)測算，我國2030～2050年中長期西部輸送到中東部地區(qū)的電力容量將由現(xiàn)在的1億千瓦增加到4.5億～5.5億千瓦，相應(yīng)輸送電量為2萬億～2.5萬億千瓦時。這是對未來的輸電和電網(wǎng)技術(shù)的重大挑戰(zhàn)。

總體來說，我國電網(wǎng)未來發(fā)展的目標(biāo)是：在電源開發(fā)方面，支持清潔能源電量占總量60%以上目標(biāo)的實現(xiàn)；在電能傳輸和分配方面，支持實現(xiàn)西電東送（含北電南送）規(guī)模達(dá)到4.5億～5.5億千瓦以上的目標(biāo)，支持可再生能源和天然氣分布式電源在配電網(wǎng)的規(guī)?；尤?；在電能利用方面，支持強化節(jié)能，提高能源利用效率，提高電能在終端用能的比重。

這一目標(biāo)的實現(xiàn)與整個能源電力發(fā)展密切相關(guān)。經(jīng)過10多年的技術(shù)研發(fā)和實踐，我國交流和直流特高壓輸電技術(shù)和電網(wǎng)技術(shù)已獲得重大突破，為實現(xiàn)大容量遠(yuǎn)距離輸電奠定了堅實基礎(chǔ)。

采用新材料、新器件、新原理的輸電技術(shù)，如新型電壓源直流輸電技術(shù)、直流電網(wǎng)技術(shù)、超導(dǎo)輸電技術(shù)、新型大容量輸電線路技術(shù)等，如能獲得突破，并使之實用化，將為我國未來電網(wǎng)發(fā)展提供更多的技術(shù)選擇。

直流輸電網(wǎng)技術(shù)、超導(dǎo)輸電技術(shù)在近期尚不具備大規(guī)模工程應(yīng)用能力，因此在2030年前近距離輸電將主要采用特高壓/超高壓交流輸電方式，遠(yuǎn)距離則主要采用特高壓/超高壓直流輸電方式，我國將形成超/特高壓交、直流輸電技術(shù)為核心的混合輸電網(wǎng)模式。

另外，由于超導(dǎo)技術(shù)的突破主要取決于物理學(xué)和材料學(xué)基礎(chǔ)研究的進展，具有很大的不確定性，而基于新型直流輸電的直流輸電網(wǎng)技術(shù)已經(jīng)取得階段性成果，預(yù)期在可以預(yù)見的將來會有較大突破，我國在2030～2050年實現(xiàn)采用常規(guī)導(dǎo)體的主干直流輸電網(wǎng)的可能性更大。

按照我國中長期大容量遠(yuǎn)距離輸送電力的客觀需求，在西部構(gòu)建送端直流輸電網(wǎng)，也具有其必要性和優(yōu)越性。首先，這能夠更好地滿足未來電力由西部向中東部地區(qū)遠(yuǎn)距離、大容量輸送的重大需求。其次，這能夠在西部送端實現(xiàn)風(fēng)電、太陽能發(fā)電、水電、煤電等不同特性電源之間補償調(diào)節(jié)，解決新能源出力的隨機性和波動性問題。再次，這可以充分利用輸電走廊和線路資源，提高輸電系統(tǒng)資產(chǎn)利用效率。此外，還能實現(xiàn)西部廣大地區(qū)各交流電網(wǎng)的異步連接，提高運行的穩(wěn)定性，滿足西部的用電需求。

根據(jù)未來電力流和關(guān)鍵輸電技術(shù)發(fā)展趨勢預(yù)測分析，可以預(yù)期：2030年前，我國將延續(xù)超/特高壓交、直流輸電技術(shù)為核心的輸電模式，電力電子技術(shù)和新型直流輸電技術(shù)等新的電網(wǎng)技術(shù)不斷發(fā)展；2030～2050年，在新型直流輸電技術(shù)成熟的條件下，我國可能形成西部送端直流輸電網(wǎng)和中東部受端超/特高壓交流電網(wǎng)相融合的輸電網(wǎng)模式。

針對近中期的技術(shù)需求，需要研究安全可靠、經(jīng)濟合理、技術(shù)先進，能滿足輸電需求的交直流輸電網(wǎng)結(jié)構(gòu)；要研究相應(yīng)的電網(wǎng)運行控制技術(shù)，提高系統(tǒng)的輸電能力及電網(wǎng)的安全性、可靠性和經(jīng)濟性，特別要注重研究受端電網(wǎng)接收大量直流輸電的安全穩(wěn)定問題。

針對中長期我國有可能形成西部送端直流輸電網(wǎng)與中東部受端超/特高壓交流電網(wǎng)有效融合的輸電網(wǎng)模式，需要提前重點部署新型直流輸電及直流輸電網(wǎng)技術(shù)的研究包括基礎(chǔ)性前瞻性研究和高技術(shù)開發(fā)。

相關(guān)鏈接：儲能技術(shù)助力構(gòu)建綠色電力系統(tǒng)

文 Article_王永干

電力儲能是能源安全體系中的組成部分。它涉及電力結(jié)構(gòu)調(diào)整、節(jié)能減排、大氣治理、電力多元化供應(yīng)等方面，能驅(qū)動技術(shù)創(chuàng)新、產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新、商業(yè)模式的創(chuàng)新，已經(jīng)引起政府、企業(yè)和研究機構(gòu)的廣泛關(guān)注和重視。

近年來大量涌現(xiàn)的新能源因其自身特性加上無序發(fā)展，對電網(wǎng)安全運行提出了嚴(yán)重挑戰(zhàn)。圍繞綠色低碳與轉(zhuǎn)換效率的雙重主線，電力行業(yè)當(dāng)前發(fā)展應(yīng)定格在安全、綠色、開放的理念上。這其中，電力儲能技術(shù)的發(fā)展正孕育著重大的突破。

首先，儲能技術(shù)的研究和應(yīng)用，對電力結(jié)構(gòu)調(diào)整有十分重要的作用。

大規(guī)模的儲能，可助力傳統(tǒng)水電、火電的調(diào)控。目前抽水蓄能方式已為電力系統(tǒng)調(diào)峰調(diào)頻發(fā)揮了重要作用。我國抽水蓄能裝機容量到2020年將達(dá)到7000萬千瓦，儲能系統(tǒng)規(guī)模化投入后，可以使火電機組維持經(jīng)濟運行，提升火電機組發(fā)電效率和使用壽命，幫助電網(wǎng)更優(yōu)質(zhì)地完成調(diào)控目標(biāo)。

其次，電力儲能可以進一步促進可再生能源健康發(fā)展。要解決棄風(fēng)棄光等問題，除進一步加大電網(wǎng)輸送能力外，建設(shè)大型儲能電站也是一個有效途徑。因為可再生能源發(fā)電具有間歇性、不穩(wěn)定等特點，而儲能可以幫助解決這種隨機性、不可控的問題，減少可再生能源發(fā)電對電網(wǎng)的沖擊。

未來電網(wǎng)各級配電系統(tǒng)中，將出現(xiàn)各種形式的分布式發(fā)電。我國傳統(tǒng)的能源生產(chǎn)消費方式，將會發(fā)生革命性的改變。每個企業(yè)、每個家庭，都可能參與電力生產(chǎn)和電力平衡，這需要智能電網(wǎng)的支持，而儲能技術(shù)正逐漸成為構(gòu)建智能、高效、可靠綠色電力系統(tǒng)的一個關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

由國家電網(wǎng)公司牽頭的國家風(fēng)光儲輸示范工程，目前已實現(xiàn)有效平滑上網(wǎng)、削峰填谷、系統(tǒng)調(diào)頻等功能。此外，國家電網(wǎng)公司在山東青島建成大型電動汽車充換儲放一體化站，日前還宣布全面開放分布式電源并網(wǎng)工程、電動汽車充換電設(shè)施市場，一批智能電網(wǎng)示范項目已投入應(yīng)用……這都為我國儲能技術(shù)的研究和發(fā)展積累了寶貴經(jīng)驗。

最后，儲能技術(shù)發(fā)展離不開政策的支持。建議將儲能發(fā)展納入新能源發(fā)展和電網(wǎng)建設(shè)同步規(guī)劃，針對示范項目運行中的問題，深入研究各項政策，為大規(guī)模推動電力儲能做好政策準(zhǔn)備。通過市場機制，形成合理的儲能價格機制。加大對大容量儲能技術(shù)研發(fā)的投入，促進技術(shù)的多元化發(fā)展。