新基建背景下成都市特高壓供電體系構(gòu)建及站址規(guī)劃布局研究

岳芳寧， 肖竹韻

(成都市規(guī)劃設(shè)計研究院，四川成都 610041)

2018年底，中央經(jīng)濟(jì)工作會議首次提出建設(shè)“新型基礎(chǔ)設(shè)施”，并將其列為經(jīng)濟(jì)建設(shè)的重點(diǎn)任務(wù)之一。2020年初，為應(yīng)對疫情沖擊導(dǎo)致的經(jīng)濟(jì)下行壓力以及實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級搶占全球新一輪科技戰(zhàn)略高地，中央密集召開6次關(guān)于加快推進(jìn)新型基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的會議，全面部署新基建相關(guān)事宜。

國家層面提出的新基建七大領(lǐng)域分別為5G基建、特高壓、新能源汽車充電樁、大數(shù)據(jù)中心、人工智能和工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)。成都市政府于2020年3月初開會專項研究新基建，提出新基建鎖定四張網(wǎng)，除了涵蓋國家層面七大領(lǐng)域涉及的信息網(wǎng)、能源網(wǎng)、交通網(wǎng)外，還結(jié)合成都未來產(chǎn)業(yè)發(fā)展方向提出以產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)高級化和產(chǎn)業(yè)鏈現(xiàn)代化為核心的產(chǎn)業(yè)網(wǎng)。未來，無論信息網(wǎng)、交通網(wǎng)還是產(chǎn)業(yè)網(wǎng)都會對電力支撐的需求大大增強(qiáng)，因此做強(qiáng)以電力網(wǎng)為代表的新型能源網(wǎng)將是實現(xiàn)新基建其他三網(wǎng)發(fā)展的基礎(chǔ)保障。

在全球能源革命背景下，以可再生能源逐步取代化石能源，阻止地球生態(tài)環(huán)境惡化，實現(xiàn)能源以及人類的可持續(xù)發(fā)展是能源發(fā)展的大趨勢。國家層面也在積極推動能源消費(fèi)革命，多措施并舉，如鼓勵實施電能替代工程，通過“以電代煤”“以電代油”“以電代氣”等，突出提升電力消費(fèi)比重。此外汽車進(jìn)入電氣化時代，智能電器的發(fā)展，城市智慧系統(tǒng)的建立以及未來城市重大基礎(chǔ)設(shè)施，如高鐵、軌道、大數(shù)據(jù)中心等，均高耗能且用電安全要求高，需要強(qiáng)電力供應(yīng)保障。因此，電力作為優(yōu)質(zhì)高效、清潔便利、容易傳輸?shù)亩文茉?，將逐步成為未來的主?dǎo)能源[1-2]。

成都市作為典型的能源輸入型城市，本地一次能源較為匱乏，多以二次能源利用為主，電能在終端能源消費(fèi)中的占比不斷提高，在“十三五”末將達(dá)40.5%，用電量約658億kWh[3]，因此成都能源網(wǎng)體系建設(shè)的重點(diǎn)是電網(wǎng)體系。隨著成都公園城市示范區(qū)、成渝雙城經(jīng)濟(jì)圈、國家級成都天府新區(qū)和東部新區(qū)的建設(shè)，電力需求將不斷加大，而現(xiàn)狀成都市500 kV電源環(huán)網(wǎng)多集中在龍泉山以西且容量和送電通道均有限。因此，對現(xiàn)狀供電設(shè)施體系進(jìn)行升級融合，形成更為安全高效的新型供電體系，同時借助互聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)電網(wǎng)智能化是支撐成都市實現(xiàn)城市發(fā)展目標(biāo)的重要保障。

1 成都市電力資源現(xiàn)狀

我國電力等能源在應(yīng)用上有著明顯的“荷源分離”現(xiàn)象，80%以上清潔能源多分布在西部和北部，而電力消費(fèi)70%以上集中在東部[4]。四川省能源資源豐富，尤其是川西水能資源豐富且水電開發(fā)傳輸技術(shù)成熟，是我國重要的電力外送基地，水電裝機(jī)容量達(dá)到7 564萬kW，居全國第一[5]。成都市作為四川政治經(jīng)濟(jì)中心，是電力消費(fèi)的主戰(zhàn)場，電力在成都市現(xiàn)狀能源結(jié)構(gòu)中占比高達(dá)40%。但是相關(guān)研究發(fā)現(xiàn)[6]“受水電快速發(fā)展與電力需求增長速度不匹配、汛期來水偏豐、低谷時段電力系統(tǒng)運(yùn)行需要水電調(diào)峰棄水、現(xiàn)有外送通道不匹配等因素影響，近6年四川水電棄水問題逐漸加劇，這一方面造成國家清潔能源的巨大浪費(fèi)，另一方面大量消耗煤炭發(fā)展將進(jìn)一步縮短有限的化石使用期限，嚴(yán)重?fù)p害四川乃至全國電力供應(yīng)系統(tǒng)的健康有序發(fā)展”。從電力系統(tǒng)涉及的站址和通道本身來講，比現(xiàn)有電力輸送體系更高等級更高效率的電力輸送通道和變電站的建設(shè)對川西水電資源的高效利用至關(guān)重要。

1.1 現(xiàn)狀電網(wǎng)體系及問題

1.1.1 成都現(xiàn)狀電網(wǎng)體系

成都電網(wǎng)電源來源為川西水電，通過市域500 kV環(huán)網(wǎng)實現(xiàn)安全高效供電，形成500 kV —220 kV —110 kV —35 kV/ 10 kV四級供電體系?，F(xiàn)狀500 kV變電站7座，四向分布于成都市域，但主要位于龍泉山以西，以距成都平原較近的兩河口和雙江口等甘孜、阿壩水電群為源頭，通過500 kV廊道向成都輸電，其為西南電網(wǎng)的重要組成部分，按照國家“十三五”電力發(fā)展規(guī)劃布局，川渝藏將形成獨(dú)立的同步電網(wǎng)，西南電網(wǎng)立足滿足西南地區(qū)社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展用電需求和電源接入需要的同時，需實現(xiàn)清潔能源在西南及全國范圍內(nèi)的消納利用，因此成都市水電群同時也承擔(dān)向東部和華東地區(qū)輸電任務(wù)。

1.1.2 現(xiàn)狀電網(wǎng)體系問題

成都電網(wǎng)以500 kV為主網(wǎng)架，形成“梯格型”環(huán)網(wǎng)，在滿足自身用電需求的同時，還經(jīng)多回特高壓直流大功率外送至東部和華東地區(qū)，導(dǎo)致“梯格型”環(huán)網(wǎng)上的部分500 kV線路N—1時存在過載風(fēng)險，而多個500 kV變電站或線路故障可引發(fā)對跨區(qū)電網(wǎng)的嚴(yán)重沖擊，限制了跨省、跨區(qū)斷面送電能力，電網(wǎng)實際運(yùn)行中水電送出通道和跨區(qū)跨省斷面長期壓限額運(yùn)行，穩(wěn)裕度低。

隨著經(jīng)濟(jì)社會快速發(fā)展，用電需求和送電范圍越來越大，成都電網(wǎng)也越來越密集，短路電流高、電壓支撐弱、穩(wěn)定水平低、故障轉(zhuǎn)移能力不足等安全風(fēng)險日益嚴(yán)重。500 kV主網(wǎng)在確保安全、供電、水電送出等方面捉襟見肘，“大而不強(qiáng)、大而不優(yōu)”的瓶頸效應(yīng)凸顯。此外，甘孜、阿壩等水電群送電成渝負(fù)荷中心的輸電通道需要避讓眾多自然保護(hù)區(qū)、風(fēng)景名勝區(qū)和不良地形地質(zhì)區(qū)，通道走廊資源十分稀缺，無法提供更多用于水電送出的輸電通道，迫切需要通過1 000 kV特高壓提高通道的送電效率，減少通道占用。

1.2 城市發(fā)展對電網(wǎng)體系建設(shè)的需求

基于現(xiàn)狀500 kV電源環(huán)網(wǎng)主要分布于龍泉山以西，而在成都雙城經(jīng)濟(jì)圈建設(shè)背景下，未來成都發(fā)展方向重點(diǎn)為龍泉山以東的東部新區(qū)以及成都南部的天府新區(qū)，同時考慮傳輸廊道不足、500 kV梯格型網(wǎng)架自身的復(fù)雜和脆弱性以及川西水電作為能源外送基地的電力送出任務(wù)，整個川西電網(wǎng)必須構(gòu)建更安全高效韌性的電力傳輸系統(tǒng)，在滿足中長期自身用電需求和外送需要，為成都市乃至整個西南電網(wǎng)服務(wù)城市提供能源保障。

2 成都供電體系需求分析

2.1 城市發(fā)展對電能需求進(jìn)一步增大

電能是成都能源的主力，成都是未來“一帶一路”的銜接與控制中樞，具有組織西南、貫通內(nèi)陸、影響東南亞的重要區(qū)位，在全省經(jīng)濟(jì)中占有重要地位，同時隨著長江經(jīng)濟(jì)帶建設(shè)、天府新區(qū)及東部新區(qū)建設(shè)等多重歷史性發(fā)展機(jī)遇匯集，成都經(jīng)濟(jì)社發(fā)展水平將邁上新臺階，成都經(jīng)濟(jì)圈用電將增長迅速，供電保障壓力不斷增大，需構(gòu)建更高效安全的電力傳輸體系方可支撐城市發(fā)展建設(shè)。

從用電需求來看，在編《成都市電力設(shè)施布局規(guī)劃》研究確定2035年成都中心城區(qū)用電需求為人均9 000 kWh/a，較2020年人均6 000 kWh/a增長近50%，規(guī)劃期末全域用電總負(fù)荷將達(dá)約3 600萬kW。

從用電分布區(qū)域來講，成都新增電力負(fù)荷主要集中于東部新區(qū)和天府新區(qū)，現(xiàn)有通道無法滿足“十四五”期間新增負(fù)荷用電需求，預(yù)計2022年豐、枯期將出現(xiàn)較大的電力缺額。再者，在四川省“一干多支、五區(qū)協(xié)同”以及“成德眉資同城化”戰(zhàn)略框架下，成都南部樂、眉地區(qū)以及東部德陽、資陽地區(qū)將進(jìn)入快速發(fā)展期，各種大用戶高耗電企業(yè)的接入將使用電缺額進(jìn)一步擴(kuò)大。此外，新基建涉及的城際和城市軌道交通、5G基建和大數(shù)據(jù)中心以及人工智能等都是耗電量大且用電安全性高的用戶，對電網(wǎng)安全性和容量同時提出更高要求。尤其是成都作為西南地區(qū)交通樞紐城市，城際高鐵建設(shè)進(jìn)入高速階段，將明顯引發(fā)電力需求快速增長[8]。

從電力通道來看，甘孜等水電群送電成渝負(fù)荷中心的輸電通道需要自西向東跨越多個區(qū)域，其中涉及避讓眾多自然保護(hù)區(qū)、風(fēng)景名勝區(qū)和不良地形地質(zhì)區(qū)，因此可用于建設(shè)通道走廊的資源十分稀缺，無法提供更多用于水電送出的輸電通道，因此需要提升有限輸電廊道的輸電效率，建立更高效的輸電體系。

2.2 特高壓技術(shù)發(fā)展為高效輸電提供支持

特高壓輸電技術(shù)具有輸送容量大、傳輸距離遠(yuǎn)、運(yùn)行效率高和輸電損耗低等技術(shù)優(yōu)勢，目前是全世界最先進(jìn)的輸電技術(shù)，一回路特高壓直流電網(wǎng)可送電600萬kW，相當(dāng)于現(xiàn)有500 kV直流電網(wǎng)的5～6倍、送電距離的2～3倍。且根據(jù)國家電網(wǎng)測算，輸送1 km電力，特高壓線路比500 kV高壓線路節(jié)省60%土地資源。為了解決我國電力應(yīng)用明顯的“荷源分離”現(xiàn)象同時進(jìn)一步提高清潔能源利用效率，2006年國家開始全面建設(shè)1 000 kV交流特高壓線路，形成特高壓電網(wǎng)骨干網(wǎng)架，實現(xiàn)各大區(qū)電網(wǎng)的同步互聯(lián)和智能調(diào)配。

截至當(dāng)前，我國有25條在運(yùn)特高壓線路(11交14直)、7條在建特高壓線路(4交3直)以及7條待核準(zhǔn)特高壓線路(5交2直)。詳見圖1[7]。國家電網(wǎng)戰(zhàn)略和成熟的特高壓技術(shù)將為成都構(gòu)建特高壓電網(wǎng)傳輸體系提供政策和技術(shù)支持。

圖1 國家電網(wǎng)在建在運(yùn)特高壓工程示意(資料來源：國家電網(wǎng)有限公司官網(wǎng)www.sgcc.com.cn，至2020年3月數(shù)據(jù))

基于以上分析，成都迫切需要在源頭構(gòu)建1 000 kV特高壓環(huán)網(wǎng)，提高送電效率和用電安全，保障成都未來城市高效高質(zhì)發(fā)展，同時支撐國家西電東送戰(zhàn)略，使川西水電資源實現(xiàn)高價值利用。

3 特高壓供電體系構(gòu)建及相關(guān)站址和通道建設(shè)要求

3.1 特高壓供電體系構(gòu)建

成都電網(wǎng)作為西南電網(wǎng)重要部分，全面對接融入整個西南供電體系，按照國家電力發(fā)展整體布局，整個西南電網(wǎng)將在現(xiàn)狀四級體系基礎(chǔ)上在源頭增加特高壓環(huán)網(wǎng)，加強(qiáng)電力能源的高效使用和供給的安全保障，形成支撐未來整個西南地區(qū)城市發(fā)展的高效安全韌性的新型電力供應(yīng)體系。從四級到五級，1 000 kV為特高壓電源，500 kV為超高壓電源，220 kV作為高壓輸電網(wǎng)，110 kV和作為高壓配電網(wǎng)，35 kV和10 kV作為中壓配電網(wǎng)。個別大用戶，如大數(shù)據(jù)中心，大科學(xué)裝置亦需要220 kV作為供電源直接介入，詳見圖2。

圖2 成都市新型供電體系

3.2 特高壓站址和廊道的選址研究

因1 000 kV特高壓電網(wǎng)站址及通道占地要求高，且對周邊區(qū)域有電磁輻射及噪音影響，會對周邊城鎮(zhèn)發(fā)展產(chǎn)生較強(qiáng)的阻隔，筆者按照規(guī)范要求，結(jié)合其他城市案例，對1 000 kV特高壓站址和廊道的選址要求以及用地規(guī)模進(jìn)行了專項研究，為成都市特高壓站址和通道的選址提供較為合理的建議。

3.2.1 規(guī)范要求

與特高壓站址和廊道選址相關(guān)的規(guī)范主要有Q/GDW1786—2013《1000 kV變電站設(shè)計技術(shù)規(guī)范》和GB50665—2011《1000 kV架空輸電線路設(shè)計規(guī)范》。規(guī)范對站址和廊道的選擇提出了明確要求，主要為避讓不良地質(zhì)區(qū)和重點(diǎn)保護(hù)自然區(qū)、人文遺址以及電磁環(huán)境敏感目標(biāo)等，廊道方面還應(yīng)考慮便于發(fā)電廠和變電站的進(jìn)出線。

3.2.2 案例借鑒

(1)淮南—南京—上海和淮南—浙北—上海1 000 kV特高壓交流輸變電工程[9]。該工程為世界首個特高壓交流環(huán)網(wǎng)，主要接入華東電網(wǎng)，為上海、南京、蘇州、杭州等重要城市提供電源，是我國重要的西電東送戰(zhàn)略工程，對于促進(jìn)華東地區(qū)和江蘇省經(jīng)濟(jì)社會可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。

該特高壓環(huán)線跨越3省(安徽、江蘇、浙江)10余個城市，涉及南京變、泰州變、蘇州變和浙北變四座特高壓變電站。沿途主要經(jīng)過鄉(xiāng)村地區(qū)，局部跨越長江，盡量避讓生態(tài)敏感區(qū)和城市規(guī)劃區(qū)及其他電磁環(huán)境、聲環(huán)境敏感目標(biāo)。站址均選擇在其服務(wù)的重要城市如南京、泰州、蘇州、杭州等市域外圍，用地面積多在13.3 ha以上，詳見圖3。

圖3 淮南—南京—上海和淮南—浙北—上海1000 kV特高壓交流輸變電工程(資料來源:《關(guān)于淮南—南京—上海1000 kV交流輸變電工程環(huán)境影響報告書的批復(fù)》)

(2)張北—雄安(北京西)1 000 kV特高壓交流輸變電工程[10]。該工程建設(shè)主要為解決張北地區(qū)清潔能源外送及雄安地區(qū)清潔能源供電需要。全線經(jīng)過河北省張家口市(張北縣、萬全區(qū)、懷安縣、陽原縣、蔚縣)、保定市(淶源縣、易縣、徐水區(qū)、定興縣)。盡量避讓了城市規(guī)劃建設(shè)區(qū)及生態(tài)敏感區(qū)。涉及張北和雄安兩處特高壓變電站，兩站均遠(yuǎn)離城鎮(zhèn)區(qū)域，其中雄安站選址于雄安新區(qū)西北側(cè)20 km外，位于定興縣固城鎮(zhèn)境內(nèi)，南距保定市約40 km，東距固城鎮(zhèn)約7 km。張北站位于張北縣二泉井鄉(xiāng)劉油坊村西南側(cè)，用地面積約15.9 ha。

3.2.3 對成都特高壓站址及廊道的選址建議

考慮特高壓站址(單個站址占地13.3 ha以上)及通道(雙回通道寬度約300 m以上)占地要求高，且對周邊區(qū)域有電磁輻射及噪音影響，會對周邊城鎮(zhèn)發(fā)展產(chǎn)生較強(qiáng)的阻隔，結(jié)合照規(guī)范要求和案例分析，筆者建議成都市特高壓變電站及廊道選址考慮在市域外圍，臨近東部和南部高負(fù)荷區(qū)域，同時站址和廊道避讓生態(tài)敏感區(qū)，電磁以及噪聲敏感區(qū)，若須跨越以上區(qū)域，須先進(jìn)行周邊區(qū)域環(huán)境影響評估。

3.2.3.1 站址選址主要原則

(1)盡量選址在城市建設(shè)用地外，遠(yuǎn)離學(xué)校、醫(yī)院、科研單位等電磁環(huán)境、聲環(huán)境、生態(tài)環(huán)境敏感目標(biāo)。

(2)宜利用荒地、劣地，不占或少占耕地和經(jīng)濟(jì)效益高的土地。

(3)避開滑坡、泥石流等不良地質(zhì)區(qū)，盡量避免或減少破壞林木和自然地貌。

(4)避讓重點(diǎn)保護(hù)的自然區(qū)和人文遺址，不壓覆礦產(chǎn)資源，否則應(yīng)征的相關(guān)部門同意。

(5)距飛機(jī)場、導(dǎo)航臺、地面衛(wèi)星站、軍事設(shè)施、通信設(shè)施以及易燃易爆設(shè)施安全距離符合國家標(biāo)準(zhǔn)。

(6)地震烈度為9度地區(qū)不應(yīng)建設(shè)。

3.2.3.2 廊道路徑選擇主要原則

(1)宜避開重冰區(qū)、不良地質(zhì)地帶、原始森林區(qū)等生態(tài)敏感區(qū)以及嚴(yán)重影響安全運(yùn)行的其他地區(qū)，并應(yīng)考慮與鄰近設(shè)施如電臺、機(jī)場、弱電線路等的相互影響。

(2)宜避開軍事設(shè)施、大型工礦企業(yè)等重要設(shè)施，并符合城鎮(zhèn)規(guī)劃。

(3)盡量選線在城市建設(shè)用地外圍，遠(yuǎn)離學(xué)校、醫(yī)院、科研單位等電磁環(huán)境、聲環(huán)境、生態(tài)環(huán)境敏感目標(biāo)。

(4)發(fā)電廠和變電站的進(jìn)出線，應(yīng)依據(jù)廠、站的總體布置統(tǒng)一規(guī)劃。對規(guī)劃中的兩回路或多回路線路，在路徑狹窄地段宜采用同桿塔架設(shè)。

4 促進(jìn)電力設(shè)施的鄰利化

特高壓站址一般占地較大，對周邊環(huán)境有一定影響，因此一般選址于建成區(qū)外緣的郊區(qū)，但是交通較為方便，因此，可充分利用該類變電站的的開敞空間，植入觀光游覽，教育體驗等功能，變“鄰避”為“鄰利”。其次，以公園城市建設(shè)為指導(dǎo)，對站址的建筑外立面作藝術(shù)化處理，消解建筑巨大的體量感，提升景觀效果和城市環(huán)境品質(zhì)。

5 結(jié)束語

在新基建背景下，在成都構(gòu)建以特高壓為源頭的新型供電體系，全面融入西南電網(wǎng)和國家能源戰(zhàn)略體系，既能充分滿足川西水電群新能源送出，服務(wù)甘孜、阿壩兩大藏區(qū)綠色發(fā)展大計，又能保障成都地區(qū)安全可靠供電，為成都市實現(xiàn)美麗宜居公園城市，建設(shè)成都雙城經(jīng)濟(jì)圈等城市目標(biāo)提供能源支撐，也可助力成都市推動能源消費(fèi)革命，落實國家能源戰(zhàn)略、促進(jìn)能源清潔化發(fā)展。

筆者就成都市新型電力體系構(gòu)建及該體系相關(guān)的特高壓電網(wǎng)的站址及通道選址進(jìn)行了一定研究，以期在項目建設(shè)中做好體系指導(dǎo)，同時也為新基建涉及電力項目建設(shè)提供技術(shù)支撐，比如特高壓站址和配套廊道選址應(yīng)考慮的事項和遵循的原則。同時，對未來電力設(shè)施的智能化和鄰利化發(fā)展提出一定的建議，鼓勵電力設(shè)施探索“一站多能”的建設(shè)模式，實現(xiàn)市政設(shè)施的鄰利化，提升環(huán)境品質(zhì)的同時，亦可實現(xiàn)城市土地資源的集約化利用。

下一步，成都市在整個電網(wǎng)體系建設(shè)時，可在源頭系統(tǒng)化安排各級電網(wǎng)體系設(shè)施，做好上層級戰(zhàn)略支撐。同時對現(xiàn)有電網(wǎng)等級各類設(shè)施和廊道進(jìn)行相應(yīng)改造升級或重新整合，作為特高壓配網(wǎng)工程，需在整個大電網(wǎng)建設(shè)體系下按照各自的專項規(guī)劃推進(jìn)實施，如此方可在中遠(yuǎn)期后形成體系完善的堅強(qiáng)電網(wǎng)，為成都市發(fā)展建設(shè)提供強(qiáng)有力的電力基礎(chǔ)支撐。