未来中国输电网发展模式的分析与展望_孙玉娇

第 37 卷 第 7 期 2013 年 7 月 文章编号：1000-3673（2013）07-1929-07
电 网 技 术 Power System Technology 中图分类号：TM 721 文献标志码：A
Vol. 37 No. 7 Jul. 2013 学科代码：470·4051
未来中国输电网发展模式的分析与展望
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Offshore Grid Initiative ，NSCOGI)，该计划是欧盟 成员国与挪威之间的合作，旨在创建可连接跨越欧 洲北部海域的风电厂和其他可再生能源的综合海 上能源网络，可将北海地区丰富的可再生能源，如 苏格兰的风电站、德国的太阳能阵列、比利时和丹 麦的波浪能发电站以及挪威的水电站等联系在一 起， 被认为是欧盟 6 个优先能源基础设施行动之一。 按欧盟委员会的说法，北海海上网络将成为未来欧 洲“Super Grid”的一部分。 2008 年 12 月 17 日， 欧盟通过了气候变化一揽 子计划，设定了“20-20-20”目标[17]。2009 年 7 月 8 国集团(G8)峰会发表减排宣言， 提出了到 2050 年 全球温室气体至少减排 50%，发达国家排放总量比 1990 年减少至少 80%以上的长期目标。2009 年 10 月，欧洲议会为欧洲及其他发达国家设定的减排目 标是：到 2050 年排放量比 1990 年的排放量低 85%90%。 为达到节能减排目标，保证能源安全，提高欧 洲经济的竞争力，欧盟委员会在其“欧洲能源技术 战略规划”[18]中提出了多项倡议，其中电力倡议的 目标是：到 2020 年实现至少 35%的电力由分布及 集中式的可再生能源提供，到 2050 年电力可实现 100%脱碳化生产。同时提出进一步整合国家电网， 形成真正的以市场为基础的泛欧洲电网，并对欧洲 电网进行升级改造，应对新的挑战。 2009 年 11 月 7 日， “欧洲北海各国海上网络计 划”的政治声明在欧盟能源局签署[19]，2010 年，欧 洲气候基金会(European Climate Foundation，ECF) 制定了至 2050 年的具体路线图
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孙玉娇等：未来中国输电网发展模式的分析与展望
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未来，随着大容量远距离电力输送需求的增 加，我国电网如何发展目前还存在争议。本文借鉴 国外电网发展思路，根据我国未来电源及负荷发展 预测结果，对我国 2020 年及 2030 年电网发展模式 进行预测，对我国 2050 年电网发展模式进行展望， 并总结我国未来电网发展可能存在的技术需求。
0 引言
化石能源的日渐枯竭，以及使用化石能源带来 的环境影响，使人类不得不寻求新的途径，解决能 源危机和环境污染问题。 从欧美国家来看，美国石油资源一直十分依赖 进口[1]，国际油价的波动使美国在能源战略上发生 了重大转变[2-5]，未来将更加重视国内资源的开发， 减少对国外资源的过分依赖，并通过提高能源利用 效率、利用新技术、发展能源供应的多样性等措施 保证能源供给的安全。 电网方面则提出 “Grid 2030” 计划，对美国未来电网进行了设想，以适应未来各 方面条件的变化。 欧洲对化石能源的依赖度同样较高，一次能源 的 80%来自于化石能源，为了保证能源安全，应对 气候变 化， 已有众 多学 者和机 构提 出建设 欧洲 “Super Grid”建议，该“Super Grid”可实现大规 模可再生能源供电，保证能源供给的安全和清洁。 未来我国负荷将持续增长， 面对能源资源紧张及 环境气候变化的双重压力， 除了采用节能减排等措施 以外，将同样大力发展风能、太阳能等可再生能 源 [6-10]。 由于我国能源资源分布及负荷分布极为不均 衡，而未来大规模可再生能源的发展将进一步加重 这一局面，因此，电网作为电力传输的载体，在能 源资源优化配置中将起到十分重要的作用。 目前我国已经规划建设了多条超/ 特高压直流 输电工程，可以将西部、西南部、北部地区电力送 往中东部负荷中心地区。
可以说，美国为了实现“Grid 2030”计划煞费 苦心，召集了 60 多个高层确定电网远景设想，200 多个电力专业人员进行路线图的设计，足以看出美 国对“Grid 2030”计划的重视。 而从 “Grid 2030” 计划中未来电网的定位来看， 美国提出“Grid 2030”电网设想不仅仅是为了满足 负荷增长需要、大容量电力输送需求、接纳新能源 及减少环境污染的目的，而且是由于美国电力设备 老化需要更新换代，美国的电力市场竞争机制及各 种技术的发展对电网发展产生驱动，同时也涉及到 美国的国家安全问题等。可以说， “Grid 2030”的 定位是全方面的，既涵盖了不同需求，又融合了各 种可用技术，并在设计中不断更新升级。其电网设 想提出的思路及为了实现该设想所采取的技术路 线对我国未来远期电网设计具有一定的借鉴意义。 欧洲为了解决能源危机、应对气候变化，同样有多 个机构提出不同的电网设想。早在 2003 年即有学 者提出泛地中海新能源合作的想法[13]， 指出将欧洲 的海上风电、北非及近东的风电、太阳能发电用 HVDC 与欧洲电网相连， 既可解决欧洲的 CO2 排放 问题，又可解决北非及近东的社会经济发展及就业 问题，同时可以通过电网互联及电力交易等方式加 强地中海区域各国家的社会经济和谐发展及睦邻 友好合作关系。 2004 年， Czisch 博士[14]根据具体的 数据，进行了详细的建模研究和分析比较，指出利 用现有的技术将欧洲及其周边国家电网相连，可在 保证供电可靠性的前提下，实现欧洲 100%可再生 能源发电，且电力成本没有增加，甚至会减少，这 为欧洲后续提出建设“Super Grid”提供了依据。 2006 年，Airtricity 风能有限公司制定了“欧洲海上 Super Grid”计划[15]，该“Super Grid”是一个高压 海底传输网络，可最终覆盖波罗的海、北海、爱尔 兰海、英吉利海峡、波斯湾及地中海。2007 年，泛 地中海可再生能源合作组织提出了 DESERTEC 概 念[16]，指出在撒哈拉沙漠建立覆盖面积达 17 000 平方公里的集中式光热太阳能电站、光伏电站及风 电厂， 其产生的电力通过 HVDC 电缆送往欧洲及非 洲国家，可为中东、北非国家提供大量电力，且可 进行海水淡化，并可进一步为欧洲大陆提供 15%的 电力。 2008 年 ， 欧 盟 在 “ Second Strategic Energy Review-Securing our Energy Future”中提出“北海 各 国 海 上 风 电 计 划 ” (the North Seas Countries’
1 欧美电网发展思路及对我国电网的借鉴 意义
美国电力设备及基础设施严重老化，由于电力 投资不足，发生电力阻塞的输电线路增加，大停电 事故发生概率增大，8.14 大停电事故给美国造成了 巨大的经济损失和严重的社会影响。为了实现电网 的升级改造，建造现代化电力系统，美国能源部组 织众多部门、机构召开 2 次会议，第 1 次会议对未 来电网进行设想，提出了“Grid 2030”计划
[11]
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2 次会议为实现该计划设计了具体的路线图[12]。 在“Grid 2030”计划中，美国提出在现有网络 上建设国家主干网，通过国家主干网将东西海岸、 加拿大及墨西哥联系起来，主干网可用于在国家层 面上进行电力供应及需求平衡，扩大电力供应范 围，实现资源优化配置，可通过利用全国范围内的 季节性、区域性气候多样性及需求侧管理等方式实 现高效送电，降低网损。在技术实现上，国家主干 网涉及多种技术，如超导电缆及变压器、先进电导 体、信息及通信技术以及控制技术等。 “Grid 2030” 计划中同时指出超导系统可以减少网损，减少输电 走廊，扩大输电能力，与高压直流输电及其他先进 导体实现无缝整合，并可实现电力、氢能的同时输 送，因此，在建设国家主干网时若考虑将超导输电 与液态氢输送结合起来可节省总的基础设施费用。 美国提出“Grid 2030”计划时，仅提出了一个 电网结构的设想，尚未确定具体的电网实现方式， “Grid 2030”是一个开放式的概念，其方案设计需 要一个长期的研究过程，如 1—3 年的时间。由于 有太多的未知因素，如电网的最终需求、研发进程 的预期等，且当设计方案同时有多种选择时，需要 经过一段时间以后对其中某一方案的相对优势理 解得更为透彻时才能决定选择哪一方案，而设计过 程中新技术的发展也将不断融入其中。 “Grid 2030” 的具体路线图的提出即是对后续如何实现“ Grid 2030”中电网结构方案的设计比选、解决后续涉及 到的关键问题等进行详细的路线设计。
孙玉娇，周勤勇，申洪
（中国电力科学研究院，北京市 海淀区 100192）
Analysis and Prospect on Development Patterns of China’s Power Transmission Network in Future
SUN Yujiao, ZHOU Qinyong, SHEN Hong
(China Electric Power Research Institute, Haidian District, Beijing 100192, China) ABSTRACT: The development ideas of power grid in Europe and America are presented and the inspirations that could be leant from these development ideas for China’s power grid development in future are pointed out. Based on the predicted results of power sources and load in China in future, the possible power stream patterns in 2020, 2030 and 2050 are analyzed, and the development patterns of China’s power transmission networks in 2020 and 2030 are predicted and the development pattern of China’s power transmission networks in 2050 is prospected. On this basis, it is pointed out that the nationwide interconnection of power grids in China is an inexorable trend. In 2020 and 2030, China’s power grids will be mainly developed in the pattern of EHV/UHV AC/DC hybrid transmission network, and in 2050 there will possibly coexist three development patterns, namely the AC/DC EHV/UHV hybrid power transmission mode, the superconducting backbone network and the matching pattern between power source and load. Finally, the requirement on key technologies for China’s power network development in future is summarized. KEY WORDS: Grid 2030; Super Grid; power grid development patterns; power transmission network; the year 2050 摘要：介绍了欧、美国家电网发展设想，指出其对我国未来 电网发展具有一定的借鉴意义和启示， 并根据我国未来电源 及负荷预测结果，分析了我国 2020 年、2030 年及 2050 年 可能的电力流格局，对我国 2020 年、2030 年输电网发展模 式进行了预测， 对我国 2050 年输电网发展模式进行了展望， 指出未来我国全国联网是一种必然趋势， 2020 年及 2030 年 我国电网将主要以交直流超/特高压混合输电网模式发展， 2050 年我国电网发展模式可能存在交直流超/特高压混合输 电网模式、超导主网架模式及电源与负荷匹配模式 3 种情 况。最后总结了我国未来电网发展的关键技术需求。 关键词：2030Grid；超级电网；电网发展模式；输电网； 2050 年