楊海濤：發(fā)展特高壓是必然

為了滿(mǎn)足我國經(jīng)濟社會(huì )可持續發(fā)展的用電需求，從提高國家能源資源優(yōu)化配置能力和建設節約型社會(huì )的高度出發(fā)，建設以特高壓電網(wǎng)為骨干網(wǎng)架的電網(wǎng)，這對于我國電力工業(yè)實(shí)現自主創(chuàng )新、提高能源資源使用效率、保障我國能源安全具有十分重要的意義。  

我國電能資源與需求分布極不均衡,決定能源傳輸格局的新變化  

我國區域經(jīng)濟發(fā)展極不平衡，決定了我國區域電能需求分布極不均衡。東部地區借助文化、科技、資金、交通和貿易等方面的基礎優(yōu)勢，國民經(jīng)濟將得到繼續高速發(fā)展，加上人口的聚集，到2020年，華東、廣東、京津唐、山東和遼寧電網(wǎng)年用電量之和占全國年用電量的比例高達50％以上。  

而從能源資源的情況看，將來(lái)我國石油的短缺將會(huì )對我國的能源傳輸能力和成本產(chǎn)生很大的影響。因此，我國能源傳輸在發(fā)展思路上有必要考慮北電南送，以提高我國的能源安全的保障度。  

從我國北方煤電的發(fā)展條件看，晉東南、陜北、蒙西、錫盟、寧夏靈武、呼盟均具備建設大型煤電基地的條件，可開(kāi)發(fā)的規模主要取決于水資源承載能力。呼盟地區可用的水資源較豐富，適于就地實(shí)現煤電轉化。晉東南、陜北、蒙西、錫盟、寧夏靈武等煤炭基地水資源相對不足，需要采用空冷技術(shù)。通過(guò)將汽輪發(fā)電機組的冷卻方式由水冷改為空冷，減少原有機組的冷卻用水和新建節水型空冷機組，可為發(fā)展火電基地創(chuàng )造一定的條件。到2020年，陜北、晉東南、蒙西、錫盟、寧夏、哈密煤電基地規劃裝機容量可達8000萬(wàn)千瓦。從遠期看，將有大量電力遠距離輸出，實(shí)施西電東送，參與全國能源資源優(yōu)化配置。  

圖1我國2000米以淺煤炭資源分布示意圖（單位：億噸）  

隨著(zhù)我國西南水電的開(kāi)發(fā)，西南也有大量的電力需要遠距離輸送。2020年之前，金沙江的溪洛渡、向家壩、白鶴灘、烏東德四個(gè)梯級電站共計3800多萬(wàn)千瓦水電以及四川另有2400萬(wàn)千瓦水電均需送往華中和華東，貴州送廣東電力也在1000萬(wàn)千瓦以上，云南水電送廣東規模在2000萬(wàn)千瓦以上。  

在環(huán)保方面，目前我國絕大部分城市地區、沿海經(jīng)濟快速發(fā)展地區以及酸雨和二氧化硫污染嚴重地區已經(jīng)基本上沒(méi)有大氣環(huán)境容量資源。今后負荷中心地區燃煤電源項目建設將更多地受到環(huán)境容量的限制。  

圖2我國酸雨分布圖  

綜上所述，我國經(jīng)濟的發(fā)展和能源分布的不均衡以及我國經(jīng)濟發(fā)達地區環(huán)境容量對發(fā)展煤電的限制決定了我國需要將數量巨大的能源遠距離輸送，需要在已有能源傳輸途徑上開(kāi)辟新的高效率、低能耗的輸能途徑。  

特高壓交流電網(wǎng)是我國電網(wǎng)結構優(yōu)化發(fā)展的必然選擇  

隨著(zhù)國內外經(jīng)濟情況和能源供應以及我國電網(wǎng)自身情況的巨大變化，面對電網(wǎng)發(fā)展面臨的一些列突出問(wèn)題，不能諱疾忌醫，更不能形而上學(xué)、刻舟求劍。如果電網(wǎng)繼續停留在500千伏水平上，而片面強調特高壓直流的作用，必將帶來(lái)一些列問(wèn)題。具體講，我國大電網(wǎng)進(jìn)一步發(fā)展需要解決如下問(wèn)題:  

1、我國電網(wǎng)過(guò)去比較被動(dòng)地跟隨著(zhù)電源的建設而發(fā)展，結果導致我國跨區之間大容量輸電網(wǎng)絡(luò )規模過(guò)小，輸電能力不足。  

2、現有500千伏電網(wǎng)輸送能力不能滿(mǎn)足大范圍電力資源優(yōu)化配置和電力市場(chǎng)的要求。  

3、電力密集地區電網(wǎng)短路電流控制困難，例如2020年華東電網(wǎng)部分500千伏母線(xiàn)短路電流水平將超過(guò)斷路器最大遮斷電流能力。  

4、長(cháng)鏈型電網(wǎng)結構動(dòng)態(tài)穩定問(wèn)題突出，在東北、華北、華中電網(wǎng)500千伏交流聯(lián)網(wǎng)，結構比較薄弱，存在低頻振蕩，動(dòng)態(tài)穩定問(wèn)題比較突出。  

5、受端電網(wǎng)存在多直流集中落點(diǎn)和電壓穩定問(wèn)題，如果西電東送華東電網(wǎng)全部采用直流輸電方式，落點(diǎn)華東電網(wǎng)的直流換流站將超過(guò)10個(gè)，受端系統在嚴重短路故障的情況下，系統因故障發(fā)生連鎖反應的風(fēng)險較大。  

建設特高壓交流輸電網(wǎng)絡(luò )能夠較好地解決上述問(wèn)題。針對我國能源流通量大、輸送距離遠的具體國情，應建立強大的特高壓交流輸電網(wǎng)絡(luò )作為能源傳輸的新途徑。特高壓輸電線(xiàn)路的輸電能力約相當于500千伏的4至5倍，采用特高壓輸電可減少輸電走廊用地面積，有效地減少土地占用；在輸送相同容量的條件下，采用特高壓輸電比采用500千伏輸電可降低1/3的損耗；采用特高壓電網(wǎng)可實(shí)現輸電和輸煤并舉，將來(lái)還可減少能源運輸燃料費用，降低能源輸送的成本。通過(guò)建立強大的特高壓電網(wǎng)，500千伏電網(wǎng)短路電流過(guò)大、長(cháng)鏈型交流電網(wǎng)結構動(dòng)態(tài)穩定較差、受端電網(wǎng)直流集中落點(diǎn)過(guò)多等諸多問(wèn)題均可得到緩解。從以往對電網(wǎng)規劃各種方案的安全穩定性計算分析結果看，交流特高壓輸電網(wǎng)絡(luò )的安全穩定性較好。  

從國外大電網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)規模的發(fā)展情況看，建設跨大區大規模同步電網(wǎng)在技術(shù)上是可行的。此外我國大區電網(wǎng)模擬計算分析結果也表明：當大區電網(wǎng)通過(guò)交流特高壓互聯(lián)達到一定強度后，受擾動(dòng)后的區域性振蕩能較快地平息，大規模同步電網(wǎng)抵御嚴重故障能力也比較強。由此可以確認，我國采用更高一級電壓等級的交流輸電線(xiàn)路實(shí)現大區電網(wǎng)同步互聯(lián)，形成一個(gè)安全穩定水平較好的特高壓同步電網(wǎng)在技術(shù)上是可行的。  

此外，采用交直流輸電電網(wǎng)向大受端電網(wǎng)大規模輸電，比采用純直流輸電方案的系統可用率高，受端系統出現電力不足的概率相對較小，可靠性較高。  

交流電網(wǎng)具有網(wǎng)絡(luò )功能強，可用率高的特點(diǎn)，對將來(lái)電力流的變化具有較強的適應性。與建設具有多落點(diǎn)、具備同等網(wǎng)絡(luò )功能和同等可用率的直流輸電網(wǎng)相比，在經(jīng)濟性方面并不處于劣勢。因此除了位于邊遠地區的大型能源基地，在輸電線(xiàn)路中間位置難以落點(diǎn)以獲得電壓支撐的情況外，一般情況下應首先考慮通過(guò)交流輸電網(wǎng)實(shí)現電能的跨區域遠距離大容量輸送。  

特高壓電網(wǎng)發(fā)展未來(lái)前景廣闊  

為了滿(mǎn)足我國能源流動(dòng)的基本要求和解決目前我國電網(wǎng)結構存在的問(wèn)題，我國特高壓電網(wǎng)將具備如下的基本功能：  

1、特高壓骨干網(wǎng)架可大容量、遠距離、高效率、低損耗地實(shí)現西電東送和南北水火調劑，更大范圍優(yōu)化資源配置。  

2、交流特高壓骨干網(wǎng)架自然具有電力網(wǎng)絡(luò )功能并具有靈活的可擴展性，能適應遠景能源流的變化，能滿(mǎn)足我國電力市場(chǎng)靈活交易的要求，促進(jìn)電力市場(chǎng)的發(fā)展。  

3、特高壓骨干網(wǎng)架可從根本上解決受端系統500千伏電網(wǎng)結構條件下，因電力密度過(guò)高引起的短路電流過(guò)大等問(wèn)題。  

圖3未來(lái)我國電力流格局  

根據我國2010年～2020年用電量預測和裝機規劃，到2015年我國可形成一個(gè)聯(lián)接華北、華中、華東地區的交流特高壓同步電網(wǎng)。蒙西、陜北、晉東南、內蒙錫盟、寧夏、關(guān)中煤電基地以交流特高壓分散接入南北方向多條大通道上，四川水電的部分容量通過(guò)東西方向的交流特高壓通道向華中和華東輸送。在東部受端電網(wǎng)建設一定容量的支撐電源，主要是沿海核電，接入特高壓電網(wǎng)上。  

從能源需求、煤炭運輸緊張及環(huán)境容量制約以及電網(wǎng)發(fā)展的角度來(lái)看，我國特高壓電網(wǎng)發(fā)展具有廣闊前景。

作者：楊海濤，教授級高級工程師。自1982年始至今，一直在中國電力科學(xué)研究院從事電力系統分析工作，側重于電力系統安全穩定分析。曾作為課題負責人承擔完成了國家科技部研究課題“交流750kV、1000kV和直流?800kV輸電系統安全性、可靠性和經(jīng)濟性研究”。