10月24日，國家電網(wǎng)公司總工程師張啟平在由中國產(chǎn)業(yè)海外發(fā)展和規(guī)劃協(xié)會(huì)主辦的“中國電力國際合作論壇”的分論壇“智能電網(wǎng)及分布式發(fā)電國際合作論壇”上發(fā)表了“發(fā)展特高壓電網(wǎng)保障大型能源基地電力大規(guī)模遠(yuǎn)距離高效外送和消納”的精彩演講。
國家電網(wǎng)公司總工程師張啟平
以下是文字實(shí)錄：
張啟平：謝謝各位嘉賓!我向大家報(bào)告一下特高壓的發(fā)展，集中式、分布式都不可或缺，目的是要滿足電力能源可持續(xù)發(fā)展，滿足經(jīng)濟(jì)社會(huì)對(duì)電力能源的需求。我報(bào)告三個(gè)內(nèi)容，一個(gè)是我國特高壓發(fā)展的現(xiàn)狀。
目前國家電網(wǎng)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了全國的互聯(lián)，在國家電網(wǎng)公司的內(nèi)部，華北和華中通過特高壓交流實(shí)現(xiàn)了同步聯(lián)網(wǎng)，其他是通過特高壓的直流或者是超高壓直流，實(shí)現(xiàn)了電網(wǎng)的互聯(lián)。在華北、華中、華東，這“三華”地區(qū)的負(fù)荷占據(jù)了國家電網(wǎng)公司負(fù)荷的84%。
目前我們已經(jīng)投運(yùn)的特高壓直流是“四直兩交”，四條特高壓直流，三條配合我國川西大型水電基地外送的，今年7月3號(hào)投產(chǎn)，輸電容量是八百萬千瓦，輸電距離是1679公里。2012年底投產(chǎn)的雅礱江流域的特高壓直流，錦屏到蘇州的，輸電距離是2059公里，輸電容量是720萬千瓦，這在當(dāng)前都是世界之最。
這張圖顯示了今年實(shí)時(shí)運(yùn)行的潮流圖，這是滿載運(yùn)行的，到目前為止，錦屏到蘇州，還有向家壩到上海的，這兩根直流工程運(yùn)行的額定容量利用小時(shí)數(shù)達(dá)到了四千小時(shí)，估計(jì)今年會(huì)運(yùn)行到五千小時(shí)。下面這條線，宜賓到金華的，今年也會(huì)運(yùn)行到三千小時(shí)。
特高壓直流的特點(diǎn)，一個(gè)是輸電效率高，與傳統(tǒng)的五百千伏超高壓直流相比，額定功率下的損耗降低50%，占地降低50%以上。另外采用雙極四閥組的模塊化設(shè)計(jì)，大幅度提高了運(yùn)行安全性。另外方式更加靈活。我認(rèn)為這是我們國家技術(shù)引進(jìn)、消化、吸收、再創(chuàng)新的典范，目前我們可以自主設(shè)計(jì)，國內(nèi)制造，水平已經(jīng)超過了原來引進(jìn)的水平，智能研究院，孫總下屬的公司，湯博士也在這兒，他們現(xiàn)在設(shè)計(jì)的換流閥的性能，已經(jīng)超過了當(dāng)時(shí)引進(jìn)的西門子和ABB的水平。
這是實(shí)際的運(yùn)行情況，它的可靠性是非常高的，沒有因?yàn)閾Q流站的原因?qū)е聠螛O停運(yùn)，雙極停運(yùn)，線路故障有兩次導(dǎo)致了單極停運(yùn)。如果按照額定容量利用小時(shí)數(shù)四千小時(shí)算，帶來的效益，輸送電量，純水電電量要864億千瓦時(shí)，節(jié)約原煤3872萬噸，減排二氧化碳6308萬噸，減排大量的二氧化硫和氮氧化物。
現(xiàn)在存在的問題，因?yàn)橹绷鞯妮旊娙萘勘容^大，受端電網(wǎng)的網(wǎng)架建設(shè)，用五百千伏不能滿足直流單極閉鎖，雙極閉鎖，功率轉(zhuǎn)移的要求，安全的隱患比較大。在受端，送端，交流系統(tǒng)有故障會(huì)發(fā)生換樣失敗，恢復(fù)的過程中，有大量的瞬間功率要通過交流電網(wǎng)穿越，容易導(dǎo)致電網(wǎng)穩(wěn)定破壞。
第三，將來特高壓電網(wǎng)發(fā)展，這是我們做“十二五”規(guī)劃做的專項(xiàng)研究，目前國家正在組織進(jìn)行“十三五”能源規(guī)劃，電力規(guī)劃，電網(wǎng)規(guī)劃的研究制定，我把“十二五”規(guī)劃的成果向大家報(bào)告一下，也有利于“十三五”規(guī)劃的制定，供參考。
首先我們看一看電力流的發(fā)展情況，如果沒有電力流的需求，電網(wǎng)的建設(shè)是不需要的，沒有電力流，電網(wǎng)就是傳輸電力流的，我們看看電力流將來是怎么變化的。首先看看我們國家對(duì)能源的需求，目前我們統(tǒng)計(jì)了2012年，我國人均的用電量，是OECD國家2008年人均用電量的40%，我們國家的用電水平還有很大的增長潛力，并沒有飽和，特別是分布還不均勻。
再看看我們能源的自然布局，大型的能源基地，像煤電、風(fēng)電、光伏主要是在西北、華北、東北，山西還有一部分，水電主要集中在西南，現(xiàn)在雅礱江、金沙江、大渡河，下游的開發(fā)重點(diǎn)都已經(jīng)完成了，開發(fā)向著中游、上游，川藏交界在轉(zhuǎn)移。距離東中部用能需求比較大的負(fù)荷中心都是一千到三千公里的輸電距離，傳統(tǒng)的五百千伏的輸電技術(shù)不能滿足要求的，不論是經(jīng)濟(jì)性、安全上都不能滿足要求。
再看看現(xiàn)在的電源結(jié)構(gòu)，在國家電網(wǎng)經(jīng)營區(qū)范圍內(nèi)火電的裝機(jī)占了73%，73%的火電，69%是在東中部地區(qū)，也就是華北的京津冀魯，加上山西，華東的江浙滬閩加上安徽，華中的河南、湖北、江西，都集中在這些地區(qū)，火電的裝機(jī)比例太扎堆。
我們看看帶來什么結(jié)果?霧霾，霧霾不完全是電力造成的，但是電力也有“貢獻(xiàn)”。今天外面的霧霾還是很嚴(yán)重的，污染指數(shù)到了三百多了。這個(gè)是2012年中國環(huán)境統(tǒng)計(jì)年報(bào)上摘錄了一些數(shù)據(jù)，這個(gè)火電排放標(biāo)準(zhǔn)是2003年的標(biāo)準(zhǔn)，比今年7月1號(hào)執(zhí)行的2011年的標(biāo)準(zhǔn)要寬，所以它的排放量還是比較大的。但是煙塵是不多的，占整個(gè)污染物排放的10%左右。二氧化硫和氮氧化物都占了40%。煤電布局比較集中的地區(qū)，東中部12省，電煤是要消耗6.3億噸，占了全國電煤消耗的50%，它排放的這些PM2.5要占到40%，這里面直排的顆粒物，細(xì)顆粒物都很少，就是因?yàn)槊摿?、脫硝的效率不高，通過氣態(tài)排出去以后，二次生成的比例比較大。
怎樣應(yīng)對(duì)這些挑戰(zhàn)?國家也有考慮，國家能源局制訂了“十二五”能源發(fā)展規(guī)劃，包括清潔能源、可再生能源、核電，這些都有。對(duì)電力的布局，開發(fā)的重點(diǎn)，煤電開發(fā)的重點(diǎn)都做了詳細(xì)的規(guī)定。大氣污染防治計(jì)劃進(jìn)一步強(qiáng)化了這些規(guī)定，對(duì)東中部地區(qū)的京津冀、長三角、珠三角常規(guī)煤電的發(fā)展做了嚴(yán)格的限制和規(guī)定。特別是今年，總書記對(duì)能源生產(chǎn)消費(fèi)、技術(shù)管理提出了四個(gè)革命，提出了具體的要求，實(shí)際上構(gòu)成了我們國家能源發(fā)展的戰(zhàn)略性指導(dǎo)。
根據(jù)國家的這些能源發(fā)展戰(zhàn)略，我們預(yù)測(cè)未來的西電東送，北電南送的電流會(huì)不斷的加大。如果按照電力彈性系數(shù)0.9，原來都是一點(diǎn)幾，現(xiàn)在在調(diào)結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)方式，把它調(diào)下來了，預(yù)計(jì)到2020年，2050年這段時(shí)間，這些電力流會(huì)達(dá)到3.5億，這些電力流來了以后，我們的電源結(jié)構(gòu)會(huì)得到明顯的改善，現(xiàn)在我們是69%，到那時(shí)候可能變成50%左右，46%。這些電流的分布，注入華北的是1.1億，注入華東的是1.3億，注入華中的是1.05億，主要來自西北、西南、東北能源基地所在的電網(wǎng)。
怎樣保證這些電力流安全高效的消納，這是電網(wǎng)要解決的問題。首先，要選擇一個(gè)合適的輸電技術(shù)，現(xiàn)在我們有了特高壓直流輸電技術(shù)，在一千公里以上的大型能源基地向負(fù)荷中心送電，我們選用特高壓直流，正負(fù)八百千伏。距離東中部比較近的，可以用特高壓的交流，就近接入。這些還不夠，我們?cè)趺幢ＷC它能安全的消納，在受端構(gòu)建一個(gè)什么樣的電網(wǎng)，保證這3.5億電流可以安全、高效的消納，這是我們要研究的重點(diǎn)。
電流的送端位于西北和東北的電網(wǎng)中，這些電網(wǎng)的網(wǎng)架也需要加強(qiáng)，如果它不加強(qiáng)，送出的特高壓直流也很難穩(wěn)定，像西北，我們用750作為它的最高的電壓等級(jí)，配合大型能源基地的開發(fā)、外送，進(jìn)一步的完善，東北可能適時(shí)要啟動(dòng)特高壓交流。
受端12省，這個(gè)電網(wǎng)應(yīng)該怎么構(gòu)建?根據(jù)我們的研究，可以篩選出三個(gè)方案，一個(gè)方案，維持目前電網(wǎng)的格局不變，500千伏異步方案。還有一種方案，在目前我們已經(jīng)聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)上，特高壓交流發(fā)展的基礎(chǔ)上，華北、華中構(gòu)建一個(gè)同步電網(wǎng)，用特高壓交流一千千伏構(gòu)建它的主網(wǎng)架，華東構(gòu)建華東的特高壓的主網(wǎng)架，華東送進(jìn)的1.3億的電力流還是通過19個(gè)特高壓直流和超高壓直流來送進(jìn)。華北減少三回，華中減少兩回。還有一個(gè)方案，就是把“三華”用特高壓交流構(gòu)成“三華”同步的特高壓主網(wǎng)架，注入的電力流一部分是通過特高壓直流，一部分是通過特高壓交流來注入。具體華東由19回變成13回了，華北由9回變成6回，華中由11回變成8回。這三個(gè)方案哪些能滿足電力流的安全、可靠、輸送和消納，我們就推薦哪個(gè)方案，下面我們重點(diǎn)研究它的安全性。
這是一個(gè)計(jì)算的流程，第一個(gè)方案，“三華”五百千伏異步。安全性滿足不了要求，算下來有145條交流線路發(fā)生N-1故障，會(huì)導(dǎo)致電壓失穩(wěn)，電壓故障，通不過去。它的機(jī)理是什么呢?我們搞專業(yè)的人都知道，大量的直流匯入交流電網(wǎng)里面以后，換向失敗的時(shí)候，直流系統(tǒng)有一個(gè)很好的功能，要恢復(fù)正常運(yùn)行，這個(gè)過程中要消耗大量的無功功率，交流電網(wǎng)無功支撐不足，就要導(dǎo)致電壓崩潰。補(bǔ)充一些無功補(bǔ)償行不行呢?現(xiàn)在看來也不足以解決這個(gè)問題。
直流發(fā)生單、雙極閉鎖，因?yàn)槲覀児β时容^大，額定容量八百萬甚至一千萬，也有安全問題，這是一個(gè)典型的例子，在浙江東南部的直流雙極閉鎖，導(dǎo)致的電網(wǎng)的瓦解。從安全性角度來說，第一個(gè)方案在3.5億電力流這個(gè)條件下，是不能滿足安全要求的。
第二個(gè)方案，因?yàn)橹骶W(wǎng)架加強(qiáng)了，華北、華中它的安全問題解決了，無論是N-1，N-2，直流單、雙極閉鎖都解決了，華東還是沒有解決，電壓穩(wěn)定性的問題還是非常突出的。
第三個(gè)方案，直流和交流，交流分流了一部分，3.5億有五千萬是通過交流匯入進(jìn)去的，直流少了，咱們看看計(jì)算的結(jié)果，電網(wǎng)就很平穩(wěn)，稍微有波動(dòng)就恢復(fù)到原來的狀態(tài)，它的安全性是最好的。它的抗干擾能力，抵御事故的能力提高了。所以從安全性的角度，推薦“三華”同步電網(wǎng)。
經(jīng)濟(jì)性上的比較，“三華”同步，特高壓交流的投資規(guī)模和建設(shè)規(guī)模大于特高壓異步，直流的投資規(guī)模小于特高壓異步的投資規(guī)模，直流畢竟貴一些，“三華”同步主網(wǎng)架的方案總投資略小于“三華”特高壓異步方案。
電網(wǎng)規(guī)模大了，規(guī)模效益就出來了，首先體現(xiàn)在消納間歇性的可再生能源的能力，這是明顯提高的。二是聯(lián)網(wǎng)的互補(bǔ)效益，減少備用裝機(jī)，減少棄水棄風(fēng)的效益都體現(xiàn)出來了，經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)來說，“三華”特高壓同步方案也是優(yōu)化的。
總結(jié)的話，我就不說了，謝謝大家!
