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中長期我國電網(wǎng)形態(tài)演變趨勢
日期:2021-11-08   [復制鏈接]
責任編輯:sy_qianjiao 打印收藏評論(0)[訂閱到郵箱]
編者按:國網(wǎng)能源院電網(wǎng)發(fā)展綜合研究所主要聚焦于電網(wǎng)發(fā)展規(guī)劃與投資政策、智能電網(wǎng)政策與效益、電網(wǎng)精準投資策略、電網(wǎng)投資效益評價與項目后評價等領(lǐng)域,從理論方法、政策機制、發(fā)展規(guī)劃等方面開展研究,實現(xiàn)從理論研究到落地應用的貫通。本專欄將圍繞電網(wǎng)發(fā)展規(guī)劃關(guān)鍵問題,從理論研究、政策解讀、理念探討和典型實踐等方面展開,結(jié)合相關(guān)成果和研究思考與讀者進行交流分享。

文章導讀:當前全球正面臨百年未有之大變局,世界能源版圖與治理格局深度調(diào)整。“十三五”期間,我國清潔低碳、安全高效的能源體系穩(wěn)步發(fā)展,清潔化率、電氣化率等關(guān)鍵轉(zhuǎn)型指標顯著提升,電網(wǎng)在其中發(fā)揮了關(guān)鍵作用。圍繞國家發(fā)展戰(zhàn)略目標,基于能源安全新戰(zhàn)略要求,我國電網(wǎng)中長期發(fā)展將在形態(tài)、技術(shù)、功能等方面持續(xù)升級,在推動能源可持續(xù)發(fā)展和促進經(jīng)濟社會發(fā)展中將發(fā)揮日益重要的作用,成為承載和推動能源革命和新一輪工業(yè)革命的重要平臺。本文基于電網(wǎng)發(fā)展歷史特征,系統(tǒng)考慮中長期發(fā)展的形勢要求,從高比例清潔能源并網(wǎng)技術(shù)、先進輸變電技術(shù)、智慧配電網(wǎng)等方面探索我國中長期電網(wǎng)形態(tài)的趨勢演變特征。

中長期我國電網(wǎng)形態(tài)演變趨勢

執(zhí)筆人:謝光龍、韓新陽、靳曉凌、神瑞寶

國網(wǎng)能源院電網(wǎng)發(fā)展綜合研究所

當前全球正面臨百年未有之大變局,世界能源版圖與治理格局深度調(diào)整,氣候變化加劇、傳統(tǒng)化石能源供應日益趨緊,能源清潔低碳發(fā)展成為世界各國能源轉(zhuǎn)型的戰(zhàn)略選擇。黨的十九大報告明確提出,要推進能源生產(chǎn)和消費革命,構(gòu)建清潔低碳、安全高效的能源體系。圍繞國家中長期發(fā)展目標,我國能源體系穩(wěn)步發(fā)展,清潔化率、電氣化率等關(guān)鍵轉(zhuǎn)型指標顯著提升,電網(wǎng)在其中發(fā)揮了關(guān)鍵作用?;谀茉窗踩聭?zhàn)略要求,我國電網(wǎng)中長期發(fā)展將在形態(tài)、技術(shù)、功能等方面持續(xù)升級,滿足經(jīng)濟社會需求和資源環(huán)境要求,充分發(fā)揮科技創(chuàng)新帶來的驅(qū)動作用。

一、電網(wǎng)發(fā)展的歷史演變特征

回顧歷史,經(jīng)濟社會發(fā)展需求與技術(shù)變革創(chuàng)新是大電網(wǎng)發(fā)展的主要驅(qū)動力,并且在不同階段呈現(xiàn)了不同的特征。

階段一(19世紀末至20世紀中期):電機、電燈等電氣設(shè)備發(fā)明和技術(shù)進步推動了電網(wǎng)的出現(xiàn)和發(fā)展。1882年7月26日上海外灘到招商局碼頭第一個小電網(wǎng)成為中國電力工業(yè)發(fā)端。隨著工業(yè)化進程加快,電氣化時代起步。1944年12月,220千伏松撫線輸電線路建成并投入運行,形成了全國第一個跨省超高壓電網(wǎng)-東北主網(wǎng)。該階段的輸電電壓等級在220千伏及以下,采用簡單保護和經(jīng)驗型調(diào)度,自動化程度較低,資源配置以分散的、小范圍平衡為主。

階段二(20世紀中期至20世紀末):電工技術(shù)取得快速進步,電氣化設(shè)備快速普及,電氣化水平不斷提高。第二次世界大戰(zhàn)之后全球經(jīng)濟規(guī)??焖贁U張帶來電力需求快速增長,帶動電網(wǎng)規(guī)??焖贁U張、技術(shù)快速提升、最高電壓等級不斷提升,資源配置向大范圍優(yōu)化方向發(fā)展。1972年我國自力更生建設(shè)的第一條330千伏超高壓劉(家峽)天(水)關(guān)(中)輸電線路建成投運。1981年我國第一條500千伏平(頂山)武(昌)線路建成投運。2005年我國第一條750千伏輸變電示范工程正式投運,從青海官亭至甘肅蘭州東長達140公里。該階段出現(xiàn)了330千伏及以上超高壓交流輸電,高壓直流輸電獲得應用,實現(xiàn)了較復雜的保護與調(diào)度,自動化程度較高,信息技術(shù)得到充分應用。

階段三(21世紀初至今):新能源發(fā)電、低碳與能效技術(shù)、信息通信技術(shù)在能源電力領(lǐng)域應用加快;可持續(xù)發(fā)展與綠色低碳成為全球發(fā)展的主旋律,風電、太陽能發(fā)電開始進入規(guī)模化發(fā)展階段;互聯(lián)電網(wǎng)規(guī)模進一步擴大,追求更大范圍的互聯(lián)效益與資源配置效率。截至2019年底,我國風電和太陽能發(fā)電累計裝機容量分別達到2.1億千瓦和2.04億千瓦,均居世界第一;截至2020年7月,全國在運特高壓線路達到“十交十五直”,特高壓交流送電能力達到1.62億千瓦,華北電網(wǎng)形成“兩橫三縱一環(huán)網(wǎng)”1000千伏區(qū)域交流主網(wǎng)架,華東電網(wǎng)圍繞長三角地區(qū)形成1000kV交流環(huán)網(wǎng),并向南延伸至福建,華北-華中通過1000kV長治~南陽~荊門線路互聯(lián),同時構(gòu)成了“七縱八橫”共十五條特高壓直流輸電通道,電網(wǎng)資源配置能力不斷提升。

二、未來我國電網(wǎng)發(fā)展面臨的形勢要求


一是我國經(jīng)濟發(fā)展由高速、規(guī)模擴張階段進入中高速、高質(zhì)量發(fā)展階段,用電需求增長放緩、用電質(zhì)量要求提高。結(jié)合當前世界經(jīng)濟發(fā)展形勢,我國經(jīng)濟發(fā)展進入新階段,GDP增速由過去長期保持的10%以上的高速增長,降低到目前6%左右的中高速增長。由于經(jīng)濟增速的放緩,能源電力需求也相對放緩,電力需求增速已經(jīng)由2010年的14.8%下降至2019年的4.5%。隨著產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整,能源需求重心逐步轉(zhuǎn)向生活消費側(cè)。落后產(chǎn)能、高耗能產(chǎn)業(yè)逐漸退出,高端制造、現(xiàn)代服務業(yè)占比逐漸增大,電力負荷對高質(zhì)量供電的需求日益增加,電網(wǎng)發(fā)展相應由規(guī)模擴張階段向提高供電可靠性和服務質(zhì)量轉(zhuǎn)變。

二是城市群發(fā)展模式對電網(wǎng)的資源協(xié)同、管理創(chuàng)新提出了更高的要求。2019年,中央財經(jīng)委第五次會議指出,“經(jīng)濟發(fā)展的空間結(jié)構(gòu)正在發(fā)生深刻變化,中心城市和城市群正在成為承載發(fā)展要素的主要空間形式”,提出“要增強中心城市和城市群等經(jīng)濟發(fā)展優(yōu)勢區(qū)域的經(jīng)濟和人口承載能力,增強其他地區(qū)在保障糧食安全、生態(tài)安全、邊疆安全等方面的功能”,未來電網(wǎng)要主動適應城市群發(fā)展模式。以北京、上海為標桿,全國九大中心城市均在編制面向2035年的城市發(fā)展規(guī)劃。2016年和2017年北京、上海陸續(xù)發(fā)布了城市總體規(guī)劃,2019年12月《長江三角洲區(qū)域一體化發(fā)展規(guī)劃綱要》正式頒布。未來的城市發(fā)展將更加注重經(jīng)濟發(fā)展質(zhì)量、資源環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展、城市群的產(chǎn)業(yè)協(xié)同創(chuàng)新。同時,不同的城市定位有差異,北京的四大中心,上海的創(chuàng)新、人文、生態(tài),河南的城鄉(xiāng)一體化發(fā)展。因此未來電網(wǎng)發(fā)展需要因地制宜,在安全保障區(qū)域差異化發(fā)展要求的基礎(chǔ)上,積極開展智能化、以人為本的現(xiàn)代電網(wǎng)建設(shè)。

三是能源轉(zhuǎn)型發(fā)展目標任務艱巨,要全力貫徹落實能源安全新戰(zhàn)略。2015年11月,習近平總書記在巴黎氣候大會上承諾:2030年左右使二氧化碳排放達到峰值并爭取盡早實現(xiàn);2030年單位國內(nèi)生產(chǎn)總值二氧化碳排放比2005年下降60%-65%,非化石能源占一次能源消費比重達到20%左右,森林蓄積量比2005年增加45億立方米左右。2016年底,國家能源局印發(fā)《能源生產(chǎn)和消費革命戰(zhàn)略(2016-2030)》,提出2030年我國能源強度目標是達到目前世界平均水平,能耗總量控制在60億噸標煤以內(nèi),非化石能源占比達到20%。為實現(xiàn)上述目標,能源電力行業(yè)將在生產(chǎn)、消費、技術(shù)、體制等方面全面落實國家能源安全新戰(zhàn)略,推動構(gòu)建清潔低碳、安全高效的現(xiàn)代能源體系。一方面要大規(guī)模開發(fā)非化石能源支撐能源供需平衡,注重集中式與分布式可再生能源的協(xié)同發(fā)展;另一方面終端能源消費清潔化、多元化、個性化趨勢顯著,對電網(wǎng)規(guī)劃運行帶來挑戰(zhàn)。

四是能源革命與數(shù)字革命深度融合發(fā)展,電網(wǎng)數(shù)字化轉(zhuǎn)型發(fā)展迎來重大機遇與挑戰(zhàn)。新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革正在重塑全球經(jīng)濟結(jié)構(gòu),尤其是以人工智能、量子通信、移動通信、物聯(lián)網(wǎng)、區(qū)塊鏈為代表的新一代信息技術(shù)加速突破應用,深刻改變著能源電力和經(jīng)濟社會發(fā)展,技術(shù)之間交叉融合,產(chǎn)業(yè)界限越來越模糊,互聯(lián)網(wǎng)與能源產(chǎn)業(yè)跨界融合已成為新常態(tài)和大趨勢。這為以數(shù)字技術(shù)應用加速推進能源革命,提供了重要發(fā)展機遇,未來電網(wǎng)將與大云物移智等新技術(shù)深度融合,但在帶來技術(shù)紅利的同時,也產(chǎn)生了網(wǎng)絡安全和客戶隱私保護的新挑戰(zhàn)。

三、中長期我國電網(wǎng)發(fā)展趨勢特征

在能源供應形勢、氣候環(huán)境挑戰(zhàn)、新一輪能源革命和能源體制改革、數(shù)字經(jīng)濟發(fā)展的背景下,未來電網(wǎng)的戰(zhàn)略定位亟需突破原有電力基礎(chǔ)設(shè)施的范疇和基本定位,在推動能源可持續(xù)發(fā)展和促進經(jīng)濟社會發(fā)展中將發(fā)揮日益重要的作用,積極消納高比例清潔能源,必將成為承載和推動能源革命和新一輪工業(yè)革命發(fā)展的重要平臺。

一是非化石能源發(fā)電占比逐步提升,大型集中式和分布式電源協(xié)調(diào)發(fā)展下的并網(wǎng)安全性和可靠性要加強。為適應風力、太陽能發(fā)電的規(guī)?;_發(fā)利用,要提高并網(wǎng)電站的安全穩(wěn)定運行水平,特別是極端氣候下新能源并網(wǎng)接入裝備水平。持續(xù)提升新能源發(fā)電設(shè)備控制水平,提高預測精度,建立新能源發(fā)電先進控制系統(tǒng),使可再生能源發(fā)電具有可控制的特征,并盡可能平滑新能源發(fā)電功率輸出,降低間歇式能源發(fā)電對電網(wǎng)運行的沖擊,減少對電網(wǎng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)、備用容量、調(diào)節(jié)電源等方面的要求,提高電網(wǎng)對新能源發(fā)電的消納能力。

二是依托現(xiàn)有超/特高壓交直流輸電網(wǎng)絡布局,融合柔性交直流輸電為代表的先進輸電技術(shù),積極開展高效智能的輸變電技術(shù)創(chuàng)新應用。未來20至30年,我國輸電骨干網(wǎng)仍將基本保持超/特高壓交直流輸電網(wǎng)模式,為適應未來接納大規(guī)??稍偕茉措娏透鞣N電源大范圍電能傳輸、互補的需求,遠期階段多端直流輸電和直流輸電網(wǎng)技術(shù)將會得到發(fā)展,要大力開展交直流電網(wǎng)的規(guī)劃、運行和控制的系統(tǒng)研究。輸電技術(shù)將向交直流混聯(lián)網(wǎng)格化、潮流及故障電流控制復合化、輸電損耗控制最優(yōu)化方向發(fā)展,輸變電設(shè)備向高集成化、高可控性、高可靠性和智能化方向發(fā)展,電網(wǎng)狀態(tài)監(jiān)測水平和防災減災水平將穩(wěn)步提升。

三是有序建設(shè)具有綠色低碳、安全可靠、高效互動、智能開放、平衡普惠等特征的智慧配電網(wǎng)。以現(xiàn)代化配電網(wǎng)為基礎(chǔ)平臺,實現(xiàn)信息通信技術(shù)與配電系統(tǒng)的規(guī)劃、運行、控制、管理等環(huán)節(jié)的深度融合,高比例消納分布式可再生能源、高效協(xié)同配用電側(cè)綜合能源系統(tǒng)、靈活接入供用能多元主體。相比于傳統(tǒng)配電網(wǎng),智慧配電網(wǎng)內(nèi)涵外延更加豐富。形態(tài)上,分布式可再生能源并網(wǎng)發(fā)電規(guī)模擴大,電動車數(shù)量劇增,各類儲能設(shè)施、微網(wǎng)的并網(wǎng)需求增多,以及海量傳感設(shè)施應用后帶來供需互動模式多元化、管理精準化、需求多樣化,都讓智慧配電網(wǎng)的形態(tài)更加復雜。技術(shù)上,信息化、數(shù)字化技術(shù)的升級應用對配電網(wǎng)發(fā)展帶來新的機遇與挑戰(zhàn),“云、大、物、移、智”技術(shù)驅(qū)動著配電網(wǎng)量測、監(jiān)控、運行、管理模式等方面的突破創(chuàng)新。功能上,智慧配電網(wǎng)一方面深度挖掘內(nèi)部潛力、提高管理水平、提升能效,提升融合型基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)水平,支撐智慧能源基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè),另一方面加強化對外服務和互動能力,以人為本,注重平衡普惠功能,有力支撐國家的區(qū)域一體化發(fā)展等相關(guān)政策方針。 

原標題:中長期我國電網(wǎng)形態(tài)演變趨勢
 
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來源:國網(wǎng)能源院 中國電力
 
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