我國電網未來發展模式和關鍵技術

文 Article_周孝信

隨著經濟社會的發展，我國的用電需求將不斷增長，用電特性和能源結構也會在這一過程中不斷變化，為此，要構建符合未來社會發展需求的電網，必須開展中長期（2030～2050年）電力需求和供應預測，并依此進行電網建設和相關技術研究。

2013年，我國人均年電力消費為3911千瓦時，清潔能源電量比重占23.78%。按照“推動能源消費革命”的理念，通過貫徹落實節能優先方針，推行強化節能措施，建議我國中長期（2030～2050年）電力需求按人均年用電量不超過8000千瓦時考慮，以清潔能源發電量占60%的供應方案作為發展目標。8000千瓦時以下的人均年用電量大致相當或稍高于法國、德國、日本當前水平，是我國2013年人均年用電量的2倍。將2030～2050年全國人口按照約15億人計算，預測全國用電總量將達到12萬億千瓦時，是2013年全社會用電量5.32萬億千瓦時的2.25倍。

在此基礎上分析2030～2050年我國電力流的總體格局，我認為會有兩種可能的情況：第一，在此期間，我國能源資源和負荷中心的逆向分布仍未發生大的改變，電力仍需大容量遠距離輸送，但整體上與2030年相比無顯著增長，風電、太陽能發電的消納將成為電力流增加的主要推動力。第二，隨著核電及大規模可再生能源的開發以及煤電裝機容量的減少，以及負荷中心向中西部地區的擴展、分布式能源的滲透率提高等，在此期間電力流格局將發生較大變化，由目前的大容量遠距離輸送趨向于電力與負荷基本均衡的方向發展，未來對電力的大容量遠距離輸送需求將部分減少或較多地減少。根據目前的發展形勢來看，除非中東部和西部的電力需求比例發生重大變化，出現第二種情況的可能性較小，2030～2050年期間，電力流將維持穩定乃至略有增長。

所以，按強化節能和清潔化約束原則，推薦人均年消費電量8000千瓦時（清潔電量占60%）的優化電力供應方案如下：發電量總量約12萬億千瓦時，其中煤電占40%，水電占13.13%，非水可再生能源電（太陽能、風能、生物質能）占21.88%，核電占17.5%、天然氣電量占7.5%。

全國發電裝機總容量為33.68億千瓦，其中煤電裝機9.6億千瓦、水電4.5億千瓦、核電3億千瓦、非水可再生能源14.58億千瓦、氣電2億千瓦。

電力消費分區預測表明，2030～2050年我國西部用電量將占全國用電總量的26%～27%，占比較現在的23%略有增加。按人均8000千瓦時的發展目標測算，我國2030～2050年中長期西部輸送到中東部地區的電力容量將由現在的1億千瓦增加到4.5億～5.5億千瓦，相應輸送電量為2萬億～2.5萬億千瓦時。這是對未來的輸電和電網技術的重大挑戰。

總體來說，我國電網未來發展的目標是：在電源開發方面，支持清潔能源電量占總量60%以上目標的實現；在電能傳輸和分配方面，支持實現西電東送（含北電南送）規模達到4.5億～5.5億千瓦以上的目標，支持可再生能源和天然氣分布式電源在配電網的規模化接入；在電能利用方面，支持強化節能，提高能源利用效率，提高電能在終端用能的比重。

這一目標的實現與整個能源電力發展密切相關。經過10多年的技術研發和實踐，我國交流和直流特高壓輸電技術和電網技術已獲得重大突破，為實現大容量遠距離輸電奠定了堅實基礎。

采用新材料、新器件、新原理的輸電技術，如新型電壓源直流輸電技術、直流電網技術、超導輸電技術、新型大容量輸電線路技術等，如能獲得突破，并使之實用化，將為我國未來電網發展提供更多的技術選擇。

直流輸電網技術、超導輸電技術在近期尚不具備大規模工程應用能力，因此在2030年前近距離輸電將主要采用特高壓/超高壓交流輸電方式，遠距離則主要采用特高壓/超高壓直流輸電方式，我國將形成超/特高壓交、直流輸電技術為核心的混合輸電網模式。

另外，由于超導技術的突破主要取決于物理學和材料學基礎研究的進展，具有很大的不確定性，而基于新型直流輸電的直流輸電網技術已經取得階段性成果，預期在可以預見的將來會有較大突破，我國在2030～2050年實現采用常規導體的主干直流輸電網的可能性更大。

按照我國中長期大容量遠距離輸送電力的客觀需求，在西部構建送端直流輸電網，也具有其必要性和優越性。首先，這能夠更好地滿足未來電力由西部向中東部地區遠距離、大容量輸送的重大需求。其次，這能夠在西部送端實現風電、太陽能發電、水電、煤電等不同特性電源之間補償調節，解決新能源出力的隨機性和波動性問題。再次，這可以充分利用輸電走廊和線路資源，提高輸電系統資產利用效率。此外，還能實現西部廣大地區各交流電網的異步連接，提高運行的穩定性，滿足西部的用電需求。

根據未來電力流和關鍵輸電技術發展趨勢預測分析，可以預期：2030年前，我國將延續超/特高壓交、直流輸電技術為核心的輸電模式，電力電子技術和新型直流輸電技術等新的電網技術不斷發展；2030～2050年，在新型直流輸電技術成熟的條件下，我國可能形成西部送端直流輸電網和中東部受端超/特高壓交流電網相融合的輸電網模式。

針對近中期的技術需求，需要研究安全可靠、經濟合理、技術先進，能滿足輸電需求的交直流輸電網結構；要研究相應的電網運行控制技術，提高系統的輸電能力及電網的安全性、可靠性和經濟性，特別要注重研究受端電網接收大量直流輸電的安全穩定問題。

針對中長期我國有可能形成西部送端直流輸電網與中東部受端超/特高壓交流電網有效融合的輸電網模式，需要提前重點部署新型直流輸電及直流輸電網技術的研究包括基礎性前瞻性研究和高技術開發。

相關鏈接：儲能技術助力構建綠色電力系統

文 Article_王永干

電力儲能是能源安全體系中的組成部分。它涉及電力結構調整、節能減排、大氣治理、電力多元化供應等方面，能驅動技術創新、產業創新、商業模式的創新，已經引起政府、企業和研究機構的廣泛關注和重視。

近年來大量涌現的新能源因其自身特性加上無序發展，對電網安全運行提出了嚴重挑戰。圍繞綠色低碳與轉換效率的雙重主線，電力行業當前發展應定格在安全、綠色、開放的理念上。這其中，電力儲能技術的發展正孕育著重大的突破。

首先，儲能技術的研究和應用，對電力結構調整有十分重要的作用。

大規模的儲能，可助力傳統水電、火電的調控。目前抽水蓄能方式已為電力系統調峰調頻發揮了重要作用。我國抽水蓄能裝機容量到2020年將達到7000萬千瓦，儲能系統規模化投入后，可以使火電機組維持經濟運行，提升火電機組發電效率和使用壽命，幫助電網更優質地完成調控目標。

其次，電力儲能可以進一步促進可再生能源健康發展。要解決棄風棄光等問題，除進一步加大電網輸送能力外，建設大型儲能電站也是一個有效途徑。因為可再生能源發電具有間歇性、不穩定等特點，而儲能可以幫助解決這種隨機性、不可控的問題，減少可再生能源發電對電網的沖擊。

未來電網各級配電系統中，將出現各種形式的分布式發電。我國傳統的能源生產消費方式，將會發生革命性的改變。每個企業、每個家庭，都可能參與電力生產和電力平衡，這需要智能電網的支持，而儲能技術正逐漸成為構建智能、高效、可靠綠色電力系統的一個關鍵環節。

由國家電網公司牽頭的國家風光儲輸示范工程，目前已實現有效平滑上網、削峰填谷、系統調頻等功能。此外，國家電網公司在山東青島建成大型電動汽車充換儲放一體化站，日前還宣布全面開放分布式電源并網工程、電動汽車充換電設施市場，一批智能電網示范項目已投入應用……這都為我國儲能技術的研究和發展積累了寶貴經驗。

最后，儲能技術發展離不開政策的支持。建議將儲能發展納入新能源發展和電網建設同步規劃，針對示范項目運行中的問題，深入研究各項政策，為大規模推動電力儲能做好政策準備。通過市場機制，形成合理的儲能價格機制。加大對大容量儲能技術研發的投入，促進技術的多元化發展。