同步電網發展趨勢與中國能源互聯網發展研究

劉開俊，李雋，羅金山，高藝

(國網北京經濟技術研究院，北京市 102209)

同步電網發展趨勢與中國能源互聯網發展研究

劉開俊，李雋，羅金山，高藝

(國網北京經濟技術研究院，北京市 102209)

在“清潔替代、電能替代”的能源發展趨勢下，電網作為輸送與分配電能的載體，是能源供應體系的重要組成部分，是現代經濟發展和社會進步的重要基礎和保障，更是能源互聯網的核心主體。通過對北美、歐洲和俄羅斯等典型電網百余年發展的研究，總結了世界典型同步電網發展從傳統電網到現代電網，從孤立電網到跨區、跨國大型互聯的一般規律，為中國電網的發展提供借鑒。基于對中國電網發展歷程和考慮新能源特性電網互聯演化的分析，結合電力需求、能源開發以及電力流規模的發展趨勢，提出了基于同步電網格局的中國能源互聯網未來的發展形態，為構建全球能源互聯網奠定重要基礎。

同步電網；中國能源互聯網；電網規劃；可再生能源；電網互聯演化

0 引 言

長期以來，化石能源支撐了人類工業文明發展，但同時帶來了能源供應、環境、資源配置和效率等方面的重大挑戰。如何在有限資源和環保嚴格要求的制約下實現經濟可持續發展已成為全球最重要的話題。

電能是清潔、高效、便捷的二次能源，具有終端利用效率高，使用過程清潔、零排放等特性，在各國經濟社會發展中得到廣泛應用[1]。電網作為電能輸送載體，在能源和電力需求增長的驅動下，經歷了百余年的發展。未來清潔、低碳的能源發展趨勢，對電網的發展和優化提出了新的要求和挑戰[2-3]。

本文分析北美、歐洲、俄羅斯等同步電網發展歷程，總結世界主要同步電網發展的特征和規律，以期為中國電網發展提供借鑒。從電壓等級提升和電網互聯角度，研究中國電網發展過程。為研究未來中國電網發展模式，以某省電網為例，采用電網發展演化模型，理論上分析含大規模新能源接入的電網發展過程。結合未來中國能源供應發展趨勢，展望2020年和2025年中國電網發展形態。

1 世界典型同步電網發展歷程

1.1 北美聯合電網

1.1.1 電網發展歷程

早期北美電網是由私有或公有公司根據各地負荷和電源條件建立，同時早期電網互聯存在單個擾動導致互聯系統的崩潰風險，因此大部分是孤立系統。受電力需求發展、規模化工業生產以及政府的積極推動，1915年開始，北美各孤立系統開始互聯并且規模不斷擴大[4]。其中，美國和加拿大由于地理位置緊密相連，為實現資源優化配置，獲得更多效益，20世紀20年代，美國東北部與加拿大進行聯接，成立加拿大—美國東部互聯電網(Canada-United States Eastern Interconnection，CANUSE)[5]。

圖1給出1925—1965年美國人均用電量增長趨勢。從圖1可看出，1930年前美國人均年用電量約500 kW·h，1950年接近1 900 kW·h。從1951—1965年，美國人均用電量從2 000 kW·h增長到 5 000 kW·h，這一過程也是美國電網高速發展的過程。

圖1 1925—1965年美國人均用電量趨勢Fig.1 Average capita electricity consumption of USA from 1925 to 1965

20世紀60年代初，北美東部電網覆蓋美國紐約、新英格蘭、賓夕法尼亞、新澤西、馬里蘭、密歇根州和加拿大安達略省。由ISG(Interconnected Systems Group)，PJM互聯電網(Pennsylvania-New Jersery-Maryland)，CANUSE組成。1965年北美東部電網互聯示意見圖2，220 kV電網為其主網架，最高聯網線路電壓等級是345 kV。

圖2 1965年北美東部電網互聯示意圖Fig.2 Eastern power grid interconnection diagram in USA in 1965

隨著供電區域擴大、電力負荷增加、發電機組容量增大和輸電電壓等級升高，系統之間互聯規模不斷擴大。為取得規模效益和提高運行可靠性以及有效利用資源，供電地域相鄰的電力公司通過雙邊或多邊協議規定電力交換，建立不同內容和形式的共同管理和協調機構。20世紀60至70年代，北美逐步形成四大同步電網格局即東部電網、西部電網、德克薩斯州電網和加拿大魁北克電網。20世紀90年代至2010年，受北美經濟增長緩慢影響，人均用電量增長緩慢，如圖3所示。1990年美國凈發電量為30 378億 kW·h，2000年38 021億 kW·h，年均增長2.2%;2013年為40 659億 kW·h，較2011年增長3 293億 kW·h，年均增長0.7%，人均用電量近十幾年來保持在13 000 kW·h，北美聯合電網格局保持不變[6]。

圖3 1990年至2010年美國人均用電量Fig.3 Average capita electricity consumption of USA from 1990 to 2010

目前，促進可再生能源并網，改造電網的基礎設施，提高電網可靠性，提升電網智能化水平是北美電網發展的主要動力[7-8]。

1.1.2 電網發展特征

北美電網發展的主要特點是大機組大電廠的建設促進電網向更高一級電壓等級發展，而更高電壓等級電網技術的突破為擴大電網互聯規模、獲得更大范圍互補互濟聯網效益奠定了基礎。隨著對電網可靠性、經濟性研究的不斷深入，逐步實現跨州跨國聯合電網。北美電網發展歷程具有以下特征。

(1)追求水火互補、豐枯互濟，大力發展跨國互聯同步電網。加拿大以水電為主，最高負荷出現在冬季，美國以火電為主，最高負荷出現在夏季，加拿大豐富的水電資源與美國大量燃煤火電之間形成良好的互補調節。加拿大在向美國出口低成本水電的同時，也在用電低谷(夜間)進口美國的廉價煤電，用以節約水電資源，在用電高峰向美國出口。北美電網聯網效益顯著，實現了資源優化配置。

(2)水電大容量外送促進輸電技術發展。大規模水電開發推動了北美電網的第一次大發展，例如，1916年出現138 kV、1923年出現230 kV電壓等級均是為滿足水電外送需求；水電大規模外送促進了1954年345 kV、1964年500 kV電壓等級的出現，1969年出現了765 kV輸電技術。

(3)追求電網運行可靠性，成立北美可靠性協會，由9個可靠性協作區組成，通過聯合調度中心協調各協作區之間的電力交換，提高大電網運行可靠性和經濟性。

1.2 歐洲電網

1.2.1 電網發展歷程

自19世紀后期輸電技術起源開始，追求電網的規模經濟性和優化電力資源配置的要求始終是驅動歐洲電網發展的動力。20世紀初期，為滿足供電需求增加、降低供電成本、實現各國內部的資源優化配置，各國開始大力發展本國內部的電網互聯，以110，132 kV電壓等級為主。以英國為例：20世紀20年代英國主要負荷中心位于倫敦附近，電源結構以煤電為主，分布在英格蘭中部及蘇格蘭的煤礦富集地區。1926年英國依靠132 kV電網實現了電力從英格蘭中部向倫敦的遠距離傳輸，從而在10年內將倫敦地區的電價降低了2/3。20世紀30年代英國建設132 kV電網，將運行頻率標準化為50 Hz，初步形成了全國交流同步電網，示意圖如圖4所示。

第二次世界大戰之后，歐洲經濟在20世紀60至70年代跨入快速發展的黃金時期，與經濟的迅速恢復和增長相匹配，該階段歐洲電力消費量也快速提升。從人均用電量上看，1960—1989年，歐洲人均用電量從1 400 kW·h增長到5 200 kW·h，增長近3.8倍，如圖5所示。

圖4 1932年英國132 kV網架結構示意圖Fig.4 Diagram of UK 132 kV power grid structure in 1932

圖5 1960—1989年歐洲人均用電量增長趨勢圖Fig.5 Average capita electricity consumption of Europe from 1960 to 1989

在20世紀中期至20世紀末期，受經濟增長、大容量機組投運以及石油危機等因素推動，為實現水火互補、峰谷互濟、調峰資源共享的目的，歐洲各個國家電網之間的聯網規模呈現迅速擴大的態勢，例如，1951年法國、德國、瑞士、荷蘭、奧地利、比利時、意大利、盧森堡等8國電網聯網形成西歐聯合電網(union for the co-ordination of production and transmission of electricity，UCPTE)，最高電壓等級提高到380 kV。20世紀末形成歐洲大陸同步電網、北歐同步電網、英國電網、愛爾蘭電網和波羅的海同步電網5個主要同步電網的格局。受地理位置、政治體質等因素限制，5個同步電網之間通過直流互聯[6]。

21世紀以來，歐洲電網高度重視電源結構的清潔化，歐盟承諾到2020年20%電力來源于可再生能源。為推動清潔能源在更大范圍內的有效配置，歐洲電網在增強自身內部互聯的同時，開始考慮向周邊清潔能源富集地區擴展[9-10]。1997年，北非地區的摩洛哥、阿爾及利亞、突尼斯與西班牙通過1回400 kV交流電纜跨越直布羅陀海峽實現同步互聯；2006年，摩洛哥與西班牙之間的第2回400 kV交流電纜投運；2010年，擁有大量可再生能源的土耳其電網與歐洲電網采用了智能電網新技術實現互聯，如圖6所示。

圖6 20世紀90年代末至今歐洲大陸同步電網互聯示意圖Fig.6 Diagram of UCPTE development from in the late 1990 s until now

1.2.2 電網發展特征

歐洲電網互聯發展至今，在技術方面，遵循電壓等級逐步提高、互聯規模逐步擴大的技術路線。伴隨歐洲輸電技術由低壓直流、低壓交流，向高壓/超高壓交流、高壓/超高壓交直流混聯發展，電網規模也相應從20世紀50年代8國同步互聯、20世紀60年代10國同步互聯、20世紀80年代17國聯網(其中12國同步)且與前蘇聯UPS/IPS聯網，發展到2013年32國互聯。歐洲電網發展過程呈現以下幾點特征。

(1)受端電網較強。歐洲國家普遍面積較小、負荷密度較大。在經濟快速增長的過程中，圍繞大城市首先形成受端系統，隨電網規模擴大逐步互聯的發展模式，造成歐洲呈現電網較為密集、強度較大的特征。

(2)電網互聯以取得聯網效益，實現了水火互補、峰谷互濟、調峰資源共享的大電網優越性。由于電源結構、負荷特性不同，歐洲電網各國之間電量交換頻繁。例如：北歐水電資源豐富，歐洲大陸有大量火電和核電。北歐通過11回直流與歐洲大陸交換電力，實現電力互濟，解決能源結構性矛盾。挪威夏季豐水期8月出口電量達到17.9億 kW·h，枯水期4月進口電量達到19.3億 kW·h。

(3)電網規模不斷擴大。發展至今，已形成覆蓋歐洲32個國家，裝機容量10.07億 kW，用電量3.27萬億 kW·h的大型互聯電網。

(4)歐洲電網高度重視電源結構的清潔化。歐盟制定了“2050能源路線圖計劃”，試圖在2050年構建強大的互聯電網，以完成從日照條件非常好的西班牙等南歐國家向德國、法國等傳統工業國家輸送高達約5 000萬 kW的國際化電網框架。

1.3 俄羅斯電網

1.3.1 電網發展歷程

前蘇聯成立初期，工業電氣化促進電力需求快速增長，全國用電量從1913年的19.5億 kW·h迅速增長到1934年的205.2億 kW·h，增長超過10倍，如表1所示。20世紀10年代到50年代，以工業城市為中心主要形成了10個同步電網，電壓等級以220 kV為主。

表1 1913—1934年前蘇聯國民經濟電力消費

Table 1 1913 to 1934 Former Soviet Union electricity consumption 106kW·h

20世紀40年代之前，蘇聯電網以大型工業城市為中心的多個孤網，最高輸電電壓等級為220 kV。二戰之后，蘇聯電網進入快速發展期，伴隨著經濟發展，電力消費快速增長，全國用電量年均增長平均超過8%，裝機容量年均增長約7.8%。用電負荷集中在西部地區，但是電源開發重心不斷東移，大型水電、火電基地集中在西伯利亞、烏拉爾等地區。

自1956年出現500 kV輸電線路后，前蘇聯各聯合電力系統開始大規模同步互聯，至20世紀80年代初，除遠東同步電網外，已基本形成包含9個聯合電力系統、以500 kV為骨干網架的全國同步電網[11]，覆蓋的行政區總面積約1 442萬km2。1967年出現750 kV線路，在中西部地區主要承擔電源匯集送出，見圖7。

圖7 20世紀50至80年代蘇聯統一同步電網 規模增長示意圖Fig.7 1950 to 1980 Soviet Union unified synchronous power grid expansion

20世紀90年代以來，俄羅斯電網維持2個同步電網格局，同步電網范圍并未受蘇聯解體影響而縮小(白俄羅斯、烏克蘭、哈薩克斯坦、格魯吉亞、阿塞拜疆等獨聯體國家電網在蘇聯解體后與蘇聯電網解開，但是很快又恢復與俄羅斯聯網)，西部電網覆蓋范圍反而進一步擴大，與波羅的海三國(愛沙尼亞、拉脫維亞、立陶宛)等東歐國家跨國聯網。

1.3.2 電網發展特征

俄羅斯電網始終遵循統一的調度管理模式。大容量遠距離的輸電需求促使發展大規模同步電網、不斷提高輸電電壓等級。電網發展特征如下。

(1)堅持集約高效開發大型電源，不斷提高發電廠、單機容量，提高發電經濟效率。

(2)同步聯網規模不斷擴大，滿足電力遠距離大規模輸送的需求，實現資源優化配置，大電網規模效益得到體現。

(3)較早確定電壓級差標準。為適應電廠規模、輸電容量和距離不斷增加的發展要求，20世紀50至80年代輸電線路電壓等級逐步提升，形成了110/220/500/1150 kV和110/330/750 kV 這2個電壓等級序列，協調發展、分區運行。

(4)俄羅斯電力系統是世界上發展最早、規模最大、跨度最遠的電力系統之一，而且電網安全穩定性好，自蘇聯時期起，沒有發生過大規模區域性嚴重電力事故。其主要原因是，始終堅持國家統一規劃、建設、管理和統一調度的管理模式不動搖，在電網發展早期就實行電力行業標準化，明確了電壓等級級差，電力自動化水平高。

2 世界典型電網發展一般規律

北美電網是典型的聯合電網，歐洲大陸電網是世界上最大最典型的互聯電網，俄羅斯電網是統一電網的代表，電網結構與能源資源分布、電力平衡方式、政治體制等息息相關，但無一例外都選擇了大電網互聯發展的道路，呈現以下共同特征。

(1)電力需求是電網發展的核心驅動力，直接決定了電網規模。伴隨經濟總量的成倍增長，北美、歐洲、俄羅斯電網均經歷了快速發展的黃金期，電力需求迅速攀升，電網規模隨之不斷擴大。例如，美國在1960年至1980年期間，人均GDP實現翻番，人均用電量從4 050 kW·h增長到9 862 kW·h，發電量從7 600億 kW·h增長到2.3萬億 kW·h，電網規模不斷增加，345 kV及以上電壓等級交流輸電線路從0.4萬km發展到8.6萬km，增長近20倍。

(2)電廠容量和輸電電壓等電力技術的發展和突破促進了電網互聯。例如，前蘇聯在20世紀40年代至20世紀80年代，火電、水電、核電廠最大容量分別增長13倍、11倍、1 000倍，達到480萬，640萬，500萬 kW，期間相繼出現500，750，1 150 kV電壓等級，同步電網覆蓋范圍不斷擴大，網架結構不斷加強。

(3)為提高電網的資源配置能力、安全可靠性和規模經濟性電網，電網發展遵循同步電網規模由小到大、數量由多到少、電壓由低到高、網架由弱到強的規律。例如，歐洲大陸電網由各國孤立電網逐步形成了20世紀50年代的8國同步互聯、20世紀80年代12國同步互聯、20世紀末期24國同步互聯，實現了水火互補、峰谷互濟、調峰資源共享的聯網效益。

3 中國能源互聯網發展研究

3.1 電網發展歷程

與世界主要國家電網的發展趨勢相同，中國電網互聯也經歷了從孤立電網逐步發展到省級電網，進一步發展到區域電網，由初期弱聯系到不斷加強，最后形成全國聯網格局的發展歷程。以電壓等級提高和電網互聯為標志，電網發展大致可分為3個重要階段：省級電網發展、區域電網發展和全國聯網。

(1)第一階段，省級電網發展。中國1882年就創建了發電廠，是世界上有電較早的國家之一，但是從1882年到1949年，電網的形成和發展非常緩慢。20世紀50年代，中國電網大多是以大、中城市為中心形成的孤立小網。20世紀60,70年代，逐步通過220 kV線路相互連接，以220 kV線路為主網架、以省域為主要覆蓋范圍的省級電網開始形成。

(2)第二階段，區域電網發展。20世紀70,80年代，隨著負荷的增長和300，600 MW機組的建設和第一條330，500 kV輸電線路投入運行，為滿足不同省、地區之間的電力配置要求，逐步形成以500(330)kV線路為聯絡線的跨省區域電網。至20世紀80年代末，形成了東北、華北、華東、華中、西北、川渝、南方7個跨省電網。

(3)第三階段，全國聯網。從1997年起，為確保三峽電力外送，歷時10年全部建成三峽輸變電工程，包括44項線路工程、55項變電站工程、3項±500 kV直流輸電工程，對促進全國聯網、實現資源優化配置起到了關鍵作用。三峽向華東輸電，促成了華中和華東2個區域電網互聯；三峽地處華中電網中部，充分發揮地理優勢，與川渝聯網實現了四川水電外送；華中電網通過三峽至廣東直流輸電工程實現與南方電網的互聯。隨著2011年青海—西藏±400 kV直流工程投運，西藏與西北電網實現異步聯網。除臺灣外，中國各省電網全部實現交直流聯網，基本形成了全國聯網的格局，如圖8所示。

圖8 全國聯網現狀Fig.8 National power grid interconnection status

3.2 電網發展演化研究

采用電網演化理論及發展仿真分析[12-13]，通過對實際電網抽象和簡化，建立考慮負荷發展、電源結構和布局等因素的電網發展演化模型，從理論上分析電網發展的過程。以某負荷密度和清潔能源發展水平高的省級電網為例，以1980年為起始處，考慮清潔能源接入等條件，開展為期50年的電網發展演化研究。具體分析流程如圖9所示。

圖9 電網發展演化模型流程圖Fig.9 Flowchart of power grid development evolution model

(1)獲取常規能源、清潔能源及輸變電設備相關成本信息。

(2)能源預測。獲取所研究區域內待建設的各類能源(火、水、風等)的發電功率在未來規劃年內變化的曲線，包括常規能源容量、調峰深度，間歇性功率的利用小時數及最大變化率。

(3)負荷預測。獲取研究區域內負荷在未來規劃年內變化的曲線，包括典型日負荷曲線。

(4)變電站新建。根據負荷預測值，在區域內新增負荷節點處新建變電站，并依據電壓等級及就近原則接入電網。

(5)發電廠新建及電網互聯。

1)計算每個孤立運行電網，分別統計該電網的調峰、電力、電量、備用的需求及調控能力。間歇性新能源在電力、電量平衡時與傳統發電相加，在考慮調峰時與負荷相加。響應需求側管理的負荷在調峰時與發電相加。

2)對每個調峰、電力、電量調控能力不能滿足需求的孤立運行電網，根據新電源、發電冗余的電網的距離及儲量、環保水平、開發成本的排序，確定孤立電網是否互聯，以及新建發電廠地理位置及數量。

3)根據待建電廠或互聯電網外送的容量及距離，確定其電壓等級并就近接入需求側電網。

4)當有新的發電接入或互聯后，返回1)；若沒有，則轉(6)。

(6)潮流計算。考慮系統內新增設備，優化系統內各個機組出力及潮流分布情況。

(7)N-1校核及升級。注意開斷系統內元件，計算開斷潮流，獲得N-1通過率，同時篩選系統薄弱元件。針對系統內薄弱元件進行升級，元件并聯數達到上限，則提高電壓等級，重新確定電網潮流分布。

(8)數據統計與保存。統計此次演化過程中電網形態相關指標。

網架結構方面，如圖10所示，以1980年該省級電網為研究的初始網架，以城市和發電廠為中心，形成了多個相對獨立的區域電網。圖中橫縱坐標軸均表示虛擬的地理位置。

圖10 演化初始接線圖Fig.10 Wiring diagram at beginning of evolution

電源發展方面，假設從演化的第21年開始出現風電等間歇性清潔能源，系統裝機情況見表2。

表2 系統裝機情況

Table 2 Installed generation situation

負荷增長方面，假設演化的前30年，負荷年均增長速度為8%，第31～50年按年均增長6%。

按照分析步驟、給定參數，以及調峰、電力電量、環保等約束條件，得到的電網演化10年、30年和終期電網接線示意圖如圖11—13所示，圖中橫縱坐標軸均表示虛擬的地理位置。

圖11 演化10年接線圖Fig.11 Wiring diagram after 10 years’ evolution

圖12 演化30年時接線圖Fig.12 Wiring diagram after 30 years’ evolution

圖13 演化結束時接線圖Fig.13 Wiring diagram at end of evolution

從圖10—13可以看到，在電網開始演化時，該電網有17個220 kV孤立電網，發展到第10年時，電網個數減少為14個，電網間互聯較少且局限于較近的區域；隨著電網的持續發展，風電等新能源基地與負荷中心不重合的特性體現，因此出現了更高的電壓等級，適用較大地理范圍的連接，隨著電網互聯不斷擴大，第30年發展為一個500 kV同步電網，演變結束時，終期該省電網仍保持為一個同步電網的格局，但網架更為密集。

通過模擬分析看出，為滿足風電等清潔能源基地遠距離輸電，以及滿足新能源接入的安全穩定要求，電網發展過程中需要提高電壓等級、擴大同步電網規模。

3.3 中國能源供應發展趨勢

3.3.1 電力需求仍將快速增長

從發展階段看，中國還處于工業化中后期、城鎮化快速推進期。盡管目前我國經濟發展已進入新常態，電力消費彈性系數近年來有所下降，然而隨著能源結構不斷向著清潔化、綠色化調整和優化，電力在終端能源消費中的比重將不斷提高，電力需求仍將保持中高速增長[14]。中國人均用電水平還處于低位，與發達國家存在較大差距，2010年中國人均用電量為3 140 kW·h，2015年為4 318 kW·h，相當于美國20世紀60年代水平。可以預見，伴隨終端消費電力比重上升，在未來較長一段時期，人均用電量水平將保持較快增長，預計2020年人均用電量將達到5 000 kW·h左右，或更高水平。

3.3.2 清潔能源開發力度進一步加大，能源開發重心進一步西移北移

2005年以來，中國裝機規模持續高速增長，年均增長11.9%。其中，清潔能源裝機增長率為15.1%，風電、太陽能裝機增長率分別達到65.2%和53.7%。

根據《能源發展戰略行動計劃(2014—2020年)》，未來中國將加快構建清潔低碳、安全高效的現代能源體系，清潔能源開發力度進一步加大。規劃2020年全國電源裝機總量為20.7億 kW，其中清潔能源裝機占比由2015年的34.1%提高到2020年的39.3%，煤電裝機占比由2015年的59.5%下降為2020年的54.3%。

但中國存在能源資源與需求逆向分布的特點，水電資源主要在西南地區，陸上風能資源集中分布在華北、東北、西北地區，太陽能資源集中分布在西藏、西北、內蒙古地區。因此，未來中國能源開發重心將進一步西移北移。預計2030年，中國風電、太陽能開發規模將進一步擴大，風電開發將主要集中在新疆、甘肅等地區，太陽能開發將主要集中在新疆、青海等地區。

3.3.3 未來“西電東送、北電南送”規模將進一步擴大

中國能源資源稟賦特征決定了未來“西電東送、北電南送”的格局不會改變，規模還將進一步擴大。目前，東中部12省(市)受入電力流規模是1.1億 kW，考慮已批、在建的一批跨區通道工程，結合受端負荷發展，預計2020年還將新增約1.5～2億kW的受入電力流規模，2030年還將進一步提升[15]。

綜合考慮中國電網現狀和發展需求，解決能源優化配置、清潔能源大規模開發、電網安全運行等問題的關鍵是擴大同步電網規模。

3.4 未來中國能源互聯網發展形態

從國外電網發展歷程看，各國電網發展基本都遵循了同步電網不斷聯網融合這一規律。結合中國中長期電力流規劃，綜合考慮從電網安全性、經濟性、清潔能源開發利用水平等因素，為了清潔能源能夠大規模開發利用，提高電網安全運行，設想進一步擴大中國同步電網的規模。基于現有5個同步電網格局，構建西部電網，把西南地區的水電和西北地區的風電、太陽能及火電進行聯網；構建東部電網，將東部主要受電地區電網進行互聯，2020年國家電網將形成送、受端清晰的東西部電網格局，全國呈現東部、西部、南方3個同步電網，見圖14。

圖14 2020年中國電網形態Fig.14 China power grid form in 2020

通過優化同步電網格局，一方面在送端地區能夠實現清潔能源跨區域跨流域多能互補，改善風電、太陽能出力隨機性和間歇性，降低系統調峰需求，提高外送通道利用率；另一方面，在受端地區能有效提高受端電網系統規模，加強系統調峰能力和頻率特性，從而提升接納大規模清潔能源饋入的能力。

2025年，為了進一步接受更大規模的遠距離清潔能源，提高電網安全穩定性，滿足西部北部新能源進一步開發外送需要，“西電東送、北電南供”電力流將持續增大，按照同步電網演變的規律，中國電網同步電網格局將進一步擴大，將東部電網和西部電網進一步互聯，國家電網形成一個同步電網的格局，全國包括國家電網和南方電網2個同步電網，如圖15所示。

圖15 2025年中國電網形態Fig.15 China power grid form in 2025

國家電網建成網架堅強、廣泛互聯、高度智能、開放互動的中國能源互聯網，為構建全球能源互聯網奠定重要基礎，將發揮引領示范作用，有助于中國贏得全球能源治理的話語權和主動權。

4 結 論

通過對北美、歐洲、俄羅斯等典型同步電網發展分析可看出，雖然各國能源資源稟賦、地理環境、政治體制等電網發展外部因素對各國電網的發展方式具有深遠影響，但為提高電網的資源配置能力、安全可靠性和規模經濟性，世界主要國家電網的發展趨勢是同步電網規模逐步擴大、數量逐步減少。

中國電網發展經歷了省級電網發展、區域電網發展和全國聯網3個重要階段，電網電壓等級由低到高，聯網規模從小到大，目前形成華北-華中、華東、東北、西北、南方、西藏6個交流同步電網。考慮到未來中國非化石能源占一次能源消費比重提高，以及新能源出力的變化特性，給出建立考慮新能源滲透率等因素的電網發展演化模型的步驟，并通過將某省級電網抽象和簡化，從理論上驗證電網發展過程中需要提高電壓等級、擴大同步電網規模的特征。

未來，按照同步電網演變的規律，結合中國電力需求仍將快速增長、清潔能源開發力度進一步加大，能源開發重心進一步西移北移，以及未來“西電東送、北電南送”規模將進一步擴大的發展趨勢，為從根本上解決西部、北部地區清潔能源大規模開發和消納難題，保障清潔能源高效利用，擴大同步電網規模

是解決問題的關鍵。2020年形成東、西部2大同步電網，2025年國家電網形成一個同步電網的格局，建設中國能源互聯網，成為全球能源互聯網重要的一部分。

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(編輯 張媛媛)

Synchronous Power Grid Development Trend and China’s Energy Interconnection Development

LIU Kaijun, LI Jun, LUO Jinshan, GAO Yi

(State Power Economic Research Institute, Beijing 102209, China)

In the energy development trend of ’clean energy replacement and electricity replacement’, as the carrier for transmission and distribution of electric energy, power grid is an important part of the energy supply system, and the important foundation and guarantee of the modern economic development and social progress, moreover is the core subject of energy Internet. This paper analyzes the history of power grids in North America, Europe, and Russia over hundred year history, and summarizes the general development rule of typical synchronous power grids in the world from traditional grid to modern power grid, isolated grid to interregional and international large-scale interconnected grid, which provides references for the development of China’s power grid. Based on the analysis of China power grid development history and the study of power grid interconnection evolution feature integrating renewable energy features, this paper proposes the future development patterns of China’s energy interconnection based on the synchronous grid framework, combining the electric power demand, the energy exploration, and the development trend of electricity flow scale, which can be an important foundation for the construction of the global energy internet.

synchronous power grid; China’s energy interconnection; power grid planning; renewable energy; power grid interconnection evolution

TM 72

A

1000-7229(2016)06-0001-09

10.3969/j.issn.1000-7229.2016.06.001

2016-03-06

劉開俊(1959)，男，教授級高級工程師，電力系統規劃領域專家；

李雋(1972)，女，高級工程師，主要從事電網規劃和技術管理工作；

羅金山(1980)，男，碩士，主要從事電網規劃設計研究工作；

高藝(1973)，女，高級工程師，主要從事電網規劃設計研究工作。