為了滿足我國經(jīng)濟社會可持續(xù)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(jié)約型社會的高度出發(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)實現(xiàn)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(qū)域經(jīng)濟發(fā)展極不平衡，決定了我國區(qū)域電能需求分布極不均衡。東部地區(qū)借助文化、科技、資金、交通和貿(mào)易等方面的基礎優(yōu)勢，國民經(jīng)濟將得到繼續(xù)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，將來我國石油的短缺將會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，可開發(fā)的規(guī)模主要取決于水資源承載能力。呼盟地區(qū)可用的水資源較豐富，適于就地實現(xiàn)煤電轉(zhuǎn)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(jié)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(guī)劃裝機容量可達8000萬千瓦。從遠期看，將有大量電力遠距離輸出，實施西電東送，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）  

隨著我國西南水電的開發(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、烏東德四個梯級電站共計3800多萬千瓦水電以及四川另有2400萬千瓦水電均需送往華中和華東，貴州送廣東電力也在1000萬千瓦以上，云南水電送廣東規(guī)模在2000萬千瓦以上。  

在環(huán)保方面，目前我國絕大部分城市地區(qū)、沿海經(jīng)濟快速發(fā)展地區(qū)以及酸雨和二氧化硫污染嚴重地區(qū)已經(jīng)基本上沒有大氣環(huán)境容量資源。今后負荷中心地區(qū)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(qū)環(huán)境容量對發(fā)展煤電的限制決定了我國需要將數(shù)量巨大的能源遠距離輸送，需要在已有能源傳輸途徑上開辟新的高效率、低能耗的輸能途徑。  

特高壓交流電網(wǎng)是我國電網(wǎng)結(jié)構(gòu)優(yōu)化發(fā)展的必然選擇  

隨著國內(nèi)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題，不能諱疾忌醫(yī)，更不能形而上學、刻舟求劍。如果電網(wǎng)繼續(xù)停留在500千伏水平上，而片面強調(diào)特高壓直流的作用，必將帶來一些列問題。具體講，我國大電網(wǎng)進一步發(fā)展需要解決如下問題:  

1、我國電網(wǎng)過去比較被動地跟隨著電源的建設而發(fā)展，結(jié)果導致我國跨區(qū)之間大容量輸電網(wǎng)絡規(guī)模過小，輸電能力不足。  

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

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

4、長鏈型電網(wǎng)結(jié)構(gòu)動態(tài)穩(wěn)定問題突出，在東北、華北、華中電網(wǎng)500千伏交流聯(lián)網(wǎng)，結(jié)構(gòu)比較薄弱，存在低頻振蕩，動態(tài)穩(wěn)定問題比較突出。  

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

建設特高壓交流輸電網(wǎng)絡能夠較好地解決上述問題。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)絡作為能源傳輸?shù)男峦緩?。特高壓輸電線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)可實現(xiàn)輸電和輸煤并舉，將來還可減少能源運輸燃料費用，降低能源輸送的成本。通過建立強大的特高壓電網(wǎng)，500千伏電網(wǎng)短路電流過大、長鏈型交流電網(wǎng)結(jié)構(gòu)動態(tài)穩(wěn)定較差、受端電網(wǎng)直流集中落點過多等諸多問題均可得到緩解。從以往對電網(wǎng)規(guī)劃各種方案的安全穩(wěn)定性計算分析結(jié)果看，交流特高壓輸電網(wǎng)絡的安全穩(wěn)定性較好。  

從國外大電網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)規(guī)模的發(fā)展情況看，建設跨大區(qū)大規(guī)模同步電網(wǎng)在技術(shù)上是可行的。此外我國大區(qū)電網(wǎng)模擬計算分析結(jié)果也表明：當大區(qū)電網(wǎng)通過交流特高壓互聯(lián)達到一定強度后，受擾動后的區(qū)域性振蕩能較快地平息，大規(guī)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路實現(xiàn)大區(qū)電網(wǎng)同步互聯(lián)，形成一個安全穩(wěn)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(guī)模輸電，比采用純直流輸電方案的系統(tǒng)可用率高，受端系統(tǒng)出現(xiàn)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)絡功能強，可用率高的特點，對將來電力流的變化具有較強的適應性。與建設具有多落點、具備同等網(wǎng)絡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(qū)的大型能源基地，在輸電線路中間位置難以落點以獲得電壓支撐的情況外，一般情況下應首先考慮通過交流輸電網(wǎng)實現(xiàn)電能的跨區(qū)域遠距離大容量輸送。  

特高壓電網(wǎng)發(fā)展未來前景廣闊  

為了滿足我國能源流動的基本要求和解決目前我國電網(wǎng)結(jié)構(gòu)存在的問題，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、低損耗地實現(xiàn)西電東送和南北水火調(diào)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，能滿足我國電力市場靈活交易的要求，促進電力市場的發(fā)展。  

3、特高壓骨干網(wǎng)架可從根本上解決受端系統(tǒng)500千伏電網(wǎng)結(jié)構(gòu)條件下，因電力密度過高引起的短路電流過大等問題。  

圖3未來我國電力流格局  

根據(jù)我國2010年～2020年用電量預測和裝機規(guī)劃，到2015年我國可形成一個聯(lián)接華北、華中、華東地區(qū)的交流特高壓同步電網(wǎng)。蒙西、陜北、晉東南、內(nèi)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研究院從事電力系統(tǒng)分析工作，側(cè)重于電力系統(tǒng)安全穩(wěn)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(tǒng)安全性、可靠性和經(jīng)濟性研究”。