2030年前近距离输电将主要采用特高压/超高压交流输电方式
随着经济社会的发展,我国的用电需求将不断增长,用电特性和能源结构也会在这一过程中不断变化,为此,要构建符合未来社会发展需求的电网,必须开展中长期(2030~2050年)电力需求和供应预测,并依此进行电网建设和相关技术研究。
2013年,我国人均年电力消费为3911度,清洁能源电量比重占23.78%。按照“推动能源消费革命”的理念,通过贯彻落实节能优先方针,推行强化节能措施,建议我国中长期(2030~2050年)电力需求按人均年用电量不超过8000度考虑,以清洁能源发电量占60%的供应方案作为发展目标。8000度以下的人均年用电量大致相当或稍高于法国、德国、日本当前水平,是我国2013年人均年用电量的2倍。将2030~2050年全国人口按照约15亿人计算,预测全国用电总量将达到12万亿度,是2013年全社会用电量5.32万亿度的2.25倍。
在此基础上分析2030~2050年我国电力流的总体格局,我认为会有两种可能的情况:第一,在此期间,我国能源资源和负荷中心的逆向分布仍未发生大的改变,电力仍需大容量远距离输送,但整体上与2030年相比无显著增长,风电、太阳能发电的消纳将成为电力流增加的主要推动力。第二,随着核电及大规模可再生能源的开发以及煤电装机容量的减少,以及负荷中心向中西部地区的扩展、分布式能源的渗透率提高等,在此期间电力流格局将发生较大变化,由目前的大容量远距离输送趋向于电力与负荷基本均衡的方向发展,未来对电力的大容量远距离输送需求将部分减少或较多地减少。根据目前的发展形势来看,除非中东部和西部的电力需求比例发生重大变化,出现第二种情况的可能性较小,2030~2050年期间,电力流将维持稳定乃至略有增长。
所以,按强化节能和清洁化约束原则,推荐人均年消费电量8000度(清洁电量占60%)的优化电力供应方案如下:发电量总量约12万亿度,其中煤电占40%,水电占13.13%,非水可再生能源电(太阳能、风能、生物质能)占21.88%,核电占17.5%、天然气电量占7.5%。
全国发电装机总容量为33.68亿千瓦,其中煤电装机9.6亿千瓦、水电4.5亿千瓦、核电3亿千瓦、非水可再生能源14.58亿千瓦、气电2亿千瓦。
电力消费分区预测表明,2030~2050年我国西部用电量将占全国用电总量的26%~27%,占比较现在的23%略有增加。按人均8000度的发展目标测算,我国2030~2050年中长期西部输送到中东部地区的电力容量将由现在的1亿千瓦增加到4.5亿~5.5亿千瓦,相应输送电量为2万亿~2.5万亿度。这是对未来的输电和电网技术的重大挑战。
总体来说,我国电网未来发展的目标是:在电源开发方面,支持清洁能源电量占总量60%以上目标的实现;在电能传输和分配方面,支持实现西电东送(含北电南送)规模达到4.5 亿~5.5亿千瓦以上的目标,支持可再生能源和天然气分布式电源在配电网的规模化接入;在电能利用方面,支持强化节能,提高能源利用效率,提高电能在终端用能的比重。
这一目标的实现与整个能源电力发展密切相关。经过10多年的技术研发和实践,我国交流和直流特高压输电技术和电网技术已获得重大突破,为实现大容量远距离输电奠定了坚实基础。
采用新材料、新器件、新原理的输电技术,如新型电压源直流输电技术、直流电网技术、超导输电技术、新型大容量输电线路技术等,如能获得突破,并使之实用化,将为我国未来电网发展提供更多的技术选择。
直流输电网技术、超导输电技术在近期尚不具备大规模工程应用能力,因此在2030年前近距离输电将主要采用特高压/超高压交流输电方式,远距离则主要采用特高压/超高压直流输电方式,我国将形成超/特高压交、直流输电技术为核心的混合输电网模式。
另外,由于超导技术的突破主要取决于物理学和材料学基础研究的进展,具有很大的不确定性,而基于新型直流输电的直流输电网技术已经取得阶段性成果,预期在可以预见的将来会有较大突破,我国在2030~2050年实现采用常规导体的主干直流输电网的可能性更大。
按照我国中长期大容量远距离输送电力的客观需求,在西部构建送端直流输电网,也具有其必要性和优越性。首先,这能够更好地满足未来电力由西部向中东部地区远距离、大容量输送的重大需求。其次,这能够在西部送端实现风电、太阳能发电、水电、煤电等不同特性电源之间补偿调节,解决新能源出力的随机性和波动性问题。再次,这可以充分利用输电走廊和线路资源,提高输电系统资产利用效率,此外,还能实现西部广大地区各交流电网的异步连接,提高运行的稳定性,满足西部的用电需求。
根据未来电力流和关键输电技术发展趋势预测分析,可以预期:2030年前,我国将延续超/特高压交、直流输电技术为核心的输电模式,电力电子技术和新型直流输电技术等新的电网技术不断发展;2030~2050年,在新型直流输电技术成熟的条件下,我国可能形成西部送端直流输电网和中东部受端超/特高压交流电网相融合的输电网模式。
针对近中期的技术需求,需要研究安全可靠、经济合理、技术先进,能满足输电需求的交直流输电网结构;要研究相应的电网运行控制技术,提高系统的输电能力及电网的安全性、可