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关于“十三五”电网规划若干重大问题的思考

2016-03-01

 党的十八届五中全会提出创新、协调、绿色、开放、共享的发展理念,要求推进能源革命,加快能源技术创新,构建清洁低碳、安全高效的现代能源体系。9月26日,习近平总书记在联合国发展峰会上宣布“中国倡议探讨构建全球能源互联网,推动以清洁和绿色方式满足全球电力需求”。 

  改革开放以来,我国能源电力取得了举世瞩目的发展成就,发电装机、用电量、电网规模均位列世界第一。但我国能源安全、电力供应、环境污染以及温室气体排放等问题十分突出,长期看以化石能源为主的传统能源发展方式难以为继,必须走清洁低碳发展之路,实施“两个替代”,在能源开发上实施清洁替代,以水能、太阳能、风能等清洁能源替代化石能源;在能源消费上实施电能替代,提高电能在终端能源消费中的比重。“两个替代”是解决能源安全、环境污染和温室气体排放的治本之策,是贯彻落实国家能源“四个革命、一个合作”战略部署的关键举措,在世界各国已达成广泛共识。 

  构建全球能源互联网,实施“两个替代”要求我们必须从长远考虑能源电力发展问题,对影响电网规划的相关问题进行深入研究,为“十三五”及下一步电网发展指明方向。 

  一、全面建成小康社会,电力需求仍将快速增长 

  到2020年全面建成小康社会,是我们党确定的“两个一百年”奋斗目标的第一个百年奋斗目标。为保障国民经济发展需求,能源和电力需求仍将刚性增长,考虑产业转移、结构调整和绿色低碳发展,预计到2020年我国全社会用电量将达到8万亿千瓦时。 

  (一)电力需求与经济同步增长 

  “十三五”时期是全面建成小康社会决胜阶段,我国经济今后保持7%左右的增长速度是可能的。从发展阶段看,我国还处于工业化中后期、城镇化快速推进期,电力弹性系数保持在1左右是合理的。发达国家在工业化发展阶段一般超过1,甚至超过2。美国、日本、韩国等典型国家经济增速换档期,分别出现在1951年、1972年、1996年前后;换档前10年,电力弹性系数均超过1.3;完成转型后,电力弹性系数有所下降,但仍在较长时间内保持较高水平。美国在上世纪50年代、日本在上世纪70-80年代、韩国在2000年前后,电力弹性系数分别为2.7、0.9、1.7。2000年至2014年,我国电力弹性系数是1.1;“十二五”前三年,电力弹性系数为1.02,2014年、2015年用电量增速出现短时突降,“十二五”电力弹性系数下拉至0.78。“十三五”期间,随着经济增速触底回升,用电量增速和电力弹性系数必然随之反弹。 

  (二)我国人均用电量未来有较大增长空间 

  提高电力在终端能源消费中的比重,是提高能源利用效率的关键举措。电力在终端领域创造经济价值的效率为石油的3倍、煤炭的17倍。 

  我国目前尚有燃煤锅炉、窑炉45万台左右,绝大部分可以实施电能替代。汽车保有量超过1.5亿辆,加快发展电动汽车,交通领域以电代油潜力很大。经测算,目前我国各领域电能替代潜力高达2.4万亿千瓦时。 

 

  美国等国家在经济增速换挡期,人均用电量仍然保持了较快增长。1960年、1965年、1970年、1980年美国人均用电量分别为3808、5235、6788、9243千瓦时/人,2014年达到14203千瓦时/人。同样,1990年、2000年韩国人均用电量分别为2369、5907千瓦时/人,2014年达到10219千瓦时/人。 

  2010年我国人均用电量为3140千瓦时/人,2014年达到4078千瓦时/人,相当于美国20世纪60年代、韩国90年代水平。我国人均用电水平还处于低位,可以预见,伴随我国经济的持续发展,终端消费电力比重上升,在未来较长一段时期,我国人均用电量水平将保持较快增长。预计2020年人均用电量为5691千瓦时/人,相当于OECD国家2010年平均水平的64%。 

  (三)东中部作为电力负荷中心的地位将长期保持不变 

  东中部地区是我国经济增长的龙头,人口比重高,经济基数大。“八五”至“十一五”期间,京津冀鲁、沪苏浙闽、豫鄂湘赣等东中部12省(市)全社会用电量占国家电网公司比重从58%增加到66%。目前,东中部用电量基本保持在63%左右。综合考虑产业转移、节能减排、结构调整、人口聚集、电能替代等因素后,东中部12省(市)用电量占国家电网公司经营区用电量的比重将有所下降。产业转移在时间和空间上具有渐进性特点,转移速度较为平缓,预计“十三五”期间,东中部12省(市)用电量占国家电网公司经营区比重将下降1-2个百分点,仍是我国主要的负荷中心。 

  (四)电力预测要适度超前 

  电力发展关系国计民生,为保证国民经济健康发展,电力发展应适度超前。以往对于电力需求预测往往趋于保守,事实证明经济发展增长远大于预期,例如2004年规划预测全国2010年、2015年和2020年全社会用电量将分别达到2.75、3.43和4.3万亿千瓦时,而实际全国2010年全社会用电量达到4.2万亿千瓦时,相当于用电量需求提前十年实现。目前我国全社会用电量增速低,要避免对电力需求预测过于悲观。 

  二、清洁能源开发力度进一步加大,能源开发重心进一步西移北移 

  贯彻《能源发展战略行动计划(2014-2020年)》,加快构建清洁低碳、安全高效的现代能源体系,“十三五”必须以更大决心和力度控总量、调结构、提效率,加快发展清洁能源,推动能源生产与消费革命。 

  (一)能源开发实施清洁替代是必然趋势 

  “十一五”以来,我国装机规模持续高速增长,年均增长11.9%。其中,清洁能源装机增长率为15.1%,风电、太阳能装机增长率分别达到65.2%和53.7%,显著高于其他电源装机增长水平。截至2015年11月底,我国发电总装机容量14.1亿千瓦,其中风电装机1.13亿千瓦,光伏装机3327万千瓦。 

  我国在《中美气候变化联合声明》中承诺的2030年非化石能源占一次能源消费比重提高到20%。要达到这一目标,清洁能源的发展势不可挡。近年来,世界各国能源发展低碳化趋势明显,风能、太阳能发电比重逐年上升。目前,德国风电、太阳能发电装机占比达到42%,我国风电、太阳能装机占比为10%;美欧等主要发达国家煤电占比大多低于30%,但油气发电比重较高。我国煤电占装机的比重仍然很高,达到62.6%。从我国资源禀赋和发展趋势看,风电、太阳能发电将成为清洁发展的主力,随着技术进步和开发成本的逐步降低,已具备加快发展的条件。2014年我国风电发电成本已降至0.37-0.45元/千瓦时,光伏发电成本降至0.68-0.8元/千瓦时,预计2020年左右竞争力将超过化石能源。 

  (二)环境治理要求必须严控东中部常规煤电建设 

  东中部地区集中了全国75%的煤电,大气污染排放是全国平均水平的5倍以上,全国104个重酸雨城市全部在东中部。频繁出现的重度雾霾,迫切需要严控煤炭消费总量,压减煤电规模。目前,我国煤电发展面临失控的局面,全国核准在建煤电项目2.4亿千瓦,取得“路条”项目1.8亿千瓦,如果全部建设,2020年煤电装机将达到13亿千瓦。特别是东中部12省市核准煤电项目已达8000万千瓦。如此,能源结构调整和布局优化的目标将难以实现,环境问题将更加严重。 

  解决环境问题的根本措施是去煤化。按照《国务院关于印发大气污染防治行动计划的通知》和环保部、国家发改委员等6部委《关于印发<京津冀及周边地区落实大气污染防治行动计划实施细则>的通知》要求,京津冀、长三角等区域除热电联产外,禁止审批新建燃煤发电项目。远期来看,环境治理要求一大批煤电退出市场运行,留下部分大容量煤电电源作为调峰调频电源支撑电网。替之以本地气电、核电和外来电,解决负荷中心用电需要。 

  (三)能源开发重心进一步西移北移 

  建设清洁低碳、安全高效的现代能源体系,重点要在西部、北部地区建设以清洁能源为主的能源基地。 

  我国西南地区水电资源丰富,但开发利用程度不高,应加快四川、西藏水电开发。我国陆上风能资源集中分布在华北、东北、西北地区,太阳能资源集中分布在西藏、西北、内蒙古地区。未来我国能源开发重心将进一步西移北移。 

  一方面大力加快清洁能源开发利用,建设大型光伏、风电基地,实现清洁能源大规模送出;另一方面,依托西部、北部地区煤炭资源,建设大型煤电基地实现煤炭就地转化,并可与风电、光伏等清洁能源打捆外送,满足东中部用电。按此思路,规划2020年全国电源装机总量20.7亿千瓦,相比2014年新增7亿千瓦,年均增加1.2亿千瓦。其中,煤电装机11.2亿千瓦,风电2.4亿千瓦(“三北”1.8亿千瓦,东中部6300万千瓦),太阳能1.5亿千瓦(西部8000万千瓦,东中部分布式光伏7000万千瓦),水电3.47亿千瓦。清洁能源装机占比由2014年的31.6%提高到2020年的39.3%,煤电装机占比由2014年的62.6%下降为2020年的54.3%。 

  三、电网格局科学发展的思考 

  我国能源资源禀赋特征决定了未来西电东送、北电南送的格局不会改变,规模还将进一步扩大。预计到2020年,东中部12省(市)受入电力流规模达到3.1亿千瓦,是目前1.1亿千瓦的3倍。为满足新能源的消纳和电力跨区大规模优化配置的需要,亟需科学规划电网布局,加强跨区跨省互联电网建设,提升电网的资源优化能力和安全承载能力,确保能源安全可靠供应。 

  (一)解决清洁能源规模开发和消纳难题,关键是扩大同步电网规模 

  我国风电、光伏资源集中的西部北部地区,受本地负荷水平低、系统规模小、跨区输电通道不足等因素制约,难以实现新能源发电就地消纳,导致大量弃水、弃风、弃光。2014年,西南地区弃水近300亿千瓦时,“三北”地区弃风100亿千瓦时,西北地区弃光近25亿千瓦时。实践证明,我国目前基于行政管理区划和电力就地平衡逐步形成的华北-华中、华东、东北、西北、南方、西藏6个交流同步电网的格局,已经不能适应清洁能源发展需要。 

  由于新能源出力随机性、间歇性的固有特性,大规模新能源的外送消纳,对电网的汇集传输能力、调峰调频能力和转移支援能力都提出更高要求,电网发展思路和发展格局都必须随之加以调整。总体来看,就是要围绕清洁能源开发布局,扩大同步电网规模,在现有同步电网格局基础上,通过将不同资源类型的送端电网(如西北、川渝藏)进行互联实现资源互补外送,将主要受端地区电网进行互联形成系统容量更大的坚强受端,最终形成送、受端结构清晰,交流和直流协调发展的格局。通过优化同步电网格局,一方面能够实现清洁能源跨区域跨流域多能互补,改善风电、太阳能出力随机性和间歇性,降低系统调峰需求,提高外送通道利用率;另一方面,也能有效提高受端电网系统规模,加强系统调峰能力和频率特性,从而提升接纳大规模清洁能源馈入的能力。 

  根据规划研究,通过构建西部、东部两个同步电网,到2020年,新能源跨区输送规模将可超过1.5亿千瓦,从而实现更大范围水火互济、风光互补、大规模输送和优化配置,弃风、弃光可以控制在5%合理范围内,将从根本上解决西部地区清洁能源大规模开发和消纳难题,保障清洁能源高效利用。 

  (二)同步电网规模逐步扩大、数量逐步减少,是世界主要国家电网发展的必然趋势 

  从国外电网发展历程看,各国电网发展基本都遵循了同步电网不断联网融合这一规律。纵观北美、欧洲、俄罗斯、巴西、印度等世界主要国家/地区电网发展历程,电网结构与其能源资源分布、电力平衡方式、政治体制等息息相关,但无一例外都选择了大电网互联发展的道路。随着输电电压等级不断提升、电力技术不断发展和突破,各国电网由孤立网到跨区互联、由初期弱联系到不断加强,同步电网规模和覆盖范围都不断扩大。 

  较为典型的例子是北美电网和欧洲大陆电网。20世纪初,北美各地根据负荷和电源条件形成了众多孤立交流电网,到20世纪60年代,通过跨州跨国互联形成8个区域同步互联电网。目前,美国本土48个州和加拿大南部6个省所有的电网都联网运行,形成了北美东部、西部、魁北克和德州4大同步电网。未来美国还将进一步将德州电网纳入西部同步电网,同步电网数量进一步减少。欧洲大陆同步电网的发展更加具有代表性。为了获取联网效益,加强电力互济,消纳清洁能源,欧洲大陆在各国国内电网的基础上,在20世纪60年代,形成西欧联合电网、西葡联合电网、中欧联合电网、东欧电网、南斯拉夫电网共6个同步电网,到90年代末,同步电网互联规模进一步扩大,目前已形成覆盖24个国家的统一欧洲大陆同步电网。 

  总体而言,各国发展同步互联电网的主要动因是提高电网的资源配置能力、安全可靠性和规模经济性。交流联网是世界各地电网发展的共同趋势,构建大规模同步电网是满足大容量远距离输电的有效方法,面对故障冲击,更多的电源和负荷会同时做出反应,降低系统波动,整个电网的安全性和可靠性随之提高,符合电网发展的客观规律。 

  (三)确保电力安全可靠供应,需要建设坚强的同步电网结构 

  随着特高压直流的快速建设,特高压交流建设相对缓慢,造成电网“强直弱交”问题突出。目前,四川水电向华东送电的三大特高压直流满功率送电达2160万千瓦,现有西部送端和东部受端的500千伏电网严重不适应,已多次出现直流同时换相失败,造成有功功率和无功功率大量缺额,极易引发频率和电压稳定问题。如今年9月,锦苏直流发生双极闭锁,造成华东电网频率跌落至49.563赫兹、越限运行207秒,对电网安全稳定造成严重影响。华东地区通过多回直流接受区外来电,大容量直流同送端、同通道、同受端并列运行,发生多回直流同时故障的风险较大,如果不尽快加强交流

    网架,扩大互联规模,将会带来严重安全隐患。未来西部能源基地向东中部负荷中心的直流输电规模还会不断扩大,“强直弱交”问题带来的安全隐患将更加突出,特高压直流输送能力也将受到严重制约。近年来随着用电负荷、装机容量大幅提高,现有500千伏电网越来越密集,短路电流超标问题严重,电网被迫采取拉停线路、线路出串等控制措施,电网运行方式过于复杂、安排困难,且电网结构完整性遭到破坏,安全隐患难以克服。 

  按照“强交强直”原则,构建交直流协调发展、结构合理、技术先进的特高压电网,实现电网全面升级,能够根本解决电网“强直弱交”问题。同步电网潮流转移能力强,电压稳定性好,可以有效抵御严重故障、自然灾害、外力破坏、网络攻击等,保障电网安全运行。 

  四、加快现代配电网建设,服务社会民生 

  国家发改委、能源局发布了《关于加快配电网建设改造的指导意见》和《配电网建设改造行动计划(2015-2020年)》,提出2015-2020年配电网建设改造投资不低于2万亿元。 

  (一)实现全面建成小康社会宏伟目标,提升配电网发展质量 

  随着我国新型城镇化、农业现代化深入推进,经济社会发展对配电网可靠供电和优质服务的要求越来越高,保障民生和电力普遍服务的刚性需求大。一是在北京、上海等17个城市核心区建设高可靠性示范区,用户年均停电时间不超过5分钟,以点带面高起点、高标准建设配电网,确保供电能力充足、网架结构合理、设备标准化配置,具备故障自动检测、隔离和网络重构的自愈恢复能力;二是在国家新型城镇化试点区域,适度超前建设配电网,紧密跟踪市区、县城、中心城镇和产业园区等经济增长热点,推进新能源示范城市建设;三是加大农网改造升级力度,增加农村变电站和配电变压器布点,提高农网供电能力,加快解决“卡脖子”、“低电压”等突出问题,2020年前逐步解决全部35个县域电网联系薄弱问题,满足农村地区生活、生产用电。 

  (二)适应新能源及多元化负荷快速发展,加快配电网转型升级 

  新能源、分布式电源、电动汽车、储能装置快速发展,终端用电负荷呈现增长快、变化大、多样化的新趋势,配电网由“无源”变为“有源”,潮流由“单向”变为“多向”,加快配电网转型升级的任务非常紧迫。一是贯彻坚强智能电网发展战略,推广应用新技术、新产品、新工艺,提升配电网智能化水平;二是做好电动汽车充换电设施接入配套电网建设,建成电动汽车快充网络和车联网服务平台,实现城市及城际间充电设施的互联互通,积极开展电能替代,完成80%港口岸电工程建设,积极推广电采暖,倡导能源消费新模式,带动产业和社会节能减排;三是积极推广智能配电网项目和微电网示范项目建设,探索建立容纳高比例波动性可再生能源电力的发输(配)储用一体化系统;四是以配电网为支撑平台,逐步实现大数据、物联网、云计算等技术在电网运行管理的深化应用,全面提升配电网智能化、互动化水平,实现绿色用电服务多渠道互动、分布式电源友好接入、电动汽车即插即用、智能电表多元双向互动、用能服务高效便捷,全面推动能源生产和消费革命。 

  (三)加强电网规划与地方规划衔接,确保规划落地 

  一是科学制定远景目标网架,实现由规划引领,促进输配电网、城乡电网、一次网架设备与二次系统之间协调发展;二是积极配合政府开展电力设施布局规划,及时将规划成果纳入城乡发展规划和土地利用规划,实现配电网与城乡其它基础设施同步规划、同步建设;三是统筹用户资源和公共资源,严格遵守目标网架规划和电力设施布局规划,按照典型供电模式规范电力用户和分布式电源接入方案设计,实现配电网协调有序发展;四是建立电网建设常态沟通协调机制,电网规划及时纳入地方总体规划,以及土地利用规划、控制性详细规划、新型城镇化规划等规划,保护变电站站址、线路走廊、地下管线等建设资源,促进电网规划有效实施。 

  五、结语 

  优化同步电网格局,加快建设坚强智能电网,能够促进新能源大规模开发和高效利用,实现煤电总量控制和布局优化、明显改善东中部生态环境,进一步提升电力普遍服务、推动城乡电气化,同时还将取得节约电力投资,降低能源供应成本等显著经济社会效益。国家电网将建成网架坚强、广泛互联、高度智能、开放互动的统一同步电网,成为全球能源互联网的重要组成部分,并将发挥极其重要的引领示范作用。 (作者系国网北京经济技术研究院院长、党组副书记) 

 

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