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       在新能源發(fā)電機(jī)組大量并網(wǎng)和能源互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的新形勢(shì)下，我國特高壓電網(wǎng)規(guī)劃工作面臨下列新問題：①電源結(jié)構(gòu)變化對(duì)傳統(tǒng)特高壓電網(wǎng)的輸電能力有什么影響?②未來我國電力系統(tǒng)需要什么樣的特高壓電網(wǎng)?③什么條件下新一代特高壓電網(wǎng)才可以全面取代傳統(tǒng)特高壓電網(wǎng)?④新一代特高壓電網(wǎng)可能遇到的關(guān)鍵安全問題是什么?

　　在上述背景下，本文結(jié)合我國的能源資源和用電負(fù)荷的分布情況、能源傳輸?shù)男枨蠹按嬖诘膯栴}、電源結(jié)構(gòu)變化、電網(wǎng)安全性以及改善環(huán)境的需求等影響因素，對(duì)上述問題進(jìn)行討論。

　　在輸電通道中間落點(diǎn)及受電端，傳統(tǒng)特高壓交流電網(wǎng)需要穩(wěn)定可靠的電壓支撐，以保證在重載輸電狀態(tài)下遭受故障擾動(dòng)時(shí)，能滿足電力送受兩端發(fā)電機(jī)組相對(duì)角暫態(tài)穩(wěn)定的約束，并且確保在其后的中長過程中，避免受端系統(tǒng)的電壓失去穩(wěn)定。

　　傳統(tǒng)的直流輸電系統(tǒng)也要求所連接的交流電網(wǎng)能為其提供穩(wěn)定可靠的交流電壓支撐，否則不能穩(wěn)定運(yùn)行。當(dāng)傳統(tǒng)的直流輸電系統(tǒng)接入弱交流系統(tǒng)時(shí)，容易出現(xiàn)以下問題：高動(dòng)態(tài)過電壓、電壓不穩(wěn)定、諧波諧振和諧波不穩(wěn)定、故障恢復(fù)的暫態(tài)過程不穩(wěn)、逆變器換相失敗等。

　　在傳統(tǒng)特高壓直流輸電系統(tǒng)的受端電網(wǎng)，由于通常小規(guī)模、分散、間歇性工作的風(fēng)電和光伏電源不能為直流逆變站提供穩(wěn)定可靠的電壓支撐，因此需要配置一定數(shù)量可提供穩(wěn)定可靠電壓支撐的火電、核電機(jī)組或大容量調(diào)相機(jī)。

　　未來在可再生能源發(fā)電出力占比很高的情況下，由于電源出力的間歇性和波動(dòng)性，電網(wǎng)容易出現(xiàn)因電力盈虧波動(dòng)過大所導(dǎo)致的頻率、電壓不穩(wěn)定問題。尤其當(dāng)部分常規(guī)發(fā)電機(jī)組計(jì)劃及強(qiáng)迫停運(yùn)后，電網(wǎng)的頻率、電壓的穩(wěn)定性會(huì)進(jìn)一步降低，在電網(wǎng)短路故障的沖擊下，伴隨著電壓的不穩(wěn)定也很容易出現(xiàn)功角失穩(wěn)問題。因上述情況下下級(jí)電網(wǎng)過于脆弱，傳統(tǒng)特高壓電網(wǎng)的輸電能力容易出現(xiàn)嚴(yán)重下降的情況。目前針對(duì)上述問題的一般對(duì)策有：在電網(wǎng)中配置動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償裝置、提高新能源機(jī)組低壓穿越能力、風(fēng)電機(jī)組配置能夠響應(yīng)系統(tǒng)頻率變化的輔助控制環(huán)節(jié)、增強(qiáng)電網(wǎng)的儲(chǔ)能/發(fā)電轉(zhuǎn)換能力、直流輸電系統(tǒng)根據(jù)電網(wǎng)擾動(dòng)改變其輸送功率等。此外，實(shí)現(xiàn)用電需求自動(dòng)響應(yīng)網(wǎng)、源側(cè)的狀態(tài)變化，對(duì)提高電網(wǎng)的穩(wěn)定性也有一定的幫助。但由于在受端電網(wǎng)因新能源出力間歇性大幅降低而缺電時(shí)，傳統(tǒng)特高壓電網(wǎng)可能同時(shí)因電壓支撐被嚴(yán)重削弱而大幅度降低了輸電能力，從而導(dǎo)致受端電網(wǎng)的缺電更趨嚴(yán)重。因此對(duì)承擔(dān)遠(yuǎn)距離大容量輸電任務(wù)的傳統(tǒng)特高壓電網(wǎng)而言，僅有上述措施是不夠的。除了上述的措施外，在交直流輸電的受端電網(wǎng)以及交流輸電通道落點(diǎn)的中間電網(wǎng)，通常還需保留相當(dāng)數(shù)量可為特高壓電網(wǎng)提供穩(wěn)定可靠的電壓支撐的常規(guī)機(jī)組，以確保在需要時(shí)特高壓電網(wǎng)有能力將大量的電能向受端電網(wǎng)輸送。

　　綜上所述，傳統(tǒng)的特高壓交、直流輸電網(wǎng)為了維持其穩(wěn)定可靠的大容量輸電能力，對(duì)電源中的常規(guī)電源成分有較強(qiáng)的依賴性。反之，電源中的常規(guī)電源成分在未來相當(dāng)長的時(shí)期內(nèi)，在一定程度上依附傳統(tǒng)的特高壓交、直流輸電網(wǎng)結(jié)構(gòu)而存在。上述兩者在一定程度上具有相互依存關(guān)系。

　　中國能源資源大部分集中在西北、東北、華北和西南。已建和規(guī)劃建設(shè)的大型電源基地(含風(fēng)、光、水、火電)主要分布在新疆(準(zhǔn)東、準(zhǔn)北、哈密)和內(nèi)蒙古(蒙西、阿拉善、巴彥淖爾、上海廟、烏蘭察布、勝利、錫盟、呼盟、扎魯特、赤峰)，以及陜西、甘肅、青海、寧夏、山西、四川、云南等省區(qū)。上述能源基地到負(fù)荷中心區(qū)域的距離在800~3000km之間，需要通過交直流特高壓電網(wǎng)將其電力向京津唐、山東、華中、華東、華南等經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)輸送?；谀茉撮_發(fā)和負(fù)荷的分布情況，據(jù)國家電網(wǎng)公司能源研究院估計(jì)，2030年和2050年我國跨區(qū)電力流規(guī)模將分別達(dá)到460GW和680GW以上。

　　上述情況表明，一方面我國需要以微網(wǎng)為基礎(chǔ)單元建立能源互聯(lián)網(wǎng)，形成源、網(wǎng)、儲(chǔ)、荷協(xié)調(diào)發(fā)展的多能集成互補(bǔ)系統(tǒng)，這一結(jié)構(gòu)形式可促進(jìn)分布式能源的建設(shè)和商業(yè)運(yùn)營。另一方面，大型電源基地群遠(yuǎn)離大負(fù)荷區(qū)域的基本國情決定了我國有大規(guī)模遠(yuǎn)距離輸送電能的特殊需求。基于上述國情，我國能源互聯(lián)網(wǎng)建設(shè)，在強(qiáng)調(diào)信息互聯(lián)網(wǎng)和配電網(wǎng)層面的多能互補(bǔ)和互動(dòng)交易的同時(shí)，不應(yīng)排斥廣域的能源開發(fā)、能量流通和交易的需求。未來我國能源互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)在能源廣域互聯(lián)交易和個(gè)體分散產(chǎn)銷兩個(gè)層面成為堅(jiān)實(shí)可靠的支撐平臺(tái)。因此，我們?cè)O(shè)想中國能源互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展目標(biāo)為：通過信息互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和能量流通網(wǎng)智能處理技術(shù)，在廣域互聯(lián)交易和個(gè)體分散產(chǎn)銷兩個(gè)層面，使風(fēng)、光、水、火、油、氣、核、電、熱等能源的采集、轉(zhuǎn)化、傳輸、消納、存儲(chǔ)和釋放過程實(shí)現(xiàn)智能化協(xié)調(diào)優(yōu)化管理，并支持雙向互動(dòng)，滿足用戶安全可靠便捷地進(jìn)行能量生產(chǎn)、消費(fèi)、存儲(chǔ)、轉(zhuǎn)換和商業(yè)交易的需求。并預(yù)計(jì)2050年前后，我國將逐步實(shí)現(xiàn)上述發(fā)展目標(biāo)。

       在我國能源互聯(lián)網(wǎng)基本上實(shí)現(xiàn)了上述發(fā)展目標(biāo)后，隨著可再生能源和分布式發(fā)電技術(shù)的發(fā)展，原來的電力用戶也將成為數(shù)量巨大的能源生產(chǎn)者。將來他們的大量涌現(xiàn)是否會(huì)導(dǎo)致特高壓輸電網(wǎng)失去存在的必要性?下面針對(duì)這一問題進(jìn)行簡要的分析。

　　由于我國中、東、南部負(fù)荷中心區(qū)域風(fēng)力資源以及可用于建大型風(fēng)電場(chǎng)的土地資源不足，預(yù)計(jì)將來在上述地區(qū)數(shù)量巨大的個(gè)體電力用戶主要依靠光伏電源補(bǔ)充電力供給，但這種分布式屋頂光伏發(fā)電容量較為有限，2050年在全國范圍也只有2.6億千瓦左右。而且這種電力會(huì)隨著日照和天氣變化情況呈現(xiàn)很大的間歇性和波動(dòng)性，因此在人口密集的區(qū)域，有的時(shí)段區(qū)域性的電力缺口估計(jì)仍會(huì)很大，尤其在夜晚負(fù)荷高峰時(shí)段以及在持續(xù)陰雨的季節(jié)。上述的電力缺口需要通過廣域能源互聯(lián)網(wǎng)從其它區(qū)域獲取電力來填補(bǔ)。而2050年以前我國已經(jīng)建成遠(yuǎn)離負(fù)荷中心的大型電源基地和特高壓電網(wǎng)，繼續(xù)用其獲取和傳輸電能，填補(bǔ)缺電區(qū)域的供電缺口，無疑是最為經(jīng)濟(jì)合理的選擇。而且，我國跨區(qū)域的特高壓互聯(lián)電網(wǎng)不僅僅是能源單向傳輸?shù)耐ǖ溃瑫r(shí)還是實(shí)現(xiàn)廣域范圍間歇性電源出力過程總體平緩化的必要途徑。再者，通過特高壓電網(wǎng)輸送電力，可將邊遠(yuǎn)地區(qū)大型電源基地生產(chǎn)的過剩電能在用電區(qū)域儲(chǔ)存起來用作備用電源。這樣既可減少棄水、棄風(fēng)、棄光電能，又可提高受端系統(tǒng)供電的可靠性，解決這些區(qū)域能源不足的問題。

　　綜上所述，預(yù)計(jì)將來至少在相當(dāng)長的過渡時(shí)期內(nèi)，中國不僅需要區(qū)域內(nèi)的能源互聯(lián)網(wǎng)，而且需要跨區(qū)域的能源互聯(lián)網(wǎng)。2050年前后，特高壓電網(wǎng)仍將為我國廣域大規(guī)模能源資源集中開發(fā)利用、為滿足負(fù)荷中心區(qū)域用電需求以及為國際間的電能交易提供服務(wù)，發(fā)揮不可或缺的重要作用。只不過遠(yuǎn)景隨著部分大型煤電基地年發(fā)電量的減少，特高壓電網(wǎng)年輸電量可能會(huì)相應(yīng)地減少，在未來能源互聯(lián)網(wǎng)中的功能和地位會(huì)有所下降而已。

　　當(dāng)電力系統(tǒng)中常規(guī)發(fā)電機(jī)組大量裁減，傳統(tǒng)特高壓交直流輸電網(wǎng)大規(guī)模遠(yuǎn)距離穩(wěn)定輸送電力的功能將嚴(yán)重削弱。雖然針對(duì)這一問題可考慮為傳統(tǒng)特高壓電網(wǎng)部分節(jié)點(diǎn)配置同步調(diào)相機(jī)或靜止同步補(bǔ)償器等，但由于受特高壓變壓器第三卷容量的限制，當(dāng)特高壓輸電受端下接的電網(wǎng)間歇性地出現(xiàn)嚴(yán)重缺電并且電壓低落時(shí)，這一措施也不能為特高壓電網(wǎng)及下接的電網(wǎng)提供足夠的電壓支撐。因此，當(dāng)傳統(tǒng)特高壓電網(wǎng)的基本功能隨著未來電力系統(tǒng)中可再生能源比例的增大而被嚴(yán)重削弱時(shí)，特高壓電網(wǎng)將需要更新?lián)Q代。

　　從電源規(guī)劃數(shù)據(jù)看，2030年前后，中國仍有大量的火電機(jī)組可為傳統(tǒng)的特高壓電網(wǎng)提供可靠的電壓支撐，因此傳統(tǒng)的特高壓電網(wǎng)仍可作為中國西南、西北和北部大規(guī)模電源基地電力外送的承載體。在此背景下，屆時(shí)顯然不宜付出昂貴的代價(jià)采用安全防御技術(shù)尚不成熟的特高壓直流電網(wǎng)去取代剛建成不久正在正常發(fā)揮作用的傳統(tǒng)特高壓電網(wǎng)。

　　有學(xué)者認(rèn)為，我國用能結(jié)構(gòu)、供能結(jié)構(gòu)的形成有其深刻的歷史原因和資源賦存特征，若在短短三十幾年內(nèi)讓化石燃料發(fā)電設(shè)施退出，并大規(guī)模使用可再生能源，中國將付出過高的成本。例如電力發(fā)展促進(jìn)會(huì)專職顧問姜紹俊認(rèn)為，2050年我國可再生能源發(fā)電量占80%以上的愿望不切實(shí)際。比較可行的目標(biāo)是屆時(shí)可再生能源成