我國未來電網(wǎng)的發(fā)展模式和關(guān)鍵技術(shù)

隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展，我國的用電需求將不斷增長，用電特性和能源結(jié)構(gòu)也會(huì)在這一過程中不斷變化，為此，要構(gòu)建符合未來社會(huì)發(fā)展需求的電網(wǎng)，必須開展中長期(2030~2050年)電力需求和供應(yīng)預(yù)測，并依此進(jìn)行電網(wǎng)建設(shè)和相關(guān)技術(shù)研究。

2013年，我國人均年電力消費(fèi)為3911度，清潔能源電量比重占23.78%。按照“推動(dòng)能源消費(fèi)革命”的理念，通過貫徹落實(shí)節(jié)能優(yōu)先方針，推行強(qiáng)化節(jié)能措施，建議我國中長期(2030~2050年)電力需求按人均年用電量不超過8000度考慮，以清潔能源發(fā)電量占60%的供應(yīng)方案作為發(fā)展目標(biāo)。8000度以下的人均年用電量大致相當(dāng)或稍高于法國、德國、日本當(dāng)前水平，是我國2013年人均年用電量的2倍。將2030～2050年全國人口按照約15億人計(jì)算，預(yù)測全國用電總量將達(dá)到12萬億度，是2013年全社會(huì)用電量5.32萬億度的2.25倍。

在此基礎(chǔ)上分析2030 ~2050年我國電力流的總體格局，我認(rèn)為會(huì)有兩種可能的情況：第一，在此期間，我國能源資源和負(fù)荷中心的逆向分布仍未發(fā)生大的改變，電力仍需大容量遠(yuǎn)距離輸送，但整體上與2030年相比無顯著增長，風(fēng)電、太陽能發(fā)電的消納將成為電力流增加的主要推動(dòng)力。第二，隨著核電及大規(guī)�？稍偕�能源的開發(fā)以及煤電裝機(jī)容量的減少，以及負(fù)荷中心向中西部地區(qū)的擴(kuò)展、分布式能源的滲透率提高等，在此期間電力流格局將發(fā)生較大變化，由目前的大容量遠(yuǎn)距離輸送趨向于電力與負(fù)荷基本均衡的方向發(fā)展，未來對(duì)電力的大容量遠(yuǎn)距離輸送需求將部分減少或較多地減少。根據(jù)目前的發(fā)展形勢來看，除非中東部和西部的電力需求比例發(fā)生重大變化，出現(xiàn)第二種情況的可能性較小，2030～2050年期間，電力流將維持穩(wěn)定乃至略有增長。

所以，按強(qiáng)化節(jié)能和清潔化約束原則，推薦人均年消費(fèi)電量8000度(清潔電量占60%)的優(yōu)化電力供應(yīng)方案如下：發(fā)電量總量約12萬億度，其中煤電占40%，水電占13.13%，非水可再生能源電(太陽能、風(fēng)能、生物質(zhì)能)占21.88%，核電占17.5%、天然氣電量占7.5%。

全國發(fā)電裝機(jī)總?cè)萘繛?3.68億千瓦，其中煤電裝機(jī)9.6億千瓦、水電4.5億千瓦、核電3億千瓦、非水可再生能源14.58億千瓦、氣電2億千瓦。

電力消費(fèi)分區(qū)預(yù)測表明，2030~2050年我國西部用電量將占全國用電總量的26%~27%，占比較現(xiàn)在的23%略有增加。按人均8000度的發(fā)展目標(biāo)測算，我國2030~2050年中長期西部輸送到中東部地區(qū)的電力容量將由現(xiàn)在的1億千瓦增加到4.5億~5.5億千瓦，相應(yīng)輸送電量為2萬億~2.5萬億度。這是對(duì)未來的輸電和電網(wǎng)技術(shù)的重大挑戰(zhàn)。

總體來說，我國電網(wǎng)未來發(fā)展的目標(biāo)是：在電源開發(fā)方面，支持清潔能源電量占總量60%以上目標(biāo)的實(shí)現(xiàn);在電能傳輸和分配方面，支持實(shí)現(xiàn)西電東送(含北電南送)規(guī)模達(dá)到4.5 億~5.5億千瓦以上的目標(biāo)，支持可再生能源和天然氣分布式電源在配電網(wǎng)的規(guī)模化接入;在電能利用方面，支持強(qiáng)化節(jié)能，提高能源利用效率，提高電能在終端用能的比重。

這一目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)與整個(gè)能源電力發(fā)展密切相關(guān)。經(jīng)過10多年的技術(shù)研發(fā)和實(shí)踐，我國交流和直流特高壓輸電技術(shù)和電網(wǎng)技術(shù)已獲得重大突破，為實(shí)現(xiàn)大容量遠(yuǎn)距離輸電奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

采用新材料、新器件、新原理的輸電技術(shù)，如新型電壓源直流輸電技術(shù)、直流電網(wǎng)技術(shù)、超導(dǎo)輸電技術(shù)、新型大容量輸電線路技術(shù)等，如能獲得突破，并使之實(shí)用化，將為我國未來電網(wǎng)發(fā)展提供更多的技術(shù)選擇。

直流輸電網(wǎng)技術(shù)、超導(dǎo)輸電技術(shù)在近期尚不具備大規(guī)模工程應(yīng)用能力，因此在2030年前近距離輸電將主要采用特高壓/超高壓交流輸電方式，遠(yuǎn)距離則主要采用特高壓/超高壓直流輸電方式，我國將形成超/特高壓交、直流輸電技術(shù)為核心的混合輸電網(wǎng)模式。

另外，由于超導(dǎo)技術(shù)的突破主要取決于物理學(xué)和材料學(xué)基礎(chǔ)研究的進(jìn)展，具有很大的不確定性，而基于新型直流輸電的直流輸電網(wǎng)技術(shù)已經(jīng)取得階段性成果，預(yù)期在可以預(yù)見的將來會(huì)有較大突破，我國在2030~2050年實(shí)現(xiàn)采用常規(guī)導(dǎo)體的主干直流輸電網(wǎng)的可能性更大。

按照我國中長期大容量遠(yuǎn)距離輸送電力的客觀需求，在西部構(gòu)建送端直流輸電網(wǎng)，也具有其必要性和優(yōu)越性。首先，這能夠更好地滿足未來電力由西部向中東部地區(qū)遠(yuǎn)距離、大容量輸送的重大需求。其次，這能夠在西部送端實(shí)現(xiàn)風(fēng)電、太陽能發(fā)電、水電、煤電等不同特性電源之間補(bǔ)償調(diào)節(jié)，解決新能源出力的隨機(jī)性和波動(dòng)性問題。再次，這可以充分利用輸電走廊和線路資源，提高輸電系統(tǒng)資產(chǎn)利用效率，此外，還能實(shí)現(xiàn)西部廣大地區(qū)各交流電網(wǎng)的異步連接，提高運(yùn)行的穩(wěn)定性，滿足西部的用電需求。

根據(jù)未來電力流和關(guān)鍵輸電技術(shù)發(fā)展趨勢預(yù)測分析，可以預(yù)期：2030年前，我國將延續(xù)超/特高壓交、直流輸電技術(shù)為核心的輸電模式，電力電子技術(shù)和新型直流輸電技術(shù)等新的電網(wǎng)技術(shù)不斷發(fā)展;2030~2050年，在新型直流輸電技術(shù)成熟的條件下，我國可能形成西部送端直流輸電網(wǎng)和中東部受端超/特高壓交流電網(wǎng)相融合的輸電網(wǎng)模式。

針對(duì)近中期的技術(shù)需求，需要研究安全可靠、經(jīng)濟(jì)合理、技術(shù)先進(jìn)，能滿足輸電需求的交直流輸電網(wǎng)結(jié)構(gòu);要研究相應(yīng)的電網(wǎng)運(yùn)行控制技術(shù)，提高系統(tǒng)的輸電能力及電網(wǎng)的安全性、可靠性和經(jīng)濟(jì)性，特別要注重研究受端電網(wǎng)接收大量直流輸電的安全穩(wěn)定問題。

針對(duì)中長期我國有可能形成西部送端直流輸電網(wǎng)與中東部受端超/特高壓交流電網(wǎng)有效融合的輸電網(wǎng)模式，需要提前重點(diǎn)部署新型直流輸電及直流輸電網(wǎng)技術(shù)的研究包括基礎(chǔ)性前瞻性研究和高技術(shù)開發(fā)。

(作者系中國科學(xué)院院士、中國電力科學(xué)研究院名譽(yù)院長;本文依據(jù)作者在第9屆中國電工裝備創(chuàng)新與發(fā)展論壇上的發(fā)言整理而成)