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大规模开发发展清洁能源需要建设特高压电网

我国正处于工业化和城镇化快速发展的重要时期,能源需求具有刚性增长特征,预计2020年我国一次能源需求将达到45亿至49亿吨标煤。而受能源资源储量、生态环境、开发条件等诸多因素的制约,我国国内常规化石能源可持续供应能力约36亿吨标准煤,其中煤炭41亿吨,常规石油约2亿吨,天然气(包括煤层气等)3000亿立方米,远低于未来国内能源潜在需求,必须大力发展清洁能源,保障能源供应安全。

清洁能源大多转化为电力加以利用,主要包括水电、核电、风电、太阳能发电及生物质能发电等。据测算,2020年转化为电力的清洁能源比重将超过82%。其他清洁能源利用方式包括太阳能热利用、生物质燃料等,总体规模有限。

研究表明,2020年我国清洁能源的开发利用总量可达6.7亿至7.4亿吨标煤,可补充能源供应缺口的60%至70%。因此,发展清洁能源是保障我国能源供应安全的有效途径。

发展清洁能源需要建设特高压电网

清洁能源资源与能源消费中心逆向分布的基本特征,决定了我国清洁能源需要走大规模开发、远距离输送的发展道路。

我国清洁能源资源丰富,具备大规模开发的潜力。我国水力资源非常丰富,技术可开发量5.42亿千瓦,居世界首位。截至2009年底,我国水电开发利用率仅为34%,远低于发达国家60%的平均水平。核电资源丰富,现有厂址可支撑装机1.6亿千瓦以上,远期可满足4亿千瓦装机需要;我国铀资源较为丰富,未来通过加强铀资源勘探开发、加强国际合作、积极利用海外资源等,核燃料供应基本可以满足我国核电大规模发展的需要。我国风电技术可开发量超过10亿千瓦,主要分布在“三北”(东北、西北、华北)地区、东部和东南沿海及附近岛屿。太阳能资源非常丰富,主要分布在西藏、青海、新疆、内蒙古、甘肃、宁夏等省区,可开发装机规模超过20亿千瓦。

我国水能资源剩余技术可开发量约80%分布在四川、云南、西藏等西南地区,陆地风能主要集中在西北部地区,而三分之二以上的能源需求集中在中东部地区。西部地区经济发展水平相对滞后,电力负荷需求水平较低,清洁能源发电消纳能力有限,大规模开发需要送往中东部负荷中心地区,扩大消纳范围。

根据国网能源研究院的研究成果,如果风电仅在省内消纳,2020年全国可开发的风电规模约5000万千瓦,通过特高压跨区联网输送扩大清洁能源的消纳能力,全国风电开发规模可达1亿千瓦以上。清洁能源大范围配置的要求客观决定了我国必须建立大容量、远距离的能源输送通道,特高压电网是承载清洁能源开发与输送的必然选择。

特高压输电具有容量大、经济输送距离远、能耗低、占地省、经济性好等优势,能够实现各种清洁能源的大规模、远距离输送,促进清洁能源的高效利用。西部、北部大型能源基地与中东部负荷中心地区的距离在800公里至3000公里,如依靠交流750千伏、500千伏和直流±600千伏级、±500千伏输电技术,超出了经济输送距离,电网安全稳定性也无法得到保障。大型核电基地的建设也需要坚强电网的支撑。

2020年,国家电网将形成以“三华”电网为主要受端,东北1000千伏电网、西北750千伏电网为主要送端,联接各大型煤电基地、水电基地、核电基地、可再生能源基地和主要负荷中心,以及各级电网协调发展的坚强智能电网。规划实现后,可以解决大型煤电基地,甘肃、新疆、吉林、河北等7个千万千瓦级风电基地以及四川、金沙江、西藏等大型水电基地电力外送和消纳问题,为东中部负荷中心大规模接受区外清洁、安全、可靠的电力构建坚强的网络平台,为大规模核电发展以及引入周边国家电力资源奠定坚实的网络基础。

  坚强智能电网是大规模开发清洁能源的客观要求

建设以特高压为基础的坚强智能电网,必须优化煤电布局,加快西部、北部煤电基地建设,构建“输煤输电并举”的能源综合输送体系,推动清洁能源的跨大区消纳。

输煤输电综合比较结果表明,特高压输电的经济性优于输煤;输电比输煤更有利于促进全国区域经济的协调发展、环保空间的优化利用、生态环境保护和土地资源的高效利用;输电的能源输送效率与输煤相当,输煤输电的合理分工能有效提高煤炭的能源利用和输送效率。

我国的哈密、酒泉、锡盟等地区当地风电消纳能力不足,千万千瓦级风电基地的建设和消纳必须依靠大规模外送。但风电单独外送时输电线路功率波动频繁,对电力系统的安全稳定运行带来巨大风险;且风电单独外送时输电线路的利用率很低,到达负荷中心地区的落地电价为受端地区火电标杆上网电价的两倍以上,不具备经济可行性。上述风电基地所在地区将同时规划建设大型煤电基地和特高压外送通道,将当地的风电和火电联合开发并打捆送出,能有效扩大风电的消纳范围和规模,促进风电的大规模开发,是我国“西电东送”的新形式。

从技术角度看,在少数风电出力快速变化的时段,借助送端坚强的省级或区域电网,可调用省内或区域电网的水电、火电、抽蓄等系统资源,平抑风电功率的波动,保持系统安全稳定运行。从经济角度看,风火“打捆”外送可大幅度提高输电线路的利用率,降低受端电网的电力供应成本。因此,转变电力发展方式,优化煤电布局,构建坚强的跨大区输电网,不仅是构建“输煤输电并举”能源综合输送体系的需要,也是促进我国清洁能源大规模开发的有效保障。

我国以煤为主的能源资源特点决定了我国以煤电为主的电源结构将长期难以改变,其中热电联产机组所占比重较高,影响火电的整体调节能力。在未来我国的清洁能源开发中,水电中径流式小水电占有一定比重,且水电受水库综合利用等因素影响,调节能力受到限制;核电到2020年将达到7000万千瓦至8000万千瓦,且不参与系统调峰;风电反调峰特性明显。因此,要促进我国清洁能源的大规模发展,必须优化电源结构,加大抽水蓄能、燃气轮机等调峰电源的建设力度。一方面,要加快西北、东北等地区抽水蓄能站址普查,推进抽水蓄能电站建设,促进清洁能源大规模开发;另一方面,加快“三华”等受端地区抽水蓄能电站建设,保证受端地区风电、核电与区外来电的协调运行。

同时,必须加快电网的智能化建设,使清洁能源发电能够得到高效利用,核电能够保持带基荷高效运行,尽可能减少水电和风电的弃水和弃风,减少化石能源的消费。

 坚强智能电网可获得巨大经济社会效益

作为我国重要的能源输送和配置平台,坚强智能电网从投资建设到生产运营的全过程都将对我国的国民经济、能源生产和利用方式产生重大影响。

坚强智能电网具有促进能源资源优化配置、引导能源生产和消费布局、保障电力系统安全稳定运行及电力市场运营等多项功能。坚强智能电网可以显著提升发电利用效率。坚强智能电网一方面可以发挥其显著的错峰和调峰等联网效益;另一方面通过构筑电源、电网与用户之间的友好互动平台,在分时电价等机制下,引导用户将高峰时段的用电负荷转移到低谷时段,降低高峰负荷,减小电网负荷峰谷差,减少火电发电机组出力调节次数和幅度,提高火电机组效率,降低发电煤耗,减少发电成本。据测算,到2020年,发展坚强智能电网将减少我国煤电装机约6300万千瓦,相应减少煤电投资约2200亿元;平均单位发电煤耗下降4克至6克/千瓦时,单位发电成本下降约1.0分/千瓦时至1.5分/千瓦时。

坚强智能电网可以提升输电效率和电能在终端用户的使用效率。2020年,通过智能调度系统和灵活输电技术,优化系统潮流分布,坚强智能电网可使系统网损降低70亿千瓦时以上;通过智能电网与用户间双向信息交互以及智能家电的应用,提高终端设备的能源利用效率,坚强智能电网可实现用户侧节能约450亿千瓦时。

 

 
 
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