我國未來電網的發(fā)展模式和關鍵技術

隨著經濟社會的發(fā)展，我國的用電需求將不斷增長，用電特性和能源結構也會在這一過程中不斷變化，為此，要構建符合未來社會發(fā)展需求的電網，必須開展中長期(2030~2050年)電力需求和供應預測，并依此進行電網建設和相關技術研究。

2013年，我國人均年電力消費為3911度，清潔能源電量比重占23.78%。按照“推動能源消費革命”的理念，通過貫徹落實節(jié)能優(yōu)先方針，推行強化節(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%的供應方案作為發(fā)展目標。8000度以下的人均年用電量大致相當或稍高于法國、德國、日本當前水平，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15億人計算，預測全國用電總量將達到12萬億度，是2013年全社會用電量5.32萬億度的2.25倍。

在此基礎上分析2030 ~2050年我國電力流的總體格局，我認為會有兩種可能的情況：第一，在此期間，我國能源資源和負荷中心的逆向分布仍未發(fā)生大的改變，電力仍需大容量遠距離輸送，但整體上與2030年相比無顯著增長，風電、太陽能發(fā)電的消納將成為電力流增加的主要推動力。第二，隨著核電及大規(guī)�？稍偕�能源的開發(fā)以及煤電裝機容量的減少，以及負荷中心向中西部地區(qū)的擴展、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，由目前的大容量遠距離輸送趨向于電力與負荷基本均衡的方向發(fā)展，未來對電力的大容量遠距離輸送需求將部分減少或較多地減少。根據目前的發(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，按強化節(jié)能和清潔化約束原則，推薦人均年消費電量8000度(清潔電量占60%)的優(yōu)化電力供應方案如下：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、風能、生物質能)占21.88%，核電占17.5%、天然氣電量占7.5%。

全國發(fā)電裝機總容量為33.68億千瓦，其中煤電裝機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。

電力消費分區(qū)預測表明，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，相應輸送電量為2萬億~2.5萬億度。這是對未來的輸電和電網技術的重大挑戰(zhàn)。

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

這一目標的實現(xiàn)與整個能源電力發(fā)展密切相關。經過10多年的技術研發(fā)和實踐，我國交流和直流特高壓輸電技術和電網技術已獲得重大突破，為實現(xiàn)大容量遠距離輸電奠定了堅實基礎。

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

直流輸電網技術、超導輸電技術在近期尚不具備大規(guī)模工程應用能力，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、直流輸電技術為核心的混合輸電網模式。

另外，由于超導技術的突破主要取決于物理學和材料學基礎研究的進展，具有很大的不確定性，而基于新型直流輸電的直流輸電網技術已經取得階段性成果，預期在可以預見的將來會有較大突破，我國在2030~2050年實現(xiàn)采用常規(guī)導體的主干直流輸電網的可能性更大。

按照我國中長期大容量遠距離輸送電力的客觀需求，在西部構建送端直流輸電網，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)遠距離、大容量輸送的重大需求。其次，這能夠在西部送端實現(xiàn)風電、太陽能發(fā)電、水電、煤電等不同特性電源之間補償調節(jié)，解決新能源出力的隨機性和波動性問題。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)資產利用效率，此外，還能實現(xiàn)西部廣大地區(qū)各交流電網的異步連接，提高運行的穩(wěn)定性，滿足西部的用電需求。

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

針對近中期的技術需求，需要研究安全可靠、經濟合理、技術先進，能滿足輸電需求的交直流輸電網結構;要研究相應的電網運行控制技術，提高系統(tǒng)的輸電能力及電網的安全性、可靠性和經濟性，特別要注重研究受端電網接收大量直流輸電的安全穩(wěn)定問題。

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

(作者系中國科學院院士、中國電力科學研究院名譽院長;本文依據作者在第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)