我国电网未来发展模式和关键技术

文 Article_周孝信

随着经济社会的发展，我国的用电需求将不断增长，用电特性和能源结构也会在这一过程中不断变化，为此，要构建符合未来社会发展需求的电网，必须开展中长期（2030～2050年）电力需求和供应预测，并依此进行电网建设和相关技术研究。

2013年，我国人均年电力消费为3911千瓦时，清洁能源电量比重占23.78%。按照“推动能源消费革命”的理念，通过贯彻落实节能优先方针，推行强化节能措施，建议我国中长期（2030～2050年）电力需求按人均年用电量不超过8000千瓦时考虑，以清洁能源发电量占60%的供应方案作为发展目标。8000千瓦时以下的人均年用电量大致相当或稍高于法国、德国、日本当前水平，是我国2013年人均年用电量的2倍。将2030～2050年全国人口按照约15亿人计算，预测全国用电总量将达到12万亿千瓦时，是2013年全社会用电量5.32万亿千瓦时的2.25倍。

在此基础上分析2030～2050年我国电力流的总体格局，我认为会有两种可能的情况：第一，在此期间，我国能源资源和负荷中心的逆向分布仍未发生大的改变，电力仍需大容量远距离输送，但整体上与2030年相比无显著增长，风电、太阳能发电的消纳将成为电力流增加的主要推动力。第二，随着核电及大规模可再生能源的开发以及煤电装机容量的减少，以及负荷中心向中西部地区的扩展、分布式能源的渗透率提高等，在此期间电力流格局将发生较大变化，由目前的大容量远距离输送趋向于电力与负荷基本均衡的方向发展，未来对电力的大容量远距离输送需求将部分减少或较多地减少。根据目前的发展形势来看，除非中东部和西部的电力需求比例发生重大变化，出现第二种情况的可能性较小，2030～2050年期间，电力流将维持稳定乃至略有增长。

所以，按强化节能和清洁化约束原则，推荐人均年消费电量8000千瓦时（清洁电量占60%）的优化电力供应方案如下：发电量总量约12万亿千瓦时，其中煤电占40%，水电占13.13%，非水可再生能源电（太阳能、风能、生物质能）占21.88%，核电占17.5%、天然气电量占7.5%。

全国发电装机总容量为33.68亿千瓦，其中煤电装机9.6亿千瓦、水电4.5亿千瓦、核电3亿千瓦、非水可再生能源14.58亿千瓦、气电2亿千瓦。

电力消费分区预测表明，2030～2050年我国西部用电量将占全国用电总量的26%～27%，占比较现在的23%略有增加。按人均8000千瓦时的发展目标测算，我国2030～2050年中长期西部输送到中东部地区的电力容量将由现在的1亿千瓦增加到4.5亿～5.5亿千瓦，相应输送电量为2万亿～2.5万亿千瓦时。这是对未来的输电和电网技术的重大挑战。

总体来说，我国电网未来发展的目标是：在电源开发方面，支持清洁能源电量占总量60%以上目标的实现；在电能传输和分配方面，支持实现西电东送（含北电南送）规模达到4.5亿～5.5亿千瓦以上的目标，支持可再生能源和天然气分布式电源在配电网的规模化接入；在电能利用方面，支持强化节能，提高能源利用效率，提高电能在终端用能的比重。

这一目标的实现与整个能源电力发展密切相关。经过10多年的技术研发和实践，我国交流和直流特高压输电技术和电网技术已获得重大突破，为实现大容量远距离输电奠定了坚实基础。

采用新材料、新器件、新原理的输电技术，如新型电压源直流输电技术、直流电网技术、超导输电技术、新型大容量输电线路技术等，如能获得突破，并使之实用化，将为我国未来电网发展提供更多的技术选择。

直流输电网技术、超导输电技术在近期尚不具备大规模工程应用能力，因此在2030年前近距离输电将主要采用特高压/超高压交流输电方式，远距离则主要采用特高压/超高压直流输电方式，我国将形成超/特高压交、直流输电技术为核心的混合输电网模式。

另外，由于超导技术的突破主要取决于物理学和材料学基础研究的进展，具有很大的不确定性，而基于新型直流输电的直流输电网技术已经取得阶段性成果，预期在可以预见的将来会有较大突破，我国在2030～2050年实现采用常规导体的主干直流输电网的可能性更大。

按照我国中长期大容量远距离输送电力的客观需求，在西部构建送端直流输电网，也具有其必要性和优越性。首先，这能够更好地满足未来电力由西部向中东部地区远距离、大容量输送的重大需求。其次，这能够在西部送端实现风电、太阳能发电、水电、煤电等不同特性电源之间补偿调节，解决新能源出力的随机性和波动性问题。再次，这可以充分利用输电走廊和线路资源，提高输电系统资产利用效率。此外，还能实现西部广大地区各交流电网的异步连接，提高运行的稳定性，满足西部的用电需求。

根据未来电力流和关键输电技术发展趋势预测分析，可以预期：2030年前，我国将延续超/特高压交、直流输电技术为核心的输电模式，电力电子技术和新型直流输电技术等新的电网技术不断发展；2030～2050年，在新型直流输电技术成熟的条件下，我国可能形成西部送端直流输电网和中东部受端超/特高压交流电网相融合的输电网模式。

针对近中期的技术需求，需要研究安全可靠、经济合理、技术先进，能满足输电需求的交直流输电网结构；要研究相应的电网运行控制技术，提高系统的输电能力及电网的安全性、可靠性和经济性，特别要注重研究受端电网接收大量直流输电的安全稳定问题。

针对中长期我国有可能形成西部送端直流输电网与中东部受端超/特高压交流电网有效融合的输电网模式，需要提前重点部署新型直流输电及直流输电网技术的研究包括基础性前瞻性研究和高技术开发。

相关链接：储能技术助力构建绿色电力系统

文 Article_王永干

电力储能是能源安全体系中的组成部分。它涉及电力结构调整、节能减排、大气治理、电力多元化供应等方面，能驱动技术创新、产业创新、商业模式的创新，已经引起政府、企业和研究机构的广泛关注和重视。

近年来大量涌现的新能源因其自身特性加上无序发展，对电网安全运行提出了严重挑战。围绕绿色低碳与转换效率的双重主线，电力行业当前发展应定格在安全、绿色、开放的理念上。这其中，电力储能技术的发展正孕育着重大的突破。

首先，储能技术的研究和应用，对电力结构调整有十分重要的作用。

大规模的储能，可助力传统水电、火电的调控。目前抽水蓄能方式已为电力系统调峰调频发挥了重要作用。我国抽水蓄能装机容量到2020年将达到7000万千瓦，储能系统规模化投入后，可以使火电机组维持经济运行，提升火电机组发电效率和使用寿命，帮助电网更优质地完成调控目标。

其次，电力储能可以进一步促进可再生能源健康发展。要解决弃风弃光等问题，除进一步加大电网输送能力外，建设大型储能电站也是一个有效途径。因为可再生能源发电具有间歇性、不稳定等特点，而储能可以帮助解决这种随机性、不可控的问题，减少可再生能源发电对电网的冲击。

未来电网各级配电系统中，将出现各种形式的分布式发电。我国传统的能源生产消费方式，将会发生革命性的改变。每个企业、每个家庭，都可能参与电力生产和电力平衡，这需要智能电网的支持，而储能技术正逐渐成为构建智能、高效、可靠绿色电力系统的一个关键环节。

由国家电网公司牵头的国家风光储输示范工程，目前已实现有效平滑上网、削峰填谷、系统调频等功能。此外，国家电网公司在山东青岛建成大型电动汽车充换储放一体化站，日前还宣布全面开放分布式电源并网工程、电动汽车充换电设施市场，一批智能电网示范项目已投入应用……这都为我国储能技术的研究和发展积累了宝贵经验。

最后，储能技术发展离不开政策的支持。建议将储能发展纳入新能源发展和电网建设同步规划，针对示范项目运行中的问题，深入研究各项政策，为大规模推动电力储能做好政策准备。通过市场机制，形成合理的储能价格机制。加大对大容量储能技术研发的投入，促进技术的多元化发展。