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国家电网:建设坚强智能电网 实现清洁能源高效开发利用
2018/10/8 15:02:28    新闻来源:中国水力发电工程学会

改革开放40年中国水电纪念大会专题报告——

建设坚强智能电网 实现清洁能源高效开发利用

国家电网有限公司水蓄能和新能源部主任 刘永奇

2018926

水电是技术成熟、运行灵活的可再生能源,经济社会效益显著。改革开放40年来,水电建设迅猛发展,取得辉煌成就。电网建设立足保障安全、经济、清洁、可持续的电力供应,围绕水电等清洁能源送出需要,不断加快发展,电网规模不断扩大,现代化水平和能源资源优化配置能力显著提升,为构建清洁低碳、安全高效的现代能源体系奠定了坚实基础。

一、四十年来电力发展概况

改革开放以来,我国经济快速发展,电力需求呈现高速增长态势,电力建设不断加快,电力工业整体实现较快增长。2017年,全社会用电量6.31万亿千瓦时,比1978年增长了24倍;电源总装机17.8亿千瓦,比1978年增长了30倍。

电源结构不断优化,逐步实现清洁化。“十二五”以来,我国非化石能源发展明显加快。水电、风电、光伏发电装机均居世界第一位。2017年,清洁能源装机6.71亿千瓦,占比由2010年的26.6%上升到37.8%

水电开发步伐不断加快。2004年,水电装机突破1亿千瓦,成为世界水电第一大国。2017年,水电装机达到3.4亿千瓦,比1978年增长了19倍。

水电工程建设技术和装备制造水平显著提高。我国水电发展进入大电站、大机组、高坝大库时代,世界上装机容量最大水电站(三峡电站2250万千瓦)和单机容量最大水电站(在运向家坝单机额定容量75万千瓦、最大容量80万千瓦,在建白鹤滩单机容量100万千瓦)均在中国。

电网建设高速发展,电网规模世界第一。220kV及以上输电线路长度较30年前增长了8.5倍,变电设备容量增长了33倍。

电压等级不断提升。近十年来,我国电网实现了由500千伏向1000千伏为主网架的转型升级。目前最高电压等级为交流1000千伏、直流±1100千伏,已建成了世界规模最大、技术最先进、安全等级最高的电网系统。

二、西电东送与电网建设发展

我国能源资源与负荷中心呈逆向分布,水能、风能、太阳能等资源丰富,主要分布在西部、北部地区,能源需求主要集中在东中部。

——80%水能资源在西南部

——陆地风能集中在“三北”(西北、东北和华北北部)

——太阳能集中在西北地区

——70%以上的能源需求在中东部

20世纪80年代,基于我国能源资源与电力负荷分布不均衡性的考虑,提出西电东送概念。20世纪90年代,为解决北京、广东缺电问题,经过论证,2000年提出西电东送战略:建设北、中、南三条大通道——北通道主要将晋陕蒙的火电和黄河上游部分水电打捆向华北送电;中通道主要将长江中上游干支流的水电向华中和华东输送;南通道主要将云南、贵州、广西的水电和火电向广东输送。

20013月西电东送正式纳入我国“十五”计划纲要。

2004年底,针对能源与需求逆向分布的特点,国家电网公司认真研究分析,联合各方面力量,启动特高压工程论证与建设。

2000年以来,国家电网公司共安排西电东送相关工程32项,投资规模超过4800亿元,建设交流输电线路2.6万公里、变电容量7560万千伏安,建设直流输电线路2.7万公里、换流容量2×1.3亿千瓦。其中主要水电送出工程8项,输电能力累计3360万千瓦。

目前,“西电东送”规模达到2.2亿千瓦、占东中部用电负荷约40%,送端清洁能源装机占比约36%,在推动西部大开发、保障东中部能源供给和节能减排方面发挥了重要作用。

西电东送工程建设,直接推动了全国联网和电网技术进步。特别是西电东送对远距离大容量输电、系统灵活运行和稳定经济运行提出了客观需求,极有力地推动了特高压、智能电网、抽水蓄能等方面的技术创新与发展。

(一)全国联网。形成了华北-华中-西南、华东、东北、西北、南方5个主要的同步电网,相互之间通过直流互联,实现了除台湾外的全国电网互联。

(二)特高压输电技术。国家电网建成“八交十直”、在建“三交一直”特高压工程,在运、在建线路长度3.3万公里,变电容量3.4亿千伏安。

依托工程建设形成了世界领先的特高压输电成套技术:

——成功研制40类、100余种特高压新设备,实现了特高压成套设备和关键原材料、组部件国产化,促进了我国电工装备产业整体升级。

——特高压直流输送能力从640万千瓦提升至1000万千瓦,不断创造世界纪录。

特高压交流、直流输电成套技术分别获得2012年度、2017年度国家科技进步特等奖,是电力行业获得的国家级最高科技奖励。

特高压工程累计输送电量超过1万亿千瓦时,其中清洁能源电量占比超过50%,在输送清洁能源中发挥了重要作用四川水电外送3回±800千伏直流(向上、锦苏、溪浙)输送能力共2160万千瓦,2014-2017年汛期保持满功率运行,年输送电量超过1000亿千瓦时。

三回±800千伏直流承担着80%以上的四川水电外送任务,输送的电力分别占上海、江苏、浙江三省市最高用电负荷的34%12%17%,约占华东地区外受电量的三分之二,有力地保障了华东地区的用电需求。

(三)智能电网技术。全面开展智能电网创新实践,智能电网核心技术世界领先。拥有3个国家级试验(研发)中心,已研制130余种关键设备/系统,涵盖发电、输电、变电、配电、用电、调度和信息通信等各环节。

累计建成试点项目38342项,建成3.17亿户用电信息采集系统、全球最大的电动汽车充换电网络、2286座智能变电站。建成国家风光储输示范工程、天津中新生态城智能电网工程、舟山五端柔性直流工程、南京220千伏统一潮流控制器工程等一批具有世界领先水平的科技示范工程。

(四)抽水蓄能技术。抽水蓄能是技术成熟、使用经济、清洁高效的系统调节手段,在保障大电网安全、提供系统灵活调节和促进新能源发展方面发挥着越来越重要的作用。国家电网成立调峰调频电源专业运营公司(国网新源控股有限公司),从2005年以来共建成13座抽水蓄能电站,投产装机容量1450万千瓦,在建抽水蓄能电站20座。

抽水蓄能关键技术不断取得新突破,有力支撑了多类型清洁能源的高效开发利用:

——大型抽水蓄能机组静止启动变频器研制。填补了国内大型静止变频器技术领域及产品的空白。在响水涧电站挂网试运行,运行情况良好。

——300MW级抽水蓄能机组调速、励磁系统研制。使我国抽水蓄能机组调速及励磁装置的设计、开发和应用等方面达到国际同期先进水平。

——抽水蓄能电站基建安全监控系统研究与应用。建立了规范科学、技术先进的基建现场安全综合管控系统,已在抽水蓄能基建工程中推广应用。

(五)电网供电安全和供电质量。随着电网电压等级提高,联网规模不断扩大,电网技术不断进步,电网稳定破坏事故大幅减少。1997年以来,没有发生电网稳定破坏事故,是世界上唯一没有发生大停电事故的特大型电网。配电网装备和自动化水平不断提高,城市、农村电网供电可靠率分别达到99.948%99.784%,重点城市核心区用户平均故障停电时间降至4.8分钟,达到国际先进水平。

三、国家电网区域水电发展与消纳

自国家电网公司成立以来(20032017年),区域内水电装机容量由6696万千瓦增至2.24亿千瓦,14年增长2.35倍,年均增长9.0%、增加1123万千瓦。

截至2017年底,水电装机超过1000万千瓦的有四川、湖北、湖南、福建、青海、浙江等6个省。

四川水电装机容量最多,达7714万千瓦,占到国家电网区域的34.4%,超过了2004年的国家电网区域水电总装机,相当于排在其后的湖北、湖南、福建、青海4省之和。

为实现水电资源充分利用,国家电网多措并举,多方位加强管理和服务,着力加强水电消纳:

——积极服务水电企业,按时签订并网调度协议,积极开展机组及接入系统调试,保证新建水电站按期投产发电。不断优化电网运行方式,突出解决水电外送卡脖子问题,保证水电站具备按额定容量发电的能力。在送端部署安控系统,在受端部署频率紧急控制系统,建设调相机,提高安全接纳区外来电能力。

——针对水电特点,优化停电检修计划和电力电量计划,积极开展清洁能源现货交易,尽最大能力消纳水电。积极协调受端电网,加大火电调峰力度,优化抽蓄运行方式,提高低谷吸纳水电能力,尽量使送端水电不弃水或少弃水。

——充分利用大电网的优势,加强水库调度与协调,做好汛前消落、汛期大发和汛末蓄水工作,努力提高全梯级、全流域以及全电网水能利用水平。据统计,自公司成立至2017年,公司系统年均节水增发电量达142亿千瓦时,水能利用提高率达6.8%

公司成立以来,公司区域内水电量由1907亿千瓦时增至7698亿千瓦时(2017年),14年增长3.04倍,年均增长10.5%(高出同期总发电量增速1.6个百分点)、增加414亿千瓦时。

2017年,公司区域水电量超过300亿千瓦时的有四川、湖北、湖南、福建、甘肃、青海等6个省。水电占发电量比例超过20%的有四川、西藏、湖北、青海、湖南、重庆、甘肃等7个省。

四川水电发电量最高,2017年首次突破3000亿千瓦时,达3164亿千瓦时,占到全网的41.1%,超过了2006年的全网水电发电量。

四、电网发展展望

未来电网发展,以满足经济社会可持续发展的用电需求为目标,围绕清洁能源开发布局,坚持交直流协调发展、提高电网运营效率,加快建设以特高压电网为骨干网架、各级电网协调发展的坚强智能电网,增强跨区输电能力,满足大规模“西电东送、北电南供”需要,搭建大范围资源优化配置平台,推动清洁能源大规模开发和高效利用。

(一)清洁能源发展布局

我国政府承诺,到2020年、2030年,非化石能源占一次能源消费比重分别达到15%20%。需要大力发展清洁能源。未来清洁能源发展布局的主要方向是,在西南建设大型水电基地,西部北部建设大型风电、太阳能发电基地,沿海发展核电和海上风电,东中部因地制宜建设分布式电源。

我国水能资源丰富,技术可开发量5.7亿千瓦,目前开发率58%,东中部水电基本开发完毕,未开发水电主要集中在西南地区,重点是金沙江、雅砻江、大渡河、澜沧江、怒江五大流域。

(二)“西电东送”规模

东中部地区作为电力负荷中心的地位将长期保持不变。预计2020年、2030年,“西电东送”规模分别达到2.7亿、4.7亿千瓦,其中清洁能源占比达到50.9%66.7%

近期,江苏、山东等东部地区积极推进绿色发展,希望更多的接受区外清洁能源。

20172018年,江苏省最大负荷连续两年超过1亿千瓦,需要通过增加特高压直流输送等方式来满足用电增长。

(三)近期水电外送重大工程

国家电网继续落实“西电东送,加快推进水电外送特高压工程。

雅中~南昌±800千伏直流工程是解决当前四川弃水的关键工程,输送功率800万千瓦,满足华中地区用电需要。国家发改委、国家能源局已同意开展前期工作,目前正在开展补充可研。

白鹤滩~江苏、白鹤滩~浙江±800千伏直流工程。白鹤滩水电站已核准开工,计划2021-2023年陆续投运。两项送出工程满足白鹤滩水电外送和江苏、浙江用电需求。国家发改委、国家能源局已同意开展前期工作。

金上~雄安±800千伏直流工程。金上苏洼龙、叶巴滩等电站正在建设,“十四五”陆续投产。该项送出工程满足金上水电外送需要,向雄安新区提供清洁优质电力,优化华北电源结构。目前正在开展预可研。

(四)抽水蓄能

根据国家抽水蓄能电站总体规划,结合国家电网经营区域内的建设需求和项目前期工作进展,“十三五”期间国家国网每年新开工抽水蓄能电站3-5个项目,迎来一个抽水蓄能电站建设高峰。

同时,以电力系统需求为导向,继续优化抽水蓄能电站区域布局,开展选点规划,为推进抽水蓄能中长期发展提供项目储备。

(五)受端骨干网架

2020年,受端负荷中心骨干网架进一步加强,构建华北、华中、华东特高压主网架,西部、北部清洁能源基地通过特高压直流向负荷中心送电,初步形成中国能源互联网。

(六)送端多能互补电网平台

随着水电等清洁能源更大规模的开发,送端电网将进一步加强,形成西部清洁能源综合调节平台,实现西部水、风、光等能源多能互补、高效利用。远景,互联电网规模将继续逐步扩大,能源资源优化配置能力将持续增强。

 

 

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