中国未来电网的发展模式和关键技术

中国未来电网的发展模式和关键技术

赵武邓宏

（国网山西省电力公司武乡县供电公司046300）

摘要：随着化石能源的枯竭和气候环境的变化，全球范围内开展了一场以可再生能源和新能源发展为核心的新能源革命。在此背景下，电网因其具有安全、经济、低碳、智能等技术特征，成为能源、电力、信息综合服务体系的支撑平台。本文中笔者详细叙述了大力发展电网的重要意义、未来电网的发展趋势、影响未来电网发展的关键技术和问题以及未来电网的发展建议，希望以此能够提出建设性意见。

关键词：中国；未来；电网；发展模式；关键技术

一、大力发展电网的重要意义

当前世界能源消费以化石能源为主，化石能源日趋枯竭、气候环境变化成为威胁人类可持续发展的两大关键问题。一场以推动可再生能源和新能源发展为核心的新能源革命已风起云涌。电网除了安全、经济等长期坚持的特征外，新出现低碳、智能等技术特征。为了保证能源安全，应对气候变化，已有众多学者和科研机构以及政府机构提出建设欧洲“超级电网”的建议。中国是迅速崛起的能源消费大国，按照目前的能源消费模式和能源供应能力，难以支撑经济社会可持续发展。现在到本世纪中叶将是中国实现现代化的关键时期，也是中国能源发展的重要过渡期和转型期。中国要从现在比较低效、粗放、污染的能源体系，逐步转变为洁净、高效、节约、多元、安全的现代化能源体系。因此，中国发展电网显得尤为重要。

二、未来电网的发展趋势

按不同发展阶段的主要技术经济特征，电网可分为三代。在世界范围内，第一代电网是二战前以小机组、低电压、孤立电网为特征的电网兴起阶段。第二代电网是二战后以大机组、超高压、互联大电网为特征的电网规模化阶段，当前正处在这一阶段。第二代电网严重依赖化石能源，大电网的安全风险难以基本消除，是不可持续的电网发展模式。未来电网是第三代电网，是一、二代电网在新能源革命条件下的传承和发展，支持大规模新能源电力，大幅降低大电网的安全风险，并广泛融合信息通信技术，是电网的可持续化、智能化发展阶段。“智能电网”是近年兴起的新概念，已被很多国家视为推动经济发展和产业革命、应对气候变化、建立可持续发展社会的新基础和新动力。一般认为智能电网是集成了现代电力工程技术、分布式发电和储能技术、高级传感和监测控制技术、信息处理与通信技术的新型输配电系统。“智能电网”是未来电网的一个重要特征，强调了智能化的趋势，并在一定程度上结合了新能源革命的特征。

三、影响未来电网发展的关键技术和问题

科学技术是应对新能源革命影响、建设和发展第三代电网的关键。新能源革命下，第三代电网除了提升电网本身性能的技术需求，还受到新能源电力发展、智能化等两方面技术发展趋势的作用，另外一些先进的或前瞻性的电网技术也对电网发展具有巨大的潜在影响。新能源电力发展，包括大型集中式和小型分布式的新能源电力接入，由于其随机性和波动性，新能源电力的性能相比传统能源电力相差极大，给整个电力系统的调度、运行和控制带来前所未有的复杂性。在信息通信技术的深度介入下，形成电力系统的“物联网”，为输电网优化电力输送的协调运行，为配电网支持分布式电源和储能的双向互动以及需求侧管理和需求响应，为第三代电网的安全性、可靠性、经济性和灵活性，都提供了新的技术可能性。

对未来电网发展模式影响最大的3项先进前瞻性技术是多端直流输电技术、超导输电技术和储能技术。多端直流输电技术和超导输电技术对远期输电网模式具有重大影响，是超/特高压交直流混合输电网模式的未来替代技术方案。储能技术包括抽水蓄能、电池储能、电动汽车、空气储能、飞轮储能以及超导储能等，适合于不同的应用需求，成熟的储能技术对电网发展具有革命性意义。以上3个技术发展因素对提升电网性能既提供了新的可能性，也提出了新的问题和挑战。为适应新的技术发展形势，在远距离大容量输电等一次系统技术以及交直流混合电网的规划、调度、运行、控制、仿真分析、电力市场等方面的传统理论和技术，都需要有新的突破。

第三代电网的技术特征可按可持续发展、智能化和电网性能提升3个方面加以概括。可持续发展是指电网对新能源与可再生能源的支持，这是新能源革命中最关键的技术。智能化包括信息化和灵活性，信息化包括传感、加工、处理3个层次，灵活性指电网对能量流动的波动性、双向性的支持，主要是能源和控制方面的技术。电网性能提升是指电网中传统技术性能的提升，包括电力一次系统性能、控制保护二次系统性能2个方面，前者又可按输电、配电、用电、储能等领域细分。集合国内众多电力专家的思想，凝练出影响未来电网发展的10项关键技术如下：1）大规模新能源与可再生能源电力友好接入技术（含分布式）；2）大容量输电技术；3）先进传感网络技术；4）电力通信与信息技术；5）大容量储能技术；6）新型电力电子器件及应用技术；7）电网先进调度、控制与保护技术；8）电力系统先进计算仿真技术；9）智能配电网和微网技术；10）智能用电技术。

电力需求量、电源结构、电力流及电网格局是影响未来中国电网发展的4个关键问题。发电资源类型、数量限值及清洁电量比重（资源环境约束），人均年用电量，各类电源装机容量及发电量，各类电源布局的地理分布占比，输电需求和就地平衡/远距离输电比例等可分别作为其表征指标，依据这些指标来预测电网模式的原理如图1所示，即经济发展决定电力需求，电力需求、发电资源分布和环境约束影响电源结构和布局，电源与负荷的格局决定电力流格局，电力流格局和技术发展进步影响电网发展模式。

四、未来电网的发展建议

未来电网发展目标的实现与整个能源电力发展密切相关。为了这一目标的实现，需要开展多方面的科学研究和技术研发。针对近中期的技术需求，需要研究安全可靠、经济合理、技术先进且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。按照“推动能源消费革命”的理念，周孝信建议，通过贯彻落实节能优先方针，推行强化节能措施，我国中长期（2030～2050年）电力需求按人均年用电量不超过8000kW•h考虑，大致相当或稍高于法国、德国和日本当前水平，为我国2013年人均年用电量3963kW•h的2倍；按人口15亿计，预测全国用电总量将达到12万亿kW•h，达到2013年全社会用电量5.32万亿kW•h的2.25倍。周孝信在报告中还特别指出，未来在电源开发方面，要支持清洁能源电量占总量60%以上目标的实现，其重点在于西部大规模可再生能源的开发利用技术以及中东部地区可再生能源规模化分布式和海上开发利用技术的进一步研发；在电能传输和分配方面，要支持实现西电东送（含北电南送）规模达到4.5～5.5亿kW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，则要支持强化节能，提高能源利用效率，提高电能在终端用能的比重，支持实现人均年用电量8000kW•h以下目标的实现。

参考文献：

[1]周孝信，陈树勇，鲁宗相.电网和电网技术发展的回顾与展望——试论三代电网[J].中国电机工程学报.2013（22）

[2]黄建.基于LEAP的中国电力需求情景及其不确定性分析[J].资源科学.2012（11）

[3]宋永华，阳岳希，胡泽春.电动汽车电池的现状及发展趋势[J].电网技术.2011（04）

[4]刘有为，肖燕，许渊.智能高压设备技术策略分析[J].电网技术.2010（12）

[5]周孝信；鲁宗相；刘应梅；陈树勇中国未来电网的发展模式和关键技术中国电机工程学报2014-10-15