建设世界一流电网的“六脉神剑”

  2012年国家电网公司“两会”提出抓住“十二五”重要战略机遇期，力争到“十二五”末，初步建成世界一流电网、国际一流企业。专家通过本文分析和描述了世界主要发达国家和地区的电网发展现状、趋势、特征。
    一、交流同步电网规模大
    世界主要大电网均为交流同步电网，电压等级不断提高、电网规模越来越大，是世界电网发展的共同经验。在北美、欧洲等一些国家和地区均出现了跨国跨区域互联的同步电网，覆盖面积和联网规模正在逐步增大，互补效应正充分显现。通过在更大范围的互联，将实现多种电源的互补互济，促进更大规模可再生能源的消纳，平衡电力供需，有助于提高电力系统运行的安全性、可靠性和经济性。
    北美电力系统经历百余年的发展，由初期孤立的私营和公营电力系统逐步演变成双边、多边协定或联合经营的联合电力系统。北美互联电网是美洲最大的互联电网，服务人口4.4亿，装机规模12.7亿千瓦，由东部电网、西部电网、德州电网和加拿大魁北克电网四个同步电网组成。其中，东部电网装机超过7亿千瓦，覆盖面积520万平方千米。联合电力系统中的各个系统之间通过双边或多边协议规定进行电力交换，建立共同管理和协调机构，实行联合电力系统调度机制，进而提高系统运行可靠性，有效利用资源和实现规模效益。
    目前，北美电网设备严重老化，业内人士和政府都意识到电网发展的滞后会阻碍美国经济的发展，因此美国政府筹划在未来10~50年的时间里建立涵盖全北美的庞大电力网，并采用多项先进输电技术和设备，以增强电力系统可靠性和安全性，降低出现类似“8·14”北美大停电事件的可能性。美国设想建立美国国家输电主干网，实现美国东西海岸间的功率交换，在全国范围内平衡电力供需，扩大电力分配范围;输电系统与配套的信息系统密切配合，使系统达到最佳的经济性、安全性和可靠性;用户积极参与电力市场，获得多样化服务的同时向电网提供辅助服务。2011年6月，美国发布的题为《21世纪电网发展政策框架——确保未来能源安全》的报告，系统地提出了支持电网创新发展、加速电力基础设施现代化和推进清洁能源经济发展的政策措施，主要包括确保成本高效的智能电网投资、释放电力领域创新潜力、保证客户充分的知情权和确保电网安全等内容。
    欧洲电网主要由欧洲大陆电网、北欧电网、波罗的海电网、英国电网、爱尔兰电网等5个跨国互联同步电网，以及冰岛、塞浦路斯2个独立电力系统构成。其中，欧洲大陆电网是世界上最大的同步电网之一，服务人口7.3亿，覆盖欧洲24个国家，面积450万平方千米，装机规模达6.7亿千瓦。为加强各成员国输电网的协调发展与运行，实现各国电力管制规则的更有效衔接，2008年欧盟整合成立了统一的输电运营商联盟ENTSO—E(欧洲输电运营商联盟)，取代之前ATSOI、BALTSO、ETSO、NORDEL、UCTE、UKTSOA等六家输电运营机构联盟。ENTSO—E的主要使命是加强各成员国输电网发展和运行的协调，加强各国电力管制框架的协调。
    目前，欧洲正在大力发展可再生能源，置换常规化石能源和部分核电电源的发电量，以实现欧盟承诺的到2020年可再生能源占全部能源供应20%，在1990年的基础上减排20%的目标。根据欧洲风能协会(EWEA)的预测，2020年风电装机将达到2.3亿千瓦，其中海上风电达到4000万千瓦，风电需要在欧洲电网内大范围配置和平衡，面临着大规模远距离输送和消纳问题。可再生能源的发展将会改变电力流和跨国电力交换规模，北海、波罗的海和欧洲大陆南部的风电，以及伊比利亚半岛、欧洲大陆中南部、地中海东部和南部的太阳能发电大量开发外送，北欧、奥地利、瑞士的水电将起到重要的调节作用，欧洲的大范围潮流分布将随之调整。由以相邻国家电力交换为主的周边电力交易，逐步过渡到以欧洲中部为核心的泛欧洲统一电力市场交易，为适应电力流大规模调整，需要对跨国主网架进行重构和加强。
    二、电网网架结构坚强
    规划建设坚强的电网网架结构及充足的灵活调节电源，是保证电力系统安全稳定的基础。电网是电力传输的关键载体，需要有坚强的网架结构，以保障强大和安全可靠的电力输送和供应能力，满足能源资源大范围优化配置的需要，提高能源利用效率。目前，世界各国电网经过多年的发展和积累，形成了相对比较坚强的网架，并与多种调峰电源协调运行，以适应可再生能源规模化发展的并网消纳需求。如丹麦电源结构以火电、风电为主，2008年火电装机占总装机容量的75.9%，风电装机占24.0%。北欧电网中水电约占总装机的50%，风电等可再生能源约占有总装机的5%，其中约三分之二的风电安装于丹麦，北欧电网为丹麦风电提供了足够坚强的网架支撑和水电调峰支持。美国自2005年以来新增装机主要为风电和燃气电站，2008年燃气电站装机容量占总装机容量比重高达41.4%。坚强的电网网架结构和具灵活调节能力的燃气电站也为美国风电快速发展提供了保障。
    三、电网智能化程度不断提高
    电网智能化是未来电网发展的显著特征，将各种新技术高度融合，信息化、自动化、互动化的特点日趋显著，是满足电动汽车智能充换电服务、电力光纤通信、能效管理等电力服务多样化的必然趋势。基础设施相对比较完善的日本电网，从发电站到各配电网均配备传感器网络和通信网络，具备较强的通信功能。美国南加州电网现有的500千伏变电站50% 以上实现了远方控制，12千伏电压等级以上的变电站约有900座，其中600~650座为无人值班变电站。英国国家电网实现了全部132千伏及以下变电站的无人值守。世界能源格局正在经历从“以化石能源为主”向“清洁能源与化石能源并重”转变的重要历史时期，风电、太阳能发电进入快速发展时期，其随机性和间歇性出力特性对电力系统的智能化提出了更高要求。
    四、安全稳定性强，供电可靠性高
    随着技术和经济的发展，社会对供电的质量、连续性和可靠性的要求越来越高。供电可靠性关系人民群众的生活和社会的安定，欧美等发达国家非常重视提升供电可靠性，其供电可靠性水平均较高。如日本东京电力公司自 1986年以后的供电可靠率都在99.99%以上，对应的用户平均停电时间基本上在0.876小时(约53分钟)以下。为了确保电源输电系统可靠性，日本电力部门制定了详细的供电可靠性方案，在275千伏系统中，做到即使出现概率极低的二重或多重设备故障，通过系统切换后能够解除供电故障，不发生长期的供电中断。英国通过加强监管和建立激励机制，大幅提高了电网的可靠性指标。2005年，英国国家电网公司的可靠性指标在99.9997%以上。
    五、 绿色低碳电网
    为了应对全球气候变化和能源供应紧张的形势，实现碳减排的目标，发达国家纷纷调整发展战略，制定了以低碳为目标的新型经济发展模式，开始了向低碳经济转型的战略行动。2011年奥巴马政府提出，到2035年美国80%的电力消费将来自清洁能源(包括可再生能源、核电、天然气、清洁煤)。实现“80%清洁能源目标”需要大力发展可再生能源，尤其是风电、太阳能发电等。美国陆上风能资源主要分布在中部地区，负荷主要分布在东部和西部海岸。为应对风电大规模开发所面临的远距离输电和系统调峰问题，美国电力部门将采用新型输电技术提升网架输电能力，加强电网改造和升级，使电网成为清洁低碳能源的传输及高效配置平台。
    六、经济高效运行
    从电力规划的角度，大型同步电网及远距离大容量直流输电的协调发展、相互支撑、相辅相成，能够为大型火电、水电、核电和风电的接入创造网络条件，网内各种电源和负荷形成自然的强联系，可最大限度地发挥各类电源各个时段的作用，更方便、更经济地实现全网最优化运行，在更大范围优化配置资源，带来巨大的减少备用、减少投资、事故支援、提高可靠性、降低运营成本、减少环境污染损失等综合效益。从系统运行的角度，电网的调度和运行需要以电网统一调度为基础，降低电网线损，兼顾效率和效益。目前，主要发达国家以推进电网调度集中化来提高效率，如英国国家调度中心在建立电力市场后将所属的4个分区控制中心集中为2个。为适应新机制需要，实施ISION2000工程，进一步将所有的分区控制中心关闭，全部调度功能集中在位于沃金厄姆的国家电力调度中心。

来源：国家电网报

来源：恒盛兴电力