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张国宝:及早建设跨区域特高压输变电线路

北极星输配电网  来源:能源杂志  作者:张国宝  2018/11/9 14:20:57  我要投稿  
所属频道: 电网建设  关键词:特高压 张国宝 交流输电

北极星输配电网讯:发展特高压等大容量、高效率、远距离先进输电技术,形成若干条采用先进特高压技术的跨区域输电通道已经列入国家“十二五”规划纲要:要求尽快建设特高压输电线路是2010年全国人代会代表意见较集中的提案,被列为全国人大需重点办理的11个提案之一。北非、中东政局动荡,利比亚战局和日本福岛核电危机,再次为我们敲响了能源安全的警钟。同时,原油、煤炭价格快速上涨,通胀压力加大,市场煤和计划电的矛盾依然突出,已经威胁到电力的正常供应。 浙江省遭遇七年来最大的电荒,而福岛核电危机又必将影响到核电建设,跨区域电力交换设施建设更加迫切地摆到我们面前。

(来源:能源杂志 ID:energymagazine 作者:张国宝 本文节选自《筚路蓝缕——世纪工程决策建设记述》)

但有的同志对建设特高压输电线路,特别是有无必要把华北、华中和华东区域电网用特高压交流输电线路联结成“三华”(华北、华中、华东)同步电网持有疑议,意见主要集中在:

一是建设特高压同步电网,特别是“三华”同步电网,担心电网规模太大,系统发生严重故障产生连锁反应引发垮网,存在造成大面积停电的安全隐患;

二是既然特高压交流输电存在较大争议,能否跨区输电只发展特高压直流输电;

三是对特高压输电的经济性存在疑虑,争论输煤好还是输电好。但这些议论大多局限在感性看法上,科学计算论证的定量依据不足。

国家能源委专家咨询委员会认为,各种意见均应以科学计算论证为依据。为此,于2010年4月22日组织电力专业委员会中的电力系统专家、院士和能源技术经济方面的专家,邀请原电力部部长史大桢、副部长陆佑楣、陆延昌等老领导和高等院校的电力系统教授、院士,到中国电力科学研究院(以下简称电科院)进行了学习调研和研讨。

讨论中回顾了我国电网的发展历程。2010年,我国总发电装机达到9.62亿千瓦,是1978年的16.78倍,装机总量从世界第21位跃居到第2位;全社会用电量4.19万亿千瓦时,比1978年增长16.78倍。220千伏以上输电线路达到44.3万公里,增长19.1倍;变电容量20.8亿千伏安,增长81.6倍。电力工业无论从量上,还是从质上都发生了巨大变化。随着电网规模的迅速扩大和电压等级的升高,电网稳定破坏事故却日益减少。20世纪70年代电网稳定破坏事故年均19次,1981—1987年减少到年均6.7次,1987—1997年降到年均2次,1997年以来主网没有发生稳定破坏事故,而同期北美、欧洲、日本、巴西都发生过大面积停电事故,中国电网技术已经跻身国际先进水平。

随着计算机科学的发展,大规模仿真模拟计算成为可能。电科院历时8年成功研制出世界上第一套可模拟上万节点级大规模电力系统的实时数字仿真装置,达到国际领先水平,于2010年荣获国家科技进步一等奖。电科院构建了三种方案开展全国电网安全稳定计算和安全性对比研究,进行仿真模拟故障计算:

一是500千伏方案:维持现有500千伏电压网架,各大区域间以直流输电线路相联。

二是“三华”特高压异步方案:华北、华中以1000千伏交流相联,形成同步电网;华东电网与华中、华北电网以直流相联,为异步区域电网。

三是“三华”特高压同步方案:用1000千伏特高压交流将“三华”区域电网联结成“三华”同步电网。

电科院将我国现有的220千伏、330千伏、500千伏和750千伏交流线路和±500、±660、±800千伏直流输电线路,以及拟建设的1000千伏交流、±800千伏直流线路的数据输入仿真系统。方案一共输入支路线35750条、母线11485个;方案二共输入支路线35932条、母线11547个;方案三共输入支路线35921条、母线11540个。涵盖了接入220千伏及以上线路的大型水电、火电、风电、核电等各类发电机组。针对三个方案均进行了安全稳定性评估、直流系统发生故障情况比较、多馈入直流受端系统的支撑能力、系统潮流转移能力、应对连锁反应性严重故障能力比较,计算结果如下。

1. 系统安全稳定性评估

500千伏方案:个别地区交流系统不满足“N—1”要求,华中存在交流系统“N—2”故障导致受端损失大量负荷情况,华东存在交流系统“N—2”故障造成系统崩溃情况。

“三华”特高压同步方案:交流“N—1”故障下系统能保持稳定,部分送端交流线路“N—2”故障下需采取切机措施,不会损失负荷,系统保持稳定运行。

2. 直流系统发生故障情况的比较

500千伏方案:锡盟、蒙西外送直流单极闭锁需要采取切机措施;双极闭锁故障下,华中电网存在损失大量负荷情况,华东电网会导致500千伏线路超过热稳,引发连锁反应,造成大停电事故。

“三华”特高压同步方案:直流单极闭锁,系统均能保持稳定;部分直流双极闭锁,需采取切机措施,不会损失负荷。

3. 多馈入直流受端系统的支撑能力比较

500千伏方案:多馈入直流受端系统支撑能力弱,电网运行难度大,抵御严重故障能力差,易发生连锁反应,导致电网崩溃。“三华”特高压同步方案:直流馈入规模合理,受端电网支撑能力强,安全稳定运行难度小,抵御严重故障能力强,电网稳定水平高。

这一计算结果回答了全部采用直流输入华东电网是否合理的问题。直流系统需要交流电网提供支撑,如受端交流系统因故障电压下降,导致换流站从系统吸收无功功率大幅增加,破坏无功平衡。国内外研究表明受端系统直流落点个数越多、落点越集中、直流输电规模越大,系统的电压稳定问题越突出。500千伏方案在线路故障断开后,受端系统对多馈入直流支撑能力下降明显,会发生连锁反应性故障。

4. 系统潮流转移能力比较

500千伏方案:川渝与华中主网联系薄弱,特高压直流闭锁后潮流转移带来的热稳定、功角稳定和电压稳定问题突出,川渝相对华中电网呈弱阻尼振荡。如发生直流双极闭锁故障,将导致华东省间联络线超过热稳极限,引发连锁反应,导致系统失稳。

“三华”特高压同步方案:形成“强交强直”混合电网结构,电网能够抵御特高压直流闭锁故障带来的冲击,特高压交流潮流转移能力强,能够承载直流单双极闭锁带来的潮流转移。

5. 应对连锁反应性严重故障能力比较

“三华”特高压同步方案:多馈入直流地区电网不会引发交流通道的连锁反应。电科院对方案二,即华东电网与华北、华中电网为异步电网进行了模拟计算分析,结论是,如果采用第二方案,大容量直流集中落点带来的受端系统电压稳定问题严重,存在交流“N—2”故障后造成系统崩溃、大面积停电的情况。“三华”特高压同步方案减少了直流馈入,交直流协调发展,承受严重故障能力强。

通过以上多方案的模拟计算比较,电科院认为随着我国电力装机容量越来越大,而我国资源禀赋又必然要进行跨区电力输送,“三华”特高压同步电网不是优和劣的比选问题,而是电网发展的必然选择,否则不能满足电网的稳步要求。

考察和研讨还对输煤和输电的经济性进行了讨论。大家认为输煤和输电都是能源远距离输送的方式,要因地制宜,相辅相成,互为补充,不存在相互排斥的问题。电力部的老领导认为,远输煤、近输电是20世纪60年代提出来的,当时各大区电网都未相联,煤很廉价,运输也不像现在这样紧张,运价也低,而输电线路当时只有220千伏,不适于长距离输电。但现在煤价、运价有了很大提高,输电技术也有了很大进步,500千伏交直流甚至±800千伏直流、1000千伏交流已开始运用,远距离送电成为可能,经济性也在提高,所以远输煤、近输电的看法不是一成不变的。

▲2012 年 12月,世界上输送容量最大、送电距离最远、电压等级最高的直流输电工程——四川锦屏—江苏苏南±800千伏特高压直流工程全面完成系统调试和试运行。

在研讨中,专家们就特高压输电的技术合理性、经济性、社会效益等方面展开了充分讨论,形成了以下意见。

专家们认为电科院的仿真模拟建立在科学计算的基础上,所研究的成果已获得国家科技进步一等奖,是对各类输电技术进行比选的科学手段。

发展特高压经济社会效益明显。福岛核事故对我国核电发展将产生深远影响,东部地区发展更多核电来平衡负荷需求的规划受到影响。东中部地区缺煤、缺电现象将长期存在,跨区域输送电力必须提上议程。目前华东地区每吨标煤价格已超过1000元,通过全过程的输煤输电经济性比较,西部地区煤炭就地发电,特高压输送到东中部消费端,电价可以低于当地的平均上网电价,而且东部地区火电分布已很密集,不适于在东部地区再建大规模火力发电,造成更大的输煤压力。西部地区煤炭就地发电对拉动当地经济发展有着明显作用。

我国的水能、风能、太阳能等可再生资源具有规模大、分布集中的特点,但所在地区大多负荷需求水平较低,需要走集中开发、规模外送、大范围消纳的发展道路。而且水电、风电、太阳能发电等清洁能源具有周期性、间歇性等特性,采用特高压输电技术,跨区域调剂,在更大电网范围内有利于消纳这些稳定性差的清洁能源。

发展特高压能够有效带动能源装备制造业技术升级和产业发展。目前,我国已有晋东南—荆门,向家坝—上海等多条特高压交直流示范工程投入使用,依托这些工程实践,我国掌握了自主特高压输变电核心技术,特高压输变电设备已具备大规模工业应用的条件,确立了我国在国际电工技术领域的领先地位。巴西甚至俄罗斯、美国也已开始与我国洽商建设特高压输电线路。应支持我国这一少数在国际上占有优势的自主创新技术,不要因过度争议而迟滞或影响这一优势技术的推广。

专家们认为,特高压输电具有输送容量大、远距离输电、损耗低、占地少等优势,技术上可行、安全上可靠、经济社会效益明显,发展特高压是从国情出发、适应发展需求的理性选择。历史经验表明,新技术的出现引发争论有利于深化认识、完善技术方案,充分讨论和民主决策,对推动新事物的发展有着积极意义。发展先进技术是科学发展潮流所趋。专家们建议:

1、应尽快完善晋东南—荆门的1000千伏交流输电示范工程,并筹划好可输电力,发挥其经济效益。

2、尽快开工建设淮南—上海的1000千伏交流输电工程,以两淮煤电基地的电力缓解华东地区的电力供应紧张状况。

3、尽快审批锡林浩特—华东的1000千伏交流输电线路,建设锡林浩特煤电基地,使用锡盟丰富的露天褐煤资源,供应华东电力,华东地区仍应从严控制新上燃煤火电项目。

4、积极推动,将我国特高压输变电技术及装备推向国际市场。

5、经全国人大批准的“十二五”规划已将建设若干条跨区域特高压输电线路的内容纳入,今后不再争议要不要建设特高压输电线路的问题,尽快制定“十二五”电网建设规划。

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