唐元：从美国、加拿大大面积停电教训看我国建设坚强电网的重要性

    
    
    从美国、加拿大大面积停电教训看我国建设坚强电网的重要性
    ——"三大一特"问题研究报告之二
    唐元
    (2009年）
    2003年8月14 日，美国东北部6个州和加拿大东部两个省发生大面积停电事故，累计损失电力负荷6180万千瓦，持续时间长达29个小时，造成很大的经济损失和社会影响，引起国际社会广泛关注。之后，又相继发生了意大利、莫斯科等大停电事故。中央领导对此十分重视，要求吸取教训，确保我国电力生产和输配的安全。从我国目前情况和未来发展需求看，建设坚强同步电网，是提高电网运行安全性、可靠性和稳定性，避免发生类似美加大停电事故的战略选择。
    一、美加大停电事故的深层原因及启示
    据中国电力科学研究院等中外权威机构的电力专家深入研究，普遍认为美加大停电事故主要原因是电网结构混乱、调度运行不当、控制策略失误等，教训极为深刻。
    美加大停电的直接原因，是局部输电线路故障引起功率转移，导致相邻联络线路过负荷，引发一系列连锁反应，最终酿成大范围停电事故。其深层次原因是电网结构和电力体制问题。一是电网结构不合理，安全可靠性差。美国电网缺乏统一规划，各电网之间互联是自发自然形成的，765/345千伏系统与500/220千伏系统交织混联，各电网不同电压等级之间保持联系，长距离弱电磁环网普遍存在，造成电网结构混乱，容易发生大范围的负荷转移，引起连锁反应，导致大面积停电事故的发生。二是缺乏统一协调控制机制，电网调度能力弱。美国电网由3160多家独立经营又相互联网运行的电力公司控制，各电力公司实行协议调度，在安全管理、方式安排、负荷平衡、事故处理以及继电保护、安全自动装置等方面各自为政，缺乏全网统一的协调控制机制和手段，未能建立可靠的全网安全防线，致使系统中的局部故障不能及时采取措施快速隔离，容易演变成大范围停电事故。
    美加大停电给我们两点重要启示：一是结构合理的坚强电网是安全运行的基础；二是协调统一的调度控制机制是避免大停电事故的有效保障。我国电网实行的是统一规划、统一调度、分级管理的体制。实践证明，我国电网的发展模式、管理办法和运行体制比美国更为科学合理，更符合电网发展和安全运行的客观规律。我国电网结构从省级电网、跨区电网到目前初步形成的全国联网，电网互联及网架结构不断加强，但也存在不少影响电网安全稳定运行的问题，需要抓紧解决。如何充分发挥我国的体制优势，加快建设结构合理的坚强电网，是我们必须面对并应尽快解决的突出问题。
    二、建设以特高压为骨干网架的坚强电网，是我国满足资源优化配置、提高电网安全稳定运行水平的必然选择
    今后一个时期，我国电力生产和需求仍将保持快速发展，为满足资源优化配置的要求，需要远距离、大容量从资源中心输送电力到负荷中心，这就对我国电网安全提出严峻挑战。特高压在满足我国远距离、超大容量输电的同时，能够有效地提高供电的可靠性，改善电力系统的安全稳定性能，增加抵御突发事故的能力。
    一是以特高压为骨干网架的坚强同步电网，可以大大提高电网安全稳定水平。多年来，随着我国电网互联及网架结构的不断加强，电网事故呈下降趋势。"六五"、"七五"、"八五"、"九五"期间，我国因稳定破坏大面积停电事故分别为48、33、19、13 起，呈明显下降趋势。"十五"以来除海南省外没有发生因稳定破坏导致的大面积停电事故。2005年夏季海南省之所以发生全岛停电，一个十分重要的原因就是海南电网未能与大电网互通互联。构建以特高压为骨干网架的大规模同步互联电网，通过功率互为备用、调剂余缺，可以增强提供紧急功率支援的能力，有效地提高供电安全稳定水平。中国电力科学研究院对"十二五"期间和2020年前后我国特高压电网规划方案进行了详细的潮流、暂态稳定和小干扰稳定计算，结果表明，拟构建的特高压同步电网方案结构坚强，完全符合"电力系统安全稳定导则"要求，届时安全稳定运行是有保证的。
    二是以特高压为骨干网架的坚强同步大电网为协调统一的调度控制奠定了良好的基础。特高压电网可以在更大的范围内优化资源配置，实现网间更大容量的功率交换，最大限度地发挥大电网互联的错峰调峰、水火互济、跨流域补偿调节、互为备用和调节余缺等联网效益。构建以特高压为骨干网架的同步大电网，可以为协调统一调度提供更大的空间，相应增强抵御突发事故的能力，能够有效地避免类似美加大停电那样的事故发生。
    中国电力科学研究院 孙昕  周孝信  印永华  孙华东
    国务院研究室工交贸易司  唐元、张军立
    建设特高压电网有利于推进电力市场化改革
    ——"三大一特"问题研究报告之三
    我国电力体制改革的总体目标是：提高效率，降低成本，健全电价机制，优化资源配置，推进电力市场化改革，构建政府监管下的政企分开、公平竞争、开放有序、健康发展的电力市场体系。目前社会上有些担心，建设特高压电网会不会造成电网垄断，阻碍电力市场化改革。实际上，建设特高压电网与电力市场化改革并不矛盾，而且有利于推进电力市场化改革。
    首先，建设特高压电网，只是为大规模电力流构建了高速通道，并不涉及电力体制问题。特高压电网能够为实现跨区大规模功率输送、交换和更大范围的资源优化配置创造必要条件，有利于推进国家电力市场平台的建立。各个发电公司可以通过特高压电网构建的跨区功率交换平台实现竞价上网、公平竞争，形成全国范围的电力传输，健全由国家级电力市场、区域电力市场和省级电力市场组成的电力市场体系，促进各级市场功能完善、运行协调，满足跨大区、跨流域、跨省和省内资源优化配置的需要，有利于推动西部和北方优质电力资源充分参与市场竞争，抑制东部等负荷中心地区的电价上涨。
    第二，建设特高压电网，形成国家电力市场，能够为各区域通过市场化手段确保电力供需平衡。2005年6月我国已经实现了六个区域电网的互联。但目前基于500千伏交、直流技术的互联电网，结构比较薄弱，区域间交换能力受到很大限制，不具备在区域之间进行大容量电力资源优化配置的条件，个别地区出现大区间窝电和缺电现象同时并存的局面。同时，由于受目前跨区输电能力制约的影响，各大发电公司及地方发电公司竞相在经济发达的受端电力市场布点建设电源，目前电源建设一定程度上出现了投资过剩。建设特高压电网，可以通过市场化的手段调剂余缺，可以有效避免在负荷中心争相建设火电厂的局面。
    第三，未来的特高压电网规划方案，有利于推进电力市场化改革。未来考虑建设联结我国主要电源基地（西南水电基地和北方煤电基地）和主要负荷中心的华北～华中～华东特高压同步电网，与东北、西北和南方三个电网采用直流方式实现互联，全国形成华北～华中～华东、西北、东北、南方四个主要的同步电网，而不是形成一个同步电网。按照这一联网格局，既能够提高全国互联电网的安全稳定性能，又可以促进全国和区域间的电力交易和市场化进程，为西电东送和北电南送构建功率交换的高速通道，实现在更大范围内优化资源配置的目标。
    总之，通过建设特高压电网，可以形成全国范围的电力传输、分配平台，加快国家级电力市场的形成，使区域外的优质电力资源参与区域电力市场的竞争，真正实现通过市场化模式来引导电源建设，实现全国范围的资源优化配置，降低社会的资源利用总成本，有效保证经济发达地区电力供应，促进西部大开发。
    中国电力科学研究院 孙昕  郭剑波  印永华  张祖平
    国务院研究室工交贸易司 唐元 张军立
    建设特高压电网具有良好的经济效益和社会效益
    ——"三大一特"问题研究报告之四
    一次能源生产相对集中，以及能源产地与消费中心相对分离的分布格局，决定了我国能源大规模、远距离运输不可避免。采用特高压电网实施大规模、远距离输电与输煤相比更为经济，而且节约资源、保护环境，具有良好的经济效益和社会效益。因此，应当在"输煤输电并举"的同时，积极推进特高压电网建设，逐步提高输电在能源传输中的比重。
    一是特高压输电与煤炭运输相比具有良好的经济性。按照目前煤炭产地与电力负荷中心的煤炭价差测算，特高压输电方式更为经济。长远来看，煤炭运输的紧张状况将长期存在，且运输成本持续增加，送、受端煤价差将不断增大。与输煤相比，采用特高压输电方式的经济优势将越来越明显。以伊敏煤电基地为例，该地拥有优良的露天褐煤资源，依托现有基础，可以在5年内发展成生产煤炭1亿吨、装机2000万千瓦的特大煤电基地，把±800千伏特高压直流输电线路的建设成本和网损成本考虑在内，伊敏电输送到京津唐电网，落地电价也仅为24.9分/千瓦时左右，比目前受端电网平均上网电价33分／千瓦时低8.1分/千瓦时，优势十分明显；同时，由于当地煤炭开采可以实现98.2%的资源回采率和零死亡率，伊敏煤矿产能可替换2000多个小煤矿的生产能力，每年可节约煤炭资源5亿吨。
    二是特高压输电有利于缓解东部地区的土地和环境压力。我国东部地区，尤其是经济较发达的东南部地区，土地资源极为宝贵，酸雨污染严重，大气环境容量十分有限，将晋陕蒙宁煤电和西南水电大规模送往东部负荷中心，相应减少东部煤电建设，有利于节约东部地区的土地资源，改善环境质量。同时，可以在大型煤电基地通过规模开发、综合利用和集中治理，显著降低污染排放。如伊敏煤电基地，可以集中建设二氧化硫处理装置，减少废气排放；可以集中处理灰渣，用以制造水泥、涂料、肥料等，提高经济效益；生产、生活污水可以设专门处理厂集中处理，达标排放，灌溉草原；灰渣可以经分级综合利用后返排回填露天矿坑，覆盖腐植土并恢复植被，消除灰场和冲灰水对周围环境的污染。
    三是特高压电网具有显著的联网效益。据分析，建设特高压骨干网架、在华北、华中及华东地区形成交流同步电网，通过发挥互为备用、水火互济等联网效益，与500千伏弱联系相比，可减少装机容量2000万千瓦，直接节约电源投资约800亿元。强大的交流同步电网可以使华中电网无弃水电量发生，并且有助于川渝电网富裕水电在华东、华北更大范围内的消纳。
    
    
    四是特高压电网超大容量、远距离送电比超高压电网更加经济。1回1000千伏特高压线路的输电能力为450～500万千瓦，输电距离可达1000公里以上。而500千伏交流线路的输电能力为250～300万千瓦，输电距离500～700公里，实际无法与特高压1000千伏交流相提并论。特高压线路占用的输电走廊宽度仅为传输相同电力容量500千伏紧凑型线路的50％，线损率低约65％。
    五是特高压电网可以带动电力行业技术升级。建设特高压输电项目，可以为我国电力设备制造业提供广阔的发展空间；特高压的技术攻关可以提升我国输电装备制造业的自主创新能力。我们完全可以依靠国内巨大市场需求，依托强大科研和制造力量，通过发展特高压，带动我国输电装备制造业发展，使其成为较强国际竞争力的优势产业。
    国网动力研究中心 葛正翔
    国务院研究室工交贸易司 唐元、张军立
    特高压试验示范工程应尽快启动
    ——"三大一特"问题研究报告之五
    按照"三大一特"思路调整我国能源结构和优化能源布局，发展特高压输电势在必行。鉴于特高压输电技术难度大，大规模推广应用尚需要经过试验示范工程的全面考验。山西晋东南到湖北荆门的1000千伏交流特高压示范工程，是我国发展特高压输电的重要一环，应尽快做出决策，争取早日启动。
    第一、早日启动特高压输电试验示范工程，有利于尽快明确特高压发展思路，减少重复建设。"十一五"期间，以及可以预期的2020年，是我国电网的快速发展期。为保证电力的供应，如果不采用特高压输电技术，就必需大量建设500千伏电网来实现电力输送和分配。经济发达地区由于受土地资源的制约，西部地区由于受地形和环保的限制，可利用的线路走廊资源和站址资源都是有限的。如果不尽快建设特高压输电线路，这些宝贵的走廊和站址资源不可避免的都将被500千伏线路占用，不仅不利于资源的高效利用，也将使电网的可持续发展难以为继。出于电网安全性的考虑，一般不采用高一级电压线路和低一级电压线路并联运行的方式。特高压建设越推后，500千伏电网发展越快，在特高压出现后，已建的一些500千伏线路将不能发挥应有的作用，势必造成巨大的浪费。因此，发展特高压，宜早不宜迟，越晚越被动。
    根据电力发展的历史经验，一个电压等级从开始试验到成熟，再到大规模应用需要较长时间。如不尽快推进特高压试验示范工程，掌握特高压输电技术，在"十二五"和"十三五"期间电网建设快速发展，500千伏电网难以为继的时候，将面临没有可用技术来保证电网建设可持续发展的尴尬局面。
    第二，早日启动特高压输电试验示范工程，有利于电网规划和电力工业技术进步工作的顺利推进。合理的电网规划是电力建设的基础。是否采用特高压输电，对于到2020年前的中长期电力规划至关重要，也关系到电力科研和制造部门人力、物力、财力的投向，对电力工业发展和技术进步产生重大影响。尽快启动试验示范工程，明确电力工业发展思路，有利于我国中长期电力规划的科学制定，有利于引导投资投向和科研方向，推动我国电力工业科技进步、结构优化和健康发展。
    第三，早日启动特高压试验示范工程的条件已经基本具备。我国于l986年开始，将特高压输电技术研究连续列入国家"七五"、"八五"和"十五"科技攻关计划。按照国家发展改革委的统一部署，2005年2月起，国家电网公司全面启动了特高压前期研究工作。受国家电网公司委托，国内相关电力科研、规划、设计、运行、设备制造等方面的单位，在借鉴和汲取国际上特高压输电经验以及总结国内20多年研究成果的基础上，系统地开展了特高压交流试验示范工程关键技术的研究工作，在交流特高压输电过电压、潜供电流、电磁环境影响、无功配置、关键设备参数和国产化方案等关键技术和应用方面取得了突破性进展。特高压输变电关键设备，除GIS（气体绝缘全封闭组合电气设备）外，线路、金具、变压器、高压电抗器、敞开式和罐式断路器、继电保护和安全自动装置等都已具备国产化的能力。GIS设备可以通过引进技术生产。因此，我国采用特高压输电技术是可行的。国内科研和规划设计单位，结合我国的具体情况，对特高压工程的环境影响进行了深入细致的研究，提出了我国1000千伏特高压交流输电试验示范工程的电磁环境水平指标，与我国500千伏交流输电线路的指标基本相同，能够满足环境保护对输电线路的要求。国家电网公司特高压输电工程环境影响的研究报告已获得国家环境保护总局的批复同意。至2005年6月，全国跨大区互联电网已初步形成。对特高压试验示范工程安全稳定运行和系统调试方案的研究也正在进行中，我国已完全具备运行和控制特高压试验示范工程和大型互联电网的能力。