淺析智能電網(wǎng)與交直流特高壓間的關(guān)系
發(fā)布時(shí)間：2014-11-13 08:56 來(lái)源：華電國(guó)威
特高壓分直流特高壓和交流特高壓，兩者的技術(shù)特性及其在電網(wǎng)中的作用差別很大，不可混為一談。直流特高壓用于遠(yuǎn)距離、大容量輸電，在經(jīng)濟(jì)和技術(shù)上具有明顯優(yōu)勢(shì)。我國(guó)的水電、風(fēng)電和太陽(yáng)能資源較多集中在西部地區(qū)，有遠(yuǎn)距離輸電的要求，因此直流特高壓作為先進(jìn)的輸電技術(shù)是建設(shè)智能電網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)我國(guó)電網(wǎng)綠色化不可缺少的手段。這一結(jié)論是明確的，也是早有共識(shí)的。
存在爭(zhēng)議的是交流特高壓。電網(wǎng)的電壓等級(jí)隨著電網(wǎng)規(guī)模的擴(kuò)大不斷由低向高提升，這的確是100 多年來(lái)世界各國(guó)電網(wǎng)發(fā)展走過(guò)的一條共同道路�；仡櫄v史不難看出，傳統(tǒng)電網(wǎng)的技術(shù)路線，就是以提高電壓等級(jí)的方法解決電網(wǎng)發(fā)展中出現(xiàn)的問(wèn)題，從而滿足經(jīng)濟(jì)社會(huì)對(duì)電力的需求。但是事物的發(fā)展并非總是一條直線，有的規(guī)律它只在一個(gè)階段發(fā)揮作用。依靠提高電壓等級(jí)發(fā)展電網(wǎng)的路線，是在以化石能源為基礎(chǔ)，能源開(kāi)發(fā)傾向于越來(lái)越集中的條件下形成的，可以說(shuō)是第二次工業(yè)革命的產(chǎn)物。當(dāng)新能源革命，即第三次工業(yè)革命在世界范圍內(nèi)興起后，電網(wǎng)的發(fā)展實(shí)際上已經(jīng)脫離了這條路線，走上了一條新的，即建設(shè)智能電網(wǎng)的道路。
美國(guó)未來(lái)學(xué)家杰里米˙里夫金在《第三次工業(yè)革命》一書中，介紹了美國(guó)電力研究所專家對(duì)該問(wèn)題的見(jiàn)解。美國(guó)專家認(rèn)為，智能電網(wǎng)分散式能源生產(chǎn)的發(fā)展可能會(huì)采取與計(jì)算機(jī)產(chǎn)業(yè)發(fā)展極為相似的路線：大型主機(jī)讓位于小型化、在地理上分散分布的臺(tái)式和筆記本電腦，它們相互連接、充分整合，成為一個(gè)極富彈性的網(wǎng)絡(luò)。在電力行業(yè)中，集中式電廠仍將發(fā)揮很重要的作用，但更需要小型、清潔、分散化的發(fā)電廠，能源儲(chǔ)存技術(shù)將支持它們的發(fā)展;為控制、處理由此形成的復(fù)雜互聯(lián)系統(tǒng)所帶來(lái)的海量信息與能源的流通問(wèn)題，先進(jìn)的電子控制技術(shù)是絕對(duì)不可少的。
可以這樣說(shuō)，依靠先進(jìn)的信息、控制、儲(chǔ)能、超導(dǎo)等新技術(shù)，注重以小型分散化方式開(kāi)發(fā)清潔可再生能源，注重利用新的管理理念和技術(shù)手段提高能源利用率，實(shí)現(xiàn)能源的可持續(xù)發(fā)展，這就是第三次工業(yè)革命顯示的現(xiàn)代電網(wǎng)(即智能電網(wǎng))的發(fā)展路線。由于可再生能源分布相對(duì)均勻，分散化開(kāi)發(fā)的結(jié)果將使電源的布局更合理;小型電源和微網(wǎng)可以直接接入配電網(wǎng)，以較低的電壓向用戶供電;特別是超導(dǎo)輸電技術(shù)的不斷進(jìn)步和在工程中越來(lái)越多的應(yīng)用，顯示了現(xiàn)代電網(wǎng)的電壓等級(jí)不僅不會(huì)在超高壓的基礎(chǔ)上再提高，甚至還有逐漸降低的趨勢(shì)。
電網(wǎng)的電壓等級(jí)在第二次工業(yè)革命時(shí)期由低向高發(fā)展，進(jìn)入第三次工業(yè)革命后不再升高，并且呈現(xiàn)出由高向低發(fā)展的趨勢(shì)，從整個(gè)發(fā)展過(guò)程看，遵循的正是事物發(fā)展的“否定之否定”規(guī)律。那種認(rèn)為電網(wǎng)會(huì)一直按照“規(guī)模越來(lái)越大，電壓等級(jí)越來(lái)越高”的規(guī)律發(fā)展的看法，是一種缺乏辯證思維的形而上學(xué)觀點(diǎn)。
現(xiàn)代電網(wǎng)不再向交流特高壓電網(wǎng)發(fā)展，還因?yàn)榻涣魈馗邏鹤陨泶嬖谥率鰩讉�(gè)致命的缺點(diǎn)：
環(huán)境代價(jià)大。由于交流特高壓的建設(shè)是在現(xiàn)有的500 千伏電網(wǎng)之上再疊加一個(gè)1000千伏電網(wǎng)，升至該電網(wǎng)的電力送到受端后，都要先降壓為500 千伏再分配給220 千伏電網(wǎng)，因此它不僅不能替代500 千伏變電容量和相應(yīng)的500 千伏送電線路，還將使我國(guó)電網(wǎng)的電壓層次從現(xiàn)有的5 層增至6 層(即變?yōu)?.4/10/110/220/500/1000 千伏)，成為世界上電壓層次最多的電網(wǎng)。而且交流特高壓的噪音、對(duì)環(huán)境的電磁污染遠(yuǎn)比超高壓強(qiáng)，其輸變電設(shè)備都是龐然大物，需要的占地面積也更大(同塔雙回交流特高壓線路塔高約80 米，走廊寬度約70米;一座交流特高壓變電站占地9-20 公頃)。因此，建設(shè)交流特高壓電網(wǎng)意味著在電網(wǎng)復(fù)雜性增加的同時(shí)，還要為多增加一層電網(wǎng)付出難以承受的環(huán)境代價(jià)(尤其在人口密集的“三華”地區(qū)問(wèn)題將更加突出)。
投資效益差。交流特高壓從技術(shù)上看，遠(yuǎn)距離輸電不如直流特高壓，近距離輸電不如500 千伏電壓，而投資卻很大，是一種“性價(jià)比”很低的方案。南方電網(wǎng)對(duì)采用交流特高壓方案與采用直流特高壓加交流500 千伏電網(wǎng)方案進(jìn)行了比較，結(jié)果前者的投資比后者多600-1000 億元，約高1.3-1.5 倍[5]。在“三華”地區(qū)建設(shè)交流特高壓同步電網(wǎng)的方案，比只建直流特高壓加交流500 千伏電網(wǎng)的異步聯(lián)網(wǎng)方案，至少要多花3000 億元的投資。除會(huì)推高電價(jià)外，還意味著要消耗更多的鋼鐵、鋁材和水泥，而這些高耗能產(chǎn)品的生產(chǎn)無(wú)疑將加重對(duì)環(huán)境的污染。
兩級(jí)升壓，既增加能損，又降低輸電能力。交流特高壓輸電，電源一般都要先升壓匯集到500 千伏變電站，再升壓至交流特高壓電網(wǎng)。由于基本沒(méi)有與之配備的發(fā)電機(jī)機(jī)組直接接入，交流特高壓電網(wǎng)實(shí)際上是一個(gè)無(wú)源的“空架子”，這種情況在其它電壓等級(jí)的發(fā)展過(guò)程中是從未出現(xiàn)過(guò)的。電網(wǎng)的最高一級(jí)電壓網(wǎng)架，對(duì)于保證整個(gè)電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行和功率平衡至關(guān)重要，它形成后一般直接接入其中的發(fā)電機(jī)容量都不會(huì)少于35%。比如截至2012 年底南方電網(wǎng)接入500 千伏電網(wǎng)的容量，廣東為36.6%，廣西為43.7%，云南為58.8%，貴州為50.6%;四川電網(wǎng)2013 年底接入500 千伏電網(wǎng)的容量約為47%。發(fā)電機(jī)經(jīng)兩級(jí)升壓接入電網(wǎng)，是電力系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計(jì)中較為忌諱的做法，因?yàn)檫@樣必然加大系統(tǒng)阻抗，不僅導(dǎo)致電能損耗增加，還限制了輸電能力的提高。這種現(xiàn)象的出現(xiàn)從一個(gè)側(cè)面說(shuō)明，沿著提高電壓等級(jí)的傳統(tǒng)路線前行，走到特高壓的時(shí)候，這條路已經(jīng)走不通了。
由于存在上述問(wèn)題，加之直流輸電技術(shù)的進(jìn)步實(shí)現(xiàn)了電力的大容量遠(yuǎn)距離輸送，歐美、俄羅斯、日本等發(fā)達(dá)國(guó)家，在經(jīng)過(guò)上世紀(jì)七、八十年代出現(xiàn)的那次交流特高壓技術(shù)研究和實(shí)驗(yàn)熱潮后，從此放棄了交流特高壓。歐洲互聯(lián)電網(wǎng)盡管規(guī)模很大，但最高電壓卻只有400千伏(比我國(guó)電網(wǎng)普遍采用的500 千伏還低100 千伏)，今后也肯定不會(huì)發(fā)展交流特高壓。
但即便如此他們電網(wǎng)的可再生能源比例卻遠(yuǎn)高于我國(guó)。德國(guó)規(guī)劃2020 可再生能源占比達(dá)到35%，2030 年達(dá)到50%，2050 年達(dá)到80%。說(shuō)明實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)綠色化與電網(wǎng)電壓等級(jí)的高低沒(méi)有關(guān)聯(lián)。提高電網(wǎng)可再生能源比例的主要途徑：一是大力發(fā)展各種儲(chǔ)能技術(shù)，不斷擴(kuò)大電網(wǎng)的儲(chǔ)能規(guī)模;二是開(kāi)發(fā)、豐富、優(yōu)化電網(wǎng)調(diào)峰手段，其中包括儲(chǔ)備和調(diào)動(dòng)需求響應(yīng)資源;三是最大限度實(shí)現(xiàn)各種可再生能源的互補(bǔ)運(yùn)行。
至于治理霧霾的問(wèn)題，由于建設(shè)交流特高壓電網(wǎng)要消耗更多本來(lái)可以不消耗的鋼鐵、鋁材和水泥，結(jié)果無(wú)疑是事與愿違。“電從遠(yuǎn)方來(lái)”戰(zhàn)略主要依靠直流特高壓來(lái)實(shí)現(xiàn)，但僅有這個(gè)戰(zhàn)略是不夠的，還要同時(shí)實(shí)施“電從身邊來(lái)”戰(zhàn)略，即以分散化方式開(kāi)發(fā)“身邊”一切可以開(kāi)發(fā)利用的清潔能源。兩者并舉，才能達(dá)到有效治理霧霾的目的。
第三次工業(yè)革命所顯示的世界電網(wǎng)發(fā)展方向，決定了現(xiàn)代電網(wǎng)不能再走以提高電網(wǎng)電壓等級(jí)包打天下的老路，電壓等級(jí)越高不等于電網(wǎng)就越堅(jiān)強(qiáng)。事實(shí)上，各種不斷創(chuàng)新發(fā)展的可再生能源開(kāi)發(fā)利用技術(shù)、分布式電源微電網(wǎng)技術(shù)、儲(chǔ)能技術(shù)、超導(dǎo)輸電技術(shù)、多端直流技術(shù)、以及包括頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)和核聚變?cè)趦?nèi)的其它新能源技術(shù)，都是對(duì)交流特高壓的否定。
歷史已經(jīng)證明并將繼續(xù)證明，交流特高壓是傳統(tǒng)技術(shù)路線的產(chǎn)物，它的身上帶有無(wú)法抹去的第二次工業(yè)革命的烙印。盡管它登上了傳統(tǒng)電網(wǎng)的技術(shù)頂峰，不過(guò)是為傳統(tǒng)電網(wǎng)豎起了一個(gè)更加吸引眼球的“新地標(biāo)”而已。今天人們可以“創(chuàng)造條件”讓它繼續(xù)在第三次工業(yè)革命中扮演“重要角色”，也可以“順應(yīng)潮流”讓它退出歷史舞臺(tái)。“聰者聽(tīng)于無(wú)聲，明者見(jiàn)于未形”。中國(guó)電網(wǎng)的創(chuàng)新之路究竟怎么走?中國(guó)人應(yīng)當(dāng)有智慧作出正確抉擇。
