淺析智能電網與交直流特高(gāo)壓間的(de)關系
發布時(shí)間：2014-11-13 08:56 來(lái)源：華電國威
特高(gāo)壓分(fēn)直流特高(gāo)壓和(hé)交流特高(gāo)壓，兩者的(de)技術特性及其在電網中的(de)作用(yòng)差别很大(dà)，不可(kě)混爲一談。直流特高(gāo)壓用(yòng)于遠(yuǎn)距離、大(dà)容量輸電，在經濟和(hé)技術上具有明(míng)顯優勢。我國的(de)水(shuǐ)電、風電和(hé)太陽能資源較多(duō)集中在西部地區(qū)，有遠(yuǎn)距離輸電的(de)要求，因此直流特高(gāo)壓作爲先進的(de)輸電技術是建設智能電網，實現我國電網綠色化(huà)不可(kě)缺少的(de)手段。這(zhè)一結論是明(míng)确的(de)，也(yě)是早有共識的(de)。
存在争議(yì)的(de)是交流特高(gāo)壓。電網的(de)電壓等級随著(zhe)電網規模的(de)擴大(dà)不斷由低向高(gāo)提升，這(zhè)的(de)确是100 多(duō)年來(lái)世界各國電網發展走過的(de)一條共同道路。回顧曆史不難看出，傳統電網的(de)技術路線，就是以提高(gāo)電壓等級的(de)方法解決電網發展中出現的(de)問題，從而滿足經濟社會對(duì)電力的(de)需求。但是事物(wù)的(de)發展并非總是一條直線，有的(de)規律它隻在一個(gè)階段發揮作用(yòng)。依靠提高(gāo)電壓等級發展電網的(de)路線，是在以化(huà)石能源爲基礎，能源開發傾向于越來(lái)越集中的(de)條件下(xià)形成的(de)，可(kě)以說是第二次工業革命的(de)産物(wù)。當新能源革命，即第三次工業革命在世界範圍内興起後，電網的(de)發展實際上已經脫離了(le)這(zhè)條路線，走上了(le)一條新的(de)，即建設智能電網的(de)道路。
美(měi)國未來(lái)學家傑裏米˙裏夫金在《第三次工業革命》一書(shū)中，介紹了(le)美(měi)國電力研究所專家對(duì)該問題的(de)見解。美(měi)國專家認爲，智能電網分(fēn)散式能源生産的(de)發展可(kě)能會采取與計算(suàn)機産業發展極爲相似的(de)路線：大(dà)型主機讓位于小型化(huà)、在地理(lǐ)上分(fēn)散分(fēn)布的(de)台式和(hé)筆記本電腦(nǎo)，它們相互連接、充分(fēn)整合，成爲一個(gè)極富彈性的(de)網絡。在電力行業中，集中式電廠仍将發揮很重要的(de)作用(yòng)，但更需要小型、清潔、分(fēn)散化(huà)的(de)發電廠，能源儲存技術将支持它們的(de)發展;爲控制、處理(lǐ)由此形成的(de)複雜(zá)互聯系統所帶來(lái)的(de)海量信息與能源的(de)流通(tōng)問題，先進的(de)電子控制技術是絕對(duì)不可(kě)少的(de)。
可(kě)以這(zhè)樣說，依靠先進的(de)信息、控制、儲能、超導等新技術，注重以小型分(fēn)散化(huà)方式開發清潔可(kě)再生能源，注重利用(yòng)新的(de)管理(lǐ)理(lǐ)念和(hé)技術手段提高(gāo)能源利用(yòng)率，實現能源的(de)可(kě)持續發展，這(zhè)就是第三次工業革命顯示的(de)現代電網(即智能電網)的(de)發展路線。由于可(kě)再生能源分(fēn)布相對(duì)均勻，分(fēn)散化(huà)開發的(de)結果将使電源的(de)布局更合理(lǐ);小型電源和(hé)微網可(kě)以直接接入配電網，以較低的(de)電壓向用(yòng)戶供電;特别是超導輸電技術的(de)不斷進步和(hé)在工程中越來(lái)越多(duō)的(de)應用(yòng)，顯示了(le)現代電網的(de)電壓等級不僅不會在超高(gāo)壓的(de)基礎上再提高(gāo)，甚至還(hái)有逐漸降低的(de)趨勢。
電網的(de)電壓等級在第二次工業革命時(shí)期由低向高(gāo)發展，進入第三次工業革命後不再升高(gāo)，并且呈現出由高(gāo)向低發展的(de)趨勢，從整個(gè)發展過程看，遵循的(de)正是事物(wù)發展的(de)“否定之否定”規律。那種認爲電網會一直按照(zhào)“規模越來(lái)越大(dà)，電壓等級越來(lái)越高(gāo)”的(de)規律發展的(de)看法，是一種缺乏辯證思維的(de)形而上學觀點。
現代電網不再向交流特高(gāo)壓電網發展，還(hái)因爲交流特高(gāo)壓自身存在著(zhe)下(xià)述幾個(gè)緻命的(de)缺點：
環境代價大(dà)。由于交流特高(gāo)壓的(de)建設是在現有的(de)500 千伏電網之上再疊加一個(gè)1000千伏電網，升至該電網的(de)電力送到受端後，都要先降壓爲500 千伏再分(fēn)配給220 千伏電網，因此它不僅不能替代500 千伏變電容量和(hé)相應的(de)500 千伏送電線路，還(hái)将使我國電網的(de)電壓層次從現有的(de)5 層增至6 層(即變爲0.4/10/110/220/500/1000 千伏)，成爲世界上電壓層次最多(duō)的(de)電網。而且交流特高(gāo)壓的(de)噪音(yīn)、對(duì)環境的(de)電磁污染遠(yuǎn)比超高(gāo)壓強，其輸變電設備都是龐然大(dà)物(wù)，需要的(de)占地面積也(yě)更大(dà)(同塔雙回交流特高(gāo)壓線路塔高(gāo)約80 米，走廊寬度約70米;一座交流特高(gāo)壓變電站占地9-20 公頃)。因此，建設交流特高(gāo)壓電網意味著(zhe)在電網複雜(zá)性增加的(de)同時(shí)，還(hái)要爲多(duō)增加一層電網付出難以承受的(de)環境代價(尤其在人(rén)口密集的(de)“三華”地區(qū)問題将更加突出)。
投資效益差。交流特高(gāo)壓從技術上看，遠(yuǎn)距離輸電不如直流特高(gāo)壓，近距離輸電不如500 千伏電壓，而投資卻很大(dà)，是一種“性價比”很低的(de)方案。南(nán)方電網對(duì)采用(yòng)交流特高(gāo)壓方案與采用(yòng)直流特高(gāo)壓加交流500 千伏電網方案進行了(le)比較，結果前者的(de)投資比後者多(duō)600-1000 億元，約高(gāo)1.3-1.5 倍[5]。在“三華”地區(qū)建設交流特高(gāo)壓同步電網的(de)方案，比隻建直流特高(gāo)壓加交流500 千伏電網的(de)異步聯網方案，至少要多(duō)花3000 億元的(de)投資。除會推高(gāo)電價外，還(hái)意味著(zhe)要消耗更多(duō)的(de)鋼鐵、鋁材和(hé)水(shuǐ)泥，而這(zhè)些高(gāo)耗能産品的(de)生産無疑将加重對(duì)環境的(de)污染。
兩級升壓，既增加能損，又降低輸電能力。交流特高(gāo)壓輸電，電源一般都要先升壓彙集到500 千伏變電站，再升壓至交流特高(gāo)壓電網。由于基本沒有與之配備的(de)發電機機組直接接入，交流特高(gāo)壓電網實際上是一個(gè)無源的(de)“空架子”，這(zhè)種情況在其它電壓等級的(de)發展過程中是從未出現過的(de)。電網的(de)最高(gāo)一級電壓網架，對(duì)于保證整個(gè)電網的(de)穩定運行和(hé)功率平衡至關重要，它形成後一般直接接入其中的(de)發電機容量都不會少于35%。比如截至2012 年底南(nán)方電網接入500 千伏電網的(de)容量，廣東爲36.6%，廣西爲43.7%，雲南(nán)爲58.8%，貴州爲50.6%;四川電網2013 年底接入500 千伏電網的(de)容量約爲47%。發電機經兩級升壓接入電網，是電力系統規劃設計中較爲忌諱的(de)做(zuò)法，因爲這(zhè)樣必然加大(dà)系統阻抗，不僅導緻電能損耗增加，還(hái)限制了(le)輸電能力的(de)提高(gāo)。這(zhè)種現象的(de)出現從一個(gè)側面說明(míng)，沿著(zhe)提高(gāo)電壓等級的(de)傳統路線前行，走到特高(gāo)壓的(de)時(shí)候，這(zhè)條路已經走不通(tōng)了(le)。
由于存在上述問題，加之直流輸電技術的(de)進步實現了(le)電力的(de)大(dà)容量遠(yuǎn)距離輸送，歐美(měi)、俄羅斯、日本等發達國家，在經過上世紀七、八十年代出現的(de)那次交流特高(gāo)壓技術研究和(hé)實驗熱(rè)潮後，從此放棄了(le)交流特高(gāo)壓。歐洲互聯電網盡管規模很大(dà)，但最高(gāo)電壓卻隻有400千伏(比我國電網普遍采用(yòng)的(de)500 千伏還(hái)低100 千伏)，今後也(yě)肯定不會發展交流特高(gāo)壓。
但即便如此他(tā)們電網的(de)可(kě)再生能源比例卻遠(yuǎn)高(gāo)于我國。德國規劃2020 可(kě)再生能源占比達到35%，2030 年達到50%，2050 年達到80%。說明(míng)實現電網綠色化(huà)與電網電壓等級的(de)高(gāo)低沒有關聯。提高(gāo)電網可(kě)再生能源比例的(de)主要途徑：一是大(dà)力發展各種儲能技術，不斷擴大(dà)電網的(de)儲能規模;二是開發、豐富、優化(huà)電網調峰手段，其中包括儲備和(hé)調動需求響應資源;三是最大(dà)限度實現各種可(kě)再生能源的(de)互補運行。
至于治理(lǐ)霧霾的(de)問題，由于建設交流特高(gāo)壓電網要消耗更多(duō)本來(lái)可(kě)以不消耗的(de)鋼鐵、鋁材和(hé)水(shuǐ)泥，結果無疑是事與願違。“電從遠(yuǎn)方來(lái)”戰略主要依靠直流特高(gāo)壓來(lái)實現，但僅有這(zhè)個(gè)戰略是不夠的(de)，還(hái)要同時(shí)實施“電從身邊來(lái)”戰略，即以分(fēn)散化(huà)方式開發“身邊”一切可(kě)以開發利用(yòng)的(de)清潔能源。兩者并舉，才能達到有效治理(lǐ)霧霾的(de)目的(de)。
第三次工業革命所顯示的(de)世界電網發展方向，決定了(le)現代電網不能再走以提高(gāo)電網電壓等級包打天下(xià)的(de)老路，電壓等級越高(gāo)不等于電網就越堅強。事實上，各種不斷創新發展的(de)可(kě)再生能源開發利用(yòng)技術、分(fēn)布式電源微電網技術、儲能技術、超導輸電技術、多(duō)端直流技術、以及包括頁岩氣開發和(hé)核聚變在内的(de)其它新能源技術，都是對(duì)交流特高(gāo)壓的(de)否定。
曆史已經證明(míng)并将繼續證明(míng)，交流特高(gāo)壓是傳統技術路線的(de)産物(wù)，它的(de)身上帶有無法抹去的(de)第二次工業革命的(de)烙印。盡管它登上了(le)傳統電網的(de)技術頂峰，不過是爲傳統電網豎起了(le)一個(gè)更加吸引眼球的(de)“新地标”而已。今天人(rén)們可(kě)以“創造條件”讓它繼續在第三次工業革命中扮演“重要角色”，也(yě)可(kě)以“順應潮流”讓它退出曆史舞台。“聰者聽(tīng)于無聲，明(míng)者見于未形”。中國電網的(de)創新之路究竟怎麽走?中國人(rén)應當有智慧作出正确抉擇。
