理事单位
  • 国家电网公司

  • 国网电力科学研究院

  • 中国水电工程顾问集团

  • 中国国电集团公司

  • 葛洲坝集团电力有限责任公司


舒印彪:我们为什么建设电力高速公路



舒印彪,中国工程院院士,输变电工程和电力系统规划专家。现任中国华能集团有限公司董事长,兼任国际电工委员会(IEC)主席。他长期从事电网运行与电力系统规划、超/特高压输电重大工程建设和技术研发工作。他牵头完成了三峡输电系统500千伏超高压大容量输电、正负800千伏特高压直流、1000千伏特高压交流输电等关键技术研究,主持建成“西电东送”和全国电网互联等多项重大工程,攻克了直流工程系统设计、电磁瞬态抑制、交直流电网运行控制等关键核心技术难题。2018年当选第36届国际电工委员会主席,成为该组织成立以来首位担任这一职务的中国专家。主导制定了特高压系列国际标准,为推动世界电工技术发展作出了贡献。

中国东中部地区是中国经济最发达的区域,用电负荷约占全国总用量的70%,而这些电却大多来自遥远的西部地区。我国将西部地区就地生产的煤电、风电和水电等,通过“西电东送”工程,送往几千里之外的东中部地区,满足那里旺盛的用电需求。但是过去的超高压输电技术,输电距离和输电容量都难以满足如今越来越大规模的电力输送需求。那么,用什么办法能让这些电力安全高效地传送到千里之外呢?那就需要特高压。

特高压是目前世界上最先进的输电技术,如果把其他输电线路比喻为乡间小路,那么特高压输电线路就是电力高速公路。特高压输电是具有传输距离远、容量大、损耗低、占地少等优势的尖端技术。现在,中国是世界上首个,也是唯一一个成功掌握并实际运用特高压这项尖端技术的国家。

我国为什么需要特高压?

我国为什么需要特高压?我概括为8个字,就是国家需要、国情使然。所谓国家需要,就是我国经济持续增长对电力提出了大量的需求。电力是国民经济的先行官,电力的发展要与经济的发展保持同步,并适度超前。1978年,我国的全国用电量是2500亿千瓦时,到了2011年我国的用电量达到了4.7万亿千瓦时,超过了美国,一直保持世界第一。到了2020年我国的用电量达到了7.5万亿千瓦时,这40多年增长了30倍。但是中国的人均用电量水平还是不高的,人均用电量刚刚超过5000度电,这与经合组织国家相比,平均用电量只达到了他们的60%。随着我国经济的发展和人民生活水平的提高,特别是全社会电气化水平的提高,我国的电力增长空间发展潜力还是比较大的,因此可以说我们仍在半途。

所谓国情使然,进入新世纪,我国经济对电力的需求更加旺盛,对发展特高压提出了迫切的需求。从新中国成立以来到2000年我国的装机是3.2亿千瓦,但到了2010年,就达到了9.7亿千瓦。这10年间,我国的装机新增6.5亿千瓦。在这个快速发展的过程中,有73%的新增装机容量都是燃煤电站,有70%的新增煤电都布局在缺电十分严重的东中部地区。

我国能源资源以煤炭为主,煤炭储量居世界第三位,油气相对贫乏。我国水能资源较为丰富,水能蕴藏量居世界第一位,它的技术可开发量达到6.6亿千瓦。我国风能和太阳能(9.350, 0.00, 0.00%)十分丰富,开发潜力巨大。

我国的资源分布不平衡,主要的能源资源都在西部和西北部。我国80%以上的煤炭分布在西北、西部和北部等省区,待开发的水能资源80%都在我国的西南部。我国陆上风能资源主要在三北,就是东北、华北和西北地区,同时我国的光伏在这里也有很好的开发条件,日照时间在3200小时以上的区域都在青藏高原、新疆和甘肃等地。但是这些地区经济总量小,用电需求、用电市场不大。我国的用电需求主要在中东部地区,70%的用电负荷都集中在中东部地区,能源开发的重心和用电需求的中心两者之间距离1500公里到3000公里。这种能源资源与用电需求成逆向分布的基本国情,决定了我国需要实施远距离、大规模的西电东送。

我国电力需求还将持续增长。从国情出发,我们在全国范围内优化能源资源配置成为必然,因此就需要发展远距离大容量、低损耗,占地省的特高压输电技术。

特高压技术“特”在哪里?

为了解决中国能源基地与用电中心相隔千里的难题,运用特高压完成远距离大容量输电,是必然选择。而建设这样先进的电网,实现能源互通,不仅仅是中国的发展需要,也是全球能源可持续发展的共识,从上世纪60年代开始,许多传统的电力强国花费巨大精力投入特高压技术研发,却接连无功而返。

而对于中国而言,研究特高压更是难上加难,有太多需要从零破解的难题——崇山峻岭、沙漠狂风、电闪雷鸣,特高压输电线路不仅要面对我国复杂的地形,多变的气候,甚至还要穿越生命禁区,在如此复杂的环境中实现特高压的安全稳定运行,无疑是一项挑战极限的世界工程。从2004年至今,中国已经建成投运了33项特高压工程,线路总长达到5万公里,它们成为中国城市工业发展,居民生活用电的主要来源,同时还带动了中国装备制造业的发展,与特高压技术体系相关的方方面面,都实现了升级。特高压不仅成为中国经济发展的电力输送主动脉,也给世界上其他国家和地区,提供了可借鉴的电力输送解决方案。

现在我国输电容量达到了2亿千瓦,特高压输电成为我国能源输送的大动脉。一是在我国西部大开发中发挥了重要作用。特高压的投资到现在我们投了5150亿元,这直接带动西部的电源投资1.3万亿元,每年为西部拉动GDP2600亿元,提供就业岗位65万个,增加税收约500亿元。二是有力支撑了东中部的用电需求。特高压输电容量占东中部用电负荷的1/4,累计输送电量达到了2万亿千瓦时,其中70%都是清洁能源,这样就相当于减少中东部发电用煤8.3亿吨,可以减少二氧化碳排放17亿吨,烟尘氮氧化物排放650万吨。同时降低了用电成本,西电东送的电价到了东部,比东部的上网电价每度要便宜5分钱,这样节省东中部的用电成本1000亿元。三是优化了我国能源结构。依靠特高压远距离大规模输送的技术优势,促进了西南水电的开发,促进了三北地区新能源的开发。这为我国新能源(3.950, 0.00, 0.00%)的发展起到了很好的促进作用,我国的水电、风电、太阳能装机规模稳居世界第一位。可再生能源的发电装机比重在2020年达到了43%,煤电占比首次在历史上降到了50%以下,10年前煤电占比还是73%。四是显著提升了我国电工领域装备的制造水平,提升了电工装备、产品的国际竞争力。特高压装备代表了电工装备的最高水平,我国特高压设备的研制,从设计、材料工艺、试验技术到产品实现了自主化和国产化,实现了世界领先。同时进一步巩固了我国电工领域产业链的安全和自主可控,一些材料和关键部件经过多年的持续努力都实现了国产化的替代。五是我国的特高压技术标准成为了国际标准。1906年成立的国际电工委员会(IEC),它是世界上成立最早的国际性电工标准化机构,过去我国都是采用IEC的标准,都是其他国家制定的。我国的标准能够成为国际标准,也是不容易的,这也是我国对国际标准的一个贡献。到现在为止,我们累计发布特高压交流和特高压直流国际标准18项,我国1000千伏交流特高压成为国际标准电压。

特高压的未来发展前景

在输电环节,特高压输电还要继续发挥它的网络优势和网络功能,支撑大规模新能源的并网和消纳。大家知道,新能源有随机性和季节性的特点,我国现在还没有办法控制风电和光伏。我国地域辽阔,在新能源的发电上存在着区域性和季节性的差异。为了实现多能互补、区域互递,需要一个强大的网络平台,特高压将发挥这个作用。

在配电环节,配电网要实现广泛互联、智能互动,将大量接入分布式能源和微电网,大量接入电动汽车等储能设施。今后,我们的电动汽车会发展起来,电动汽车现在本身是一个储能装置,未来会成为一个移动储能装置。今后,电网可以向电动汽车充电,也可以反过来由电动汽车向电网送电。比如说你出国或者旅行,一段时间不在家,但是电动汽车在家里,用电低谷时候它充电到系统,高峰的时候,可以向系统卖电,能够赚到钱。大量的储能设施也将出现,这样在配电网里边就可以实现源网荷储的智能互动。

在用电环节,用户将在新型电力系统当中改变过去的角色。新能源的发展也不再仅是专业化大公司的独有优势,我们的用户可以在自己的建筑物上,比如农村的屋顶上建设太阳能发电站。用户既是电能的使用者,同时也可以是电能的生产者,人人使用电能,人人生产电能,这将成为电力系统里一个新的景象。

特高压的创新实践,使我国输电技术实现了从长期跟随到领先的历史性跨越,为科技自立自强树立了信心。在构建新型电力系统的过程中,我国的电力科技将不断取得新的更大突破。特高压将为实现碳达峰、碳中和目标,为构建人类命运共同体发挥重要作用。