表面上看“三華電網(wǎng)”成為爭議的焦點，而實質(zhì)上矛頭還是指向特高壓交流的建設(shè)，不管公眾如何質(zhì)疑，看看特高壓發(fā)展的軌跡，似乎會有些規(guī)律可循。

2009年1月6日，中國晉東南-南陽-荊門特高壓交流試驗示范工程投產(chǎn)，至今已成功運行4個多月。作為中國自主研發(fā)、設(shè)計和建設(shè)的首條1000千伏輸變電工程，它的投產(chǎn)和運行，充分驗證了特高壓交流輸電技術(shù)的可行性，設(shè)備制造能力和環(huán)境友好水平。為貫徹實施中國能源戰(zhàn)略的發(fā)展，建設(shè)大型能源基地，改變以往追求局部供需平衡的電力格局，滿足中國電力需求的持續(xù)增長提供了可靠有效的技術(shù)手段。

隨著特高壓技術(shù)的推廣，特高壓輸電在遠距離、大容量、低損耗方面的優(yōu)越性已形成廣泛共識。同時特高壓電網(wǎng)的建設(shè)將對中國現(xiàn)有的500千伏電網(wǎng)發(fā)展帶來一定的影響，其合理的電網(wǎng)規(guī)模和安全性成為廣泛關(guān)注的焦點。

本文在分析中國能源資源及需求情況的基礎(chǔ)上，提出中國特高壓電網(wǎng)的未來格局及結(jié)構(gòu)特點，闡述中國同步電網(wǎng)的構(gòu)建思路，并分析論證同步電網(wǎng)的安全性、經(jīng)濟性。結(jié)合“十二五”期間相關(guān)煤電基地開發(fā)，詳細分析了特高壓電網(wǎng)發(fā)展初期的建設(shè)路徑。

1、中國發(fā)展特高壓是必然選擇

中國資源與需求逆向分布的客觀條件和經(jīng)濟快速發(fā)展的階段，決定了中國必須改變電力發(fā)展方式，加快大煤電、大水電、大核電以及大可再生能源基地的開發(fā)，推動實施“一特四大”戰(zhàn)略，建設(shè)以特高壓電網(wǎng)為骨干網(wǎng)架、各級電網(wǎng)協(xié)調(diào)發(fā)展的堅強國家電網(wǎng)。

中國正處在重化工業(yè)階段，經(jīng)濟社會快速發(fā)展，能源和電力需求強勁。盡管當前國際金融危機對中國經(jīng)濟帶來很大沖擊，從長遠看，中國電力工業(yè)仍處于持續(xù)快速增長的重要機遇期。根據(jù)國民經(jīng)濟和社會發(fā)展規(guī)劃，預計2020年全社會用電量達到10萬億千瓦時，主要集中的東部沿海和南方地區(qū)，包括華中、華東和廣東，需要大容量的送電以滿足快速增長的負荷需求。

另一方面，中國大型能源基地距離負荷中心較遠，需要遠距離的電能輸送。從中國國情來看，在未來較長一段時期內(nèi)，煤電將是中國的主導電源結(jié)構(gòu)，大規(guī)模的煤電基地的開發(fā)也符合中國的能源戰(zhàn)略發(fā)展方向。中國煤電“十一五”規(guī)劃開發(fā)的十三個煤電基地，主要分布在西北、東北地區(qū)，距離華中、華東目標市場送電距離在800~2000公里。中國的大水電主要集中在金沙江、雅礱江、大渡河及瀾滄江上，西南水電距離華中、華東負荷中心的距離在1500~2000公里。隨著可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的實施，中國規(guī)劃建設(shè)六個千萬千瓦級的大型風電基地，主要位于甘肅、新疆、蒙西、蒙東及沿海地區(qū)，北部風電的大規(guī)模開發(fā)，如此大容量的風電開發(fā)，需要通過電網(wǎng)外送消納，送電距離在1000~2500公里。對于1000千伏交流輸電電壓等級，上述送電距離是其合理的輸電距離。作為重要電源的核電基地，為充分利用寶貴的廠址資源，有必要實現(xiàn)規(guī)模化建設(shè)開發(fā)，也涉及到大規(guī)模送出的問題，并為特高壓受端電網(wǎng)提供必要的電源支撐。

對于遠距離、大容量送電來說，現(xiàn)有的500千伏電網(wǎng)已經(jīng)無法滿足電力輸送的要求。新建輸電線路若仍采用500千伏電壓等級，長距離送電中需加設(shè)眾多中間站點，并受單根導線送電容量的限制，變電、線路造價會大幅上升，線路走廊也會愈加緊張，經(jīng)濟性很差。特高壓交直流線路的送電能力遠遠大于現(xiàn)有500千伏交直流輸電，采用特高壓輸電技術(shù)可以解決上述技術(shù)問題，具有更優(yōu)的經(jīng)濟性，滿足大電網(wǎng)持續(xù)快速增長的輸電需求。

2 、中國未來特高壓電網(wǎng)發(fā)展格局

中國區(qū)域電網(wǎng)地理位置及形狀特點，以及負荷需求，使得中國特高壓電網(wǎng)未來將形成包括“三華”電網(wǎng)、東北電網(wǎng)、西北電網(wǎng)、南方電網(wǎng)在內(nèi)的四個主要同步電網(wǎng)。

2.1 負荷中心的比鄰和系統(tǒng)安全穩(wěn)定的要求促使形成三華受端同步電網(wǎng)

形成受端電網(wǎng)，是電網(wǎng)發(fā)展的必然階段，也是提高電網(wǎng)安全的客觀要求。根據(jù)規(guī)劃，中國2020年遠距離輸電規(guī)模將超過3億千瓦，輸電距離一般在800～3000公里范圍，如此大規(guī)模的電力消納，必須建設(shè)強大的受端電網(wǎng)，以接受大規(guī)模的外來電力。

從網(wǎng)架結(jié)構(gòu)看，華北、華中及華東電網(wǎng)負荷中心相互比鄰，相距約1000公里，為控制線路電壓，需在輸電線路中加設(shè)變電站。負荷中心間的輸電距離，等效于500千伏約250公里的輸電距離，環(huán)網(wǎng)長度是合理的。

從提高電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定看，需要逐步加強受端電網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)聯(lián)系及電壓支撐，為輸電系統(tǒng)通過足夠的短路容量，從而提高系統(tǒng)對外部電力的接納和消納能力，提高電網(wǎng)的安全性和電力供應的靈活性。通過特高壓電網(wǎng)聯(lián)結(jié)形成的受端“團狀”結(jié)構(gòu)，組成堅固的特高壓網(wǎng)架，可以避免遠距離輸電中長鏈式結(jié)構(gòu)電網(wǎng)穩(wěn)定性較差的問題，保證系統(tǒng)具有較高的安全穩(wěn)定水平。

因此，隨著送電距離和送電規(guī)模的不斷加大，為了保證電網(wǎng)的安全可靠運行，特高壓輸電線路會逐步在華北～華中～華東地區(qū)聯(lián)結(jié)成網(wǎng)，形成堅固的“三華”特高壓同步電網(wǎng)。

2.2 地理位置的制約和歷史原因要求西北東北異步聯(lián)網(wǎng)

東北電網(wǎng)呈鏈式分布，目前已于華北電網(wǎng)實現(xiàn)異步聯(lián)網(wǎng)，未來在引入特高壓技術(shù)的基礎(chǔ)上，將仍然保持與華北電網(wǎng)的異步聯(lián)系，從電網(wǎng)規(guī)模和受端電網(wǎng)結(jié)構(gòu)考慮，避免形成長鏈式電網(wǎng)結(jié)構(gòu)，不納入同步電網(wǎng)。

西北電網(wǎng)由于歷史原因，電壓等級選擇為750/330千伏，將繼續(xù)通過直流實現(xiàn)與華北~華中~華東電網(wǎng)的異步聯(lián)網(wǎng)。

這樣，隨著特高壓電網(wǎng)的建設(shè)，中國未來將形成華北~華中~華東、東北、西北、南方四個主要同步電網(wǎng)格局，見圖1。其中華北~華中~華東同步電網(wǎng)裝機規(guī)模將達到9億千瓦左右，覆蓋范圍230萬平方公里。目前最大的歐洲同步電網(wǎng)，骨干網(wǎng)架電壓等級為400千伏，裝機規(guī)模約6億千瓦，覆蓋范圍450萬平方公里。以1000千伏的電壓等級支持三華同步電網(wǎng)的規(guī)模也是合理的。

2.3 能源基地的分散分布促使特高壓交直流共同發(fā)展

從送電方向來看，隨著中國能源開發(fā)的西移和北移，未來中國大型電源主要集中在北部煤電基地和西南水電基地，而最大的受端市場在負荷密集的華東地區(qū)，將電力從電源送至受端地區(qū)，必然跨越華中、華北地區(qū)，送至華東負荷中心。同時，為滿足華中、華北地區(qū)的負荷需求，在華中、華北負荷中心建設(shè)特高壓變電站，實現(xiàn)大型水、火電基地電力的接力送出。

特高壓交流電網(wǎng)基本能夠覆蓋距離負荷中心相對較近的能源基地，然而對于距離較遠的其它能源基地，尤其是較遠的西南水電、新疆火電和跨國送電等，通過交流特高壓電網(wǎng)送出難度較大，從經(jīng)濟和環(huán)境等角度考慮，需要采用特高壓直流送電。

從功能上，特高壓交流具備交流電網(wǎng)的基本特征，除用于遠距離、大容量輸電外，當發(fā)展到一定階段，可以構(gòu)筑受端環(huán)網(wǎng)，形成骨干網(wǎng)架，用于疏散和消納遠方電力。特高壓直流主要用于超遠距離、大容量輸電，不能成網(wǎng)，是點對點電力輸送，也是交流輸電的配合補充。

3、中國同步電網(wǎng)構(gòu)建的安全性及經(jīng)濟性分析

目前，中國已基本形成全國聯(lián)網(wǎng)格局，其中東北—華北通過直流背靠背實現(xiàn)異步聯(lián)網(wǎng)，華北—華中通過1000千伏實現(xiàn)交流聯(lián)網(wǎng)，華中—華東、華中—南方分別通過三回、一回500千伏直流實現(xiàn)異步聯(lián)網(wǎng)，華中—西北電網(wǎng)通過直流背靠背實現(xiàn)異步聯(lián)網(wǎng)。全國形成華北—華中、華東、東北、西北、南方五個主要同步電網(wǎng)。

3.1 同步電網(wǎng)構(gòu)建及安全穩(wěn)定性分析

特高壓試驗示范工程投產(chǎn)后，實現(xiàn)以華北、華中為核心的特高壓交流聯(lián)網(wǎng)。作為中國經(jīng)濟最為發(fā)達地區(qū)的華東電網(wǎng)，發(fā)電資源匱乏，華東地區(qū)煤炭保有儲量占全國的5.9%，天然氣探明保有儲量占全國的6.96%，水力資源占3%，預計2020年華東電網(wǎng)的用電量將達到1.8億千瓦時左右，約占全國電量的四分之一，負荷水平將超過3億千瓦，是2008年的2倍以上。如此大的電力需求空間，足以支撐特高壓電網(wǎng)的發(fā)展，也將其納入特高壓同步電網(wǎng)范疇也是合理的選擇。一方面，華東地區(qū)經(jīng)濟發(fā)達，輸電走廊資源極為緊張，通過特高壓電網(wǎng)可以提高單位輸電走廊的利用效率，節(jié)約寶貴的土地資源，并為沿海大核電基地的大容量傳輸創(chuàng)造條件。第二，華東電網(wǎng)與相鄰的華北、華中電網(wǎng)實現(xiàn)同步互聯(lián)，擴大的受端電網(wǎng)的規(guī)模和容量，有利于特高壓電網(wǎng)的安全穩(wěn)定，為接受大規(guī)模外來電力創(chuàng)造條件。第三，與單純采用直流輸電技術(shù)相比，華東直流密集落點可能帶來一些技術(shù)問題，比如接地極選擇困難、受端嚴重故障帶來連續(xù)換相失敗、直流多落點相互影響等問題，需要統(tǒng)籌考慮交直流電網(wǎng)的規(guī)劃配合，堅強交流電網(wǎng)建設(shè)，進一步提高交直流電網(wǎng)運行的安全可靠性。第四，特高壓電網(wǎng)的引入，通過網(wǎng)絡(luò)聯(lián)系、而非分散電源接入為華東電網(wǎng)提供了電力供應，為優(yōu)化下一級電網(wǎng)結(jié)構(gòu)、解決短路水平超標問題創(chuàng)造了條件。

建立合理的電網(wǎng)結(jié)構(gòu)是電網(wǎng)安全穩(wěn)定的基礎(chǔ)，同時在同步電網(wǎng)構(gòu)建論證過程中，對規(guī)劃設(shè)想方案進行了詳細的潮流、暫態(tài)穩(wěn)定、小干擾穩(wěn)定、短路電流、交直流相互影響及協(xié)調(diào)控制等方面的計算分析。計算分析表明，規(guī)劃同步電網(wǎng)結(jié)構(gòu)堅強，潮流分布均勻，流向合理，安全穩(wěn)定水平高，抵御嚴重故障能力強，滿足安全穩(wěn)定導則的要求。

3.2 同步電網(wǎng)經(jīng)濟性分析

特高壓輸電也是能源輸送體系的一部分。因此特高壓電網(wǎng)的經(jīng)濟性體現(xiàn)在兩個方面，一是輸煤輸電的經(jīng)濟性比較，一是特高壓輸電技術(shù)的經(jīng)濟性，包括不同電壓等級、交直流經(jīng)濟性的比較。

發(fā)展特高壓輸電，是關(guān)系到國家能源布局、環(huán)境保護和區(qū)域經(jīng)濟協(xié)調(diào)發(fā)展的重要戰(zhàn)略問題，也符合中國能源政策。中國能源資源與需求在地域上逆向分布的基本國情，決定了中國能源遠距離、大規(guī)模傳輸?shù)谋厝恍?。目前中國就地平衡的電力布局，受制于鐵路運行的限制，頻頻導致煤電油運緊張。研究表明，采用特高壓輸電至華中、華東地區(qū)，與當?shù)亟ㄔO(shè)火電機組相比，特高壓輸電的到網(wǎng)電價明顯低于中東部經(jīng)濟發(fā)達地區(qū)同期煤電機組的平均上網(wǎng)電價，將與中東部地區(qū)燃煤機組形成競爭態(tài)勢，有利于降低電力供應總成本。從環(huán)境保護、區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展、能源損耗等綜合效益分析，需要堅持輸美輸電并舉，加快發(fā)展輸電。

特高壓輸電技術(shù)的經(jīng)濟性有一個逐步實現(xiàn)的過程，并且電網(wǎng)輸電方式的選擇涉及經(jīng)濟技術(shù)的全方位比較，比如500千伏大規(guī)模輸電的走廊占用問題、多直流的落點選擇問題，需要綜合論證。隨著特高壓輸電設(shè)備的推廣應用，研發(fā)費用下降，設(shè)備造價將逐步降低。當特高壓輸電達到一定規(guī)模后，尤其是接近或達到其自然功率，經(jīng)濟性將十分明顯。同時，特高壓輸電的經(jīng)濟性問題，需要與技術(shù)創(chuàng)新相結(jié)合，盡早完成可控并聯(lián)電抗器、串聯(lián)補償裝置、大容量開關(guān)等技術(shù)裝備的研發(fā)工作，及時投入商業(yè)應用，促使特高壓交流輸電通道的輸電能力逐步向經(jīng)濟功率靠攏。從而進一步提高特高壓電網(wǎng)的經(jīng)濟性。

4、中國特高壓電網(wǎng)初期發(fā)展路徑

“十二五”初期，是中國特高壓電網(wǎng)的發(fā)展初期，也是構(gòu)建三華同步電網(wǎng)的關(guān)鍵時期?？偨Y(jié)中國500千伏電網(wǎng)發(fā)展歷程，借鑒國外電網(wǎng)發(fā)展的一般規(guī)律，對特高壓發(fā)展的軌跡提供方向。

首先，建設(shè)淮南至上海特高壓輸電工程，滿足淮南煤電基地送出需要。在試驗示范工程的基礎(chǔ)上，進一步向北部煤電基地延伸，加強華北-華中聯(lián)網(wǎng)，提高電力輸送能力。~晉東南和陜北地區(qū)是中國的重要煤電基地，在目前特高壓試驗示范工程的基礎(chǔ)上，將特高壓輸電向北延伸至陜北地區(qū)，加大電源匯集能力，建設(shè)陜北至晉東南雙回線路，及晉東南至南陽至荊門雙回，將大大提高華北至華中電網(wǎng)送電能力，解決單回試驗示范工程送電能力不足的問題。建設(shè)至長沙、武漢工程，進一步向負荷中心延伸，保障電力的合理消納，提高華北~華中水火互濟能力。

其次，結(jié)合蒙西、錫盟煤電基地開發(fā)，匯集北部電力，構(gòu)建華北至華東特高壓輸電通道，形成三華同步電網(wǎng)。錫林郭勒盟煤炭資源豐富，保有資源儲量為484億噸，開發(fā)潛力巨大。煤田煤質(zhì)以褐煤為主，發(fā)熱量大多在3500千卡/千克，不適于遠距離煤炭輸送，宜于就地發(fā)電。蒙西地區(qū)是中國煤炭供應的主要地區(qū)，具備集約開發(fā)大型煤電基地的條件，規(guī)劃裝機容量超過4000萬千瓦。建設(shè)錫盟、蒙西煤電基地輸電工程，同時為保證電力合理輸送和消納，滿足華北、華東地區(qū)負荷需求，新建煤電基地外送通道，形成華北電網(wǎng)與華東聯(lián)網(wǎng)，為北部火電的大規(guī)模受入創(chuàng)造了條件。徐州作為華東地區(qū)的重要煤電基地，火電機組就近送入華東重負荷地區(qū)，補充北方電力輸入，并提供必要的電壓支撐。

然后，匯集西南清潔能源，構(gòu)筑華中至華東輸電通道，形成華北-華中-華東環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)。

“十二五”初期，川渝水電基地盈余電力需要經(jīng)特高壓交流電網(wǎng)，容量約350萬千瓦，考慮川渝本地用電需求的快速增長，建設(shè)特高壓交流橫向通道，在滿足華中地區(qū)用電需求基礎(chǔ)上，進一步向華東負荷中心送電。結(jié)合煤電、水電基地外送，考慮受端市場因素及外送距離，建成向家壩～上海、錦屏～蘇南、寧東～紹興特高壓直流工程，形成特高壓交直流并列運行的格局。國際合作蒙古電力通過±660千伏直流送入華北電網(wǎng)。

這樣，到2012年，中國特高壓電網(wǎng)將形成“兩縱兩橫，東部環(huán)網(wǎng)”的“三華”特高壓同步電網(wǎng)。“兩縱”即陜北煤電基地經(jīng)山西、河南、湖北至湖南通道，錫盟經(jīng)北京、天津、山東、江蘇至上海的通道;“兩橫”即蒙西基地經(jīng)山西、河北至山東，以及川渝水電經(jīng)重慶、湖北、安徽至江蘇通道，同時構(gòu)建地區(qū)小環(huán)網(wǎng)，共同形成連接大煤電、大水電基地和中東部負荷中心的電網(wǎng)結(jié)構(gòu)。

在電網(wǎng)形成初期，高一級電網(wǎng)骨干網(wǎng)架尚未形成，線路的輸電能力受到一定的限制。為提高高一級電網(wǎng)輸電能力，盡快發(fā)揮特高壓網(wǎng)架的遠距離、大容量、低損耗的輸電優(yōu)勢，有必要關(guān)注相關(guān)技術(shù)問題，特別是提高線路的輸電能力，包括：一是加快發(fā)電機直接升壓1000千伏主變的研發(fā)，或者機組通過兩級升壓接入1000千伏電網(wǎng)，提高特高壓線路的輸電能力，初步計算表明，提高送端電源接入電壓等級，可提高遠距離輸電線路20%的輸送能力;二是結(jié)合負荷需求，盡快形成受端電網(wǎng)，從網(wǎng)架結(jié)構(gòu)上提高電網(wǎng)的輸送能力;三是研發(fā)特高壓串補置，減少輸電線路阻抗，提高輸電能力。

5 、結(jié)語

未來中國電力需求快速增長，電網(wǎng)建設(shè)規(guī)模迅速壯大，采用特高壓輸電技術(shù)具有較高的經(jīng)濟性與安全性。特高壓交流輸電規(guī)模主要取決于跨區(qū)電力流的規(guī)模，隨著中國電力輸送需求的不斷增加，大型煤、水電基地的跨區(qū)域輸電規(guī)模足以支撐特高壓電網(wǎng)的輸電發(fā)展，確保電網(wǎng)與電源協(xié)調(diào)發(fā)展。同時考慮電網(wǎng)運行的安全穩(wěn)定性，中國最終將形成以“三華”特高壓同步電網(wǎng)為核心的交、直流共同發(fā)展的特高壓骨干網(wǎng)架。