中國儲(chǔ)能網(wǎng)訊：
1 問題的提出
第1個(gè)問題是，現(xiàn)有電網(wǎng)發(fā)展模式能否滿足未來負(fù)荷增長需求？一方面，到2060年全社會(huì)用電量將翻番，通過擴(kuò)大電網(wǎng)規(guī)模來滿足負(fù)荷供應(yīng)需求，但電網(wǎng)的負(fù)荷承載能力存在飽和效應(yīng)；另一方面，考慮到2060年一共有50億左右新能源，西部、北部新能源占比約 60%，除本地消納外，假設(shè)一半以上新能源需要外送，采用特高壓直流輸送，按每回（電壓等級(jí)±1000kV，器件通流能力5kA）1000萬千瓦推算，需要建設(shè)將近100回特高壓直流輸電線路，通過線性擴(kuò)展的方式難以為繼。
第2個(gè)問題是，現(xiàn)有電網(wǎng)技術(shù)條件能否適應(yīng)源荷特性根本變化？傳統(tǒng)電力系統(tǒng)電源是同步發(fā)電機(jī)為主，與交流電網(wǎng)直接耦合，交流系統(tǒng)已具備充分的適應(yīng)性。新型電力系統(tǒng)由于新能源的接入，存在大量的電力電子電源和負(fù)荷，需要通過AC/DC換流器進(jìn)行能量和頻率的調(diào)制變換，多重變換將帶來高能量損耗、控制復(fù)雜度增加以及與交流系統(tǒng)耦合產(chǎn)生的新型穩(wěn)定問題。
未來源、荷特性發(fā)生根本變化的趨勢(shì)下，針對(duì)如何有效解決上述兩個(gè)問題，需要探討合理的電網(wǎng)形態(tài)發(fā)展模式和演變路徑，以適應(yīng)能源轉(zhuǎn)型需求。
2 我國電網(wǎng)發(fā)展模式及演變路徑探究
我國在電源與負(fù)荷逆向分布的形勢(shì)下，電網(wǎng)網(wǎng)架已經(jīng)形成西電東送的基本態(tài)勢(shì)，東西部之間通過多條遠(yuǎn)距離直流通道互聯(lián)送電，區(qū)域電網(wǎng)通過交流或者背靠背直流互聯(lián)。本文以電網(wǎng)形態(tài)發(fā)展概念設(shè)計(jì)的角度，從西部電網(wǎng)和海上電網(wǎng)兩種典型場景探究我國未來電網(wǎng)發(fā)展模式及演變路徑。
（1） 西部靈活組網(wǎng)實(shí)現(xiàn)廣域多能互補(bǔ)
我國西部地區(qū)清潔能源豐富，其中，西北地區(qū)的風(fēng)光等新能源資源優(yōu)質(zhì)且充足，西南地區(qū)水電資源優(yōu)勢(shì)突出；且西部地區(qū)本地負(fù)荷少，多以多回直流外送通道進(jìn)行遠(yuǎn)距離能量傳輸，與華中、華東等多個(gè)受端電網(wǎng)互聯(lián)，已經(jīng)基本構(gòu)成階段1西電東送和電網(wǎng)互聯(lián)的格局，如圖1（a）所示。
隨著新能源開發(fā)規(guī)模的逐步增大，將新增外送直流通道到負(fù)荷中心，針對(duì)大規(guī)模新能源接入電網(wǎng)帶來的電力電量平衡和電力電子化穩(wěn)定問題，一方面可通過補(bǔ)強(qiáng)局部電網(wǎng)、改善新能源發(fā)電支撐特性進(jìn)行區(qū)域電網(wǎng)的優(yōu)化，另一方面通過構(gòu)建直流網(wǎng)絡(luò)嵌入交流電網(wǎng)進(jìn)行川渝、西藏水電以及西北新能源發(fā)電互補(bǔ)，也可實(shí)現(xiàn)調(diào)頻調(diào)峰資源互濟(jì)，并提升西電東送直流通道利用率，緩解未來通道容量不足問題（圖1（b）所示階段2）。
當(dāng)新能源接入規(guī)模進(jìn)一步增大，西部新能源和靈活負(fù)荷增量可直接接入直流系統(tǒng)，向送端交直流分網(wǎng)過渡（圖1（c）所示階段3），實(shí)現(xiàn)源荷增量在直流網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部進(jìn)行調(diào)控、消納及送出，改善未來送端交流電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行問題，緩解送端電網(wǎng)壓力。
在進(jìn)一步遠(yuǎn)期發(fā)展過程中，依托直流系統(tǒng)和裝備技術(shù)發(fā)展，通過新型直流匯集樞紐（DC-Hub）、直流主干道互聯(lián)和多點(diǎn)分散饋入等形式，構(gòu)建直流輸-配網(wǎng)協(xié)同支撐西部源荷發(fā)展，以交流系統(tǒng)為基石，直流系統(tǒng)靈活調(diào)度，送端交直流規(guī)?；志W(wǎng)實(shí)現(xiàn)新能源本地消納和外送（圖1（d）所示階段4）。為減輕電網(wǎng)輸送新能源的壓力，可通過制氫的方式，形成陸上電氫耦合系統(tǒng)，輔助消納新能源。
圖1 我國西部電網(wǎng)形態(tài)發(fā)展示意圖
（2） 海上區(qū)域電網(wǎng)支撐中遠(yuǎn)海風(fēng)電開發(fā)
我國海上風(fēng)能資源非常豐富，目前的開發(fā)量遠(yuǎn)沒有達(dá)到可開發(fā)潛力，未來可挖掘的空間很大。由于海風(fēng)資源靠近負(fù)荷中心，利用小時(shí)數(shù)高，就近消納方便，并網(wǎng)系統(tǒng)成本低，適宜大規(guī)模開發(fā)。以華東區(qū)域海上電網(wǎng)可能的發(fā)展路徑為例進(jìn)行分析，當(dāng)前我國東部沿海區(qū)域正逐步由近海向遠(yuǎn)海開發(fā)海上風(fēng)電，正在發(fā)展海上風(fēng)電經(jīng)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)直流送出系統(tǒng)的構(gòu)建；近中期華東區(qū)域海上風(fēng)電發(fā)展將增加內(nèi)部電量供給，華東電網(wǎng)電源結(jié)構(gòu)中有占比較大的同步機(jī)進(jìn)行支撐，近期可滿足一定規(guī)模的海上風(fēng)電“點(diǎn)對(duì)點(diǎn)”接入需求，如圖2（a）所示。若進(jìn)一步發(fā)展到階段2，開展局部海上風(fēng)電場群互聯(lián)示范和推廣探索，實(shí)現(xiàn)海上風(fēng)電經(jīng)直流組網(wǎng)送出，通過“網(wǎng)對(duì)點(diǎn)”提升海上風(fēng)力發(fā)電可靠性，同時(shí)形成沿海省份電網(wǎng)通過海上進(jìn)行南北互聯(lián)，可對(duì)潮流分散優(yōu)化配置，達(dá)到多落點(diǎn)受電、降低單點(diǎn)壓力、改善電網(wǎng)運(yùn)行問題的效果（圖2（b）所示階段2）；隨著海上風(fēng)電裝機(jī)容量和直流組網(wǎng)規(guī)模的增加，受海上風(fēng)電電力流的影響，陸上電網(wǎng)可通過構(gòu)建東部-中部直流互聯(lián)通道，加強(qiáng)區(qū)域電網(wǎng)之間的資源靈活調(diào)配和互濟(jì)能力。再進(jìn)一步過渡到階段2和階段3的混合或純粹的階段3，構(gòu)建連通海上、東部、中部的直流電網(wǎng)架構(gòu)，減少大規(guī)模海上風(fēng)電接入對(duì)陸上交流電網(wǎng)的沖擊，實(shí)現(xiàn)海上風(fēng)電通過“網(wǎng)對(duì)網(wǎng)”向中東部以及沿海省份南北部之間靈活疏散和調(diào)配（圖2（c）所示階段3）。
東北、華北、南方區(qū)域的海上電網(wǎng)也可能以上述類似的發(fā)展路徑進(jìn)行演進(jìn)，我國海上電網(wǎng)在遠(yuǎn)期發(fā)展到階段4實(shí)現(xiàn)海上多個(gè)局部直流電網(wǎng)分別與東北、華北、華東、南方區(qū)域電網(wǎng)互聯(lián)；海上風(fēng)電通過“多網(wǎng)對(duì)多網(wǎng)”多點(diǎn)疏散，實(shí)現(xiàn)海上風(fēng)電大規(guī)模高效利用（圖2（d）所示階段4）。為減輕海上電網(wǎng)輸送海上風(fēng)電的壓力，可通過制氫的方式，形成海上電氫耦合系統(tǒng)，輔助消納海上風(fēng)電。
圖2 我國海上電網(wǎng)形態(tài)發(fā)展示意圖
3 結(jié)論
“雙碳”目標(biāo)下我國電力格局將發(fā)生深刻變化，僅通過現(xiàn)有網(wǎng)架的線性擴(kuò)張難以。繼，電網(wǎng)形態(tài)轉(zhuǎn)型變革需以交流和直流本征適應(yīng)性為出發(fā)點(diǎn)，在充分利用現(xiàn)有通道資產(chǎn)的基礎(chǔ)上超前謀劃，做好頂層設(shè)計(jì)?！敖涣鞣謪^(qū)、直流成網(wǎng)、交直流分網(wǎng)”3種模式互補(bǔ)演進(jìn)是未來電網(wǎng)形態(tài)一種可能路徑。
建議加強(qiáng)新型電網(wǎng)形態(tài)構(gòu)建，實(shí)現(xiàn)電能可靠供給與靈活互濟(jì)；隨著西部大型清潔能源基地和東部大規(guī)模海上風(fēng)電的開發(fā)，局部形成西部送端、東部海上區(qū)域直流電網(wǎng)，沿途構(gòu)建“東西貫通、南北互濟(jì)”的直流主干網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)多能廣域匯集和多點(diǎn)疏散，逐步過渡到“交流分區(qū)、直流成網(wǎng)、交直流分網(wǎng)”新型電網(wǎng)形態(tài)，承載新型能源體系建設(shè)。同時(shí)加強(qiáng)先進(jìn)輸電技術(shù)與裝備、油氣氫電多能流轉(zhuǎn)換和柔性傳輸?shù)汝P(guān)鍵技術(shù)研究，大幅提升系統(tǒng)柔性傳輸和資源靈活調(diào)配能力，實(shí)現(xiàn)大規(guī)模新能源安全可靠消納，保障能源傳輸安全。
