國外電力系統(tǒng)大電網(wǎng)發(fā)展趨勢分析

國外電力系統(tǒng)大電網(wǎng)發(fā)展趨勢分析1國外常規(guī)電網(wǎng)發(fā)展情況分析由于電力交易需求的發(fā)展和不同電源互補調(diào)劑的需要，國外常規(guī)電網(wǎng)同步網(wǎng)的規(guī)模有增大的趨勢。（1）北美電網(wǎng)互聯(lián)情況北美電力系統(tǒng)包括了美國東部、西部和得克薩斯以及加拿大魁北克4個互聯(lián)系統(tǒng)。美國東部、西部和得克薩斯3大系統(tǒng)之間只有非同步聯(lián)系。東部電力系統(tǒng)和西部電力系統(tǒng)分別與加拿大的幾個地區(qū)電力系統(tǒng)并網(wǎng)運行，西部的加利福利亞電網(wǎng)和南部得克薩斯電網(wǎng)與墨西哥電網(wǎng)連接。加拿大、美國、墨西哥三國主要因能源構(gòu)成不同和電力交易需求的發(fā)展促進了電網(wǎng)互聯(lián)。新英格蘭的大部分是燃油發(fā)電機及核電，電價比較高，因此從加拿大的新不倫瑞克和魁北克引入水電?？笨撕桶泊舐缘乃姽┙o紐約和新澤西地區(qū)。在1989－1990年加拿大干旱時期，紐約向魁北克送電。美國西北部從加拿大不列顛哥倫比亞進口水電，輸送到整個西部，主要是加利福尼亞地區(qū)。加州還從墨西哥進口地?zé)犭娏?，按照固定的協(xié)議送電。西南部地區(qū)基本自給自足，只與墨西哥有少量交換。國際互聯(lián)一般作為后備。加拿大和美國各地區(qū)之間已建有許多聯(lián)絡(luò)線。1998年統(tǒng)計，在美國－加拿大之間有79條輸電線，美國－墨西哥之間有27條輸電線，大部分為交流輸電線路。最大的輸電項目是丘吉爾瀑布電站從拉布拉多至魁北克及美國新英格蘭，通過長期合同輸送丘吉爾瀑布發(fā)出的電力。美國西部電網(wǎng)的南部加利福尼亞州與墨西哥之間也有三條230kV線路和一條69kV聯(lián)絡(luò)線路，德克薩斯和墨西哥之間有幾條138kV線路和一些其他線路。（2）巴西電網(wǎng)互聯(lián)情況巴西水電資源和電力負荷中心分布不均衡，因此采取加強電網(wǎng)互聯(lián)的措施，以實現(xiàn)能源的傳輸和利用。巴西電網(wǎng)結(jié)構(gòu)按區(qū)域可分為南部電網(wǎng)、東南及中西部電網(wǎng)，北部和東北部電網(wǎng)，通過互聯(lián)形成全國同步電網(wǎng)。其中南部地區(qū)－東南部地區(qū)電網(wǎng)通過750kV伊泰普交流干線實現(xiàn)同步互聯(lián)。北部－東北部地區(qū)電網(wǎng)由單回500KV的交流線路的互聯(lián)。北部－南部通過單回500KV交流線路互聯(lián)，實現(xiàn)跨流域補償。在巴西南部－北部互聯(lián)網(wǎng)的系統(tǒng)模擬中驗證，南部－北部電網(wǎng)互聯(lián)后兩個子系統(tǒng)之間存在0.17Hz的超低頻振蕩，因此設(shè)計了兩組由可控硅控制的串聯(lián)補償裝置，用于抑制這一振蕩?？煽毓杩刂频拇?lián)補償裝置安裝在500kV聯(lián)絡(luò)線的兩端。（3）印度電網(wǎng)互聯(lián)情況目前，印度電力部門正在計劃發(fā)展國家輸電系統(tǒng)，為進一步開發(fā)大容量發(fā)電廠而建設(shè)大容量的輸電線路，同時使大區(qū)之間可以自由地交換電力。已有若干大電廠處在計劃階段，同時計劃建設(shè)大容量的輸電走廊，使這些電廠的電力可向一個以上的大區(qū)供電。在東部地區(qū)有可用的煤，計劃在東部地區(qū)開發(fā)一個大容量的火電廠，用高壓直流線路把這個發(fā)電廠的電力向南部地區(qū)輸送。有了國家電網(wǎng)，各大區(qū)之間可以自由交換電力，不會出現(xiàn)一個大區(qū)電力過剩而同時有另一個大區(qū)缺電的情況。形成強大的國家互聯(lián)網(wǎng)以后，可取得負荷錯峰效益和水、火電調(diào)劑效益，可減少裝機容量。估計在第11個計劃末期（2001-2012年），通過建設(shè)強有力的國家互聯(lián)網(wǎng)，可減少約800萬千瓦的裝機容量。印度計劃于2012年完成國家電網(wǎng)互聯(lián)。目前計劃已經(jīng)做好，正在進行進一步的研究，以便最終確定長期的輸電計劃，為了完成國家的互聯(lián)網(wǎng)，交流400kV、765kV和800kV直流輸電線路均有可能被采用。（4）俄羅斯電網(wǎng)互聯(lián)情況在俄羅斯《2000年版能源戰(zhàn)略》中，繼續(xù)發(fā)展統(tǒng)一的全國大電網(wǎng)是一項重要的內(nèi)容，并且特別強調(diào)加強區(qū)域間的聯(lián)絡(luò)線，主要課題如下：為了加強全國大電網(wǎng)的功能，將繼續(xù)建設(shè)俄羅斯境內(nèi)東部區(qū)域和歐洲區(qū)域之間的500kV和1150kV線路以加強大區(qū)之間電氣聯(lián)系的強度，2010年以后，還計劃建設(shè)東西向的直流輸電線路。這些電網(wǎng)建設(shè)項目主要用于將東部區(qū)域的煤電電力輸送到歐洲區(qū)域，同時實現(xiàn)減少由東向西的煤炭運輸份額。繼續(xù)加強中部電網(wǎng)和周邊區(qū)域電網(wǎng)之間的電氣聯(lián)系，以充分利用部分區(qū)域的剩余電力。繼續(xù)加強西北區(qū)域和中部區(qū)域之間的輸電通道的輸電能力。完成西伯利亞等東部各區(qū)域電網(wǎng)之間的同步聯(lián)網(wǎng)，實現(xiàn)全俄7大區(qū)電網(wǎng)同步運行。為了實現(xiàn)上述目標(biāo)，2020年以前，俄羅斯估計需要新建330kV以上的輸電線路25000～35000千米。前蘇聯(lián)1990年有11個大區(qū)電網(wǎng)，原來的發(fā)展趨勢是形成全國的同步大電網(wǎng)。蘇聯(lián)解體以后，烏克蘭、哈薩克斯坦、白俄羅斯、波羅的海三國等國家電網(wǎng)也相繼分離出去，各地區(qū)電網(wǎng)分別由各個獨立的共和國管理。俄羅斯境內(nèi)有70個地區(qū)電網(wǎng)，其中的65個仍互相連接，形成一個大同步電網(wǎng)，由俄羅斯統(tǒng)一電力系統(tǒng)股份公司（EES）管理。最近，俄羅斯境內(nèi)的地區(qū)電網(wǎng)增加到78個，其中的69個由220～1150kV（降壓運行）輸電線路連接在一起形成一個大同步網(wǎng)，500多個發(fā)電廠同步運行。2001年初，大同步網(wǎng)的發(fā)電容量為1.922億千瓦，占全國總發(fā)電容量的94％。2000年大同步網(wǎng)的最大發(fā)電負荷為1.287億千瓦。大同步網(wǎng)的調(diào)度由中央調(diào)度中心、下屬的7個大區(qū)調(diào)度所、地區(qū)調(diào)度所、發(fā)電站和供電監(jiān)理所等分層管理。2000年6月，俄羅斯大同步網(wǎng)和哈薩克斯坦電網(wǎng)恢復(fù)同步聯(lián)網(wǎng)運行，同年9月，中亞地區(qū)的吉爾吉斯坦、塔吉克斯坦、土庫曼斯坦等國家電網(wǎng)與哈薩克斯坦電網(wǎng)實現(xiàn)同步聯(lián)網(wǎng)，2001年8月烏克蘭和莫爾多瓦兩國同步聯(lián)網(wǎng)，隨后不久與俄羅斯大同步網(wǎng)同步聯(lián)網(wǎng)。至此，2001年秋季獨聯(lián)體的12個加盟國中除亞美尼亞以外，全部聯(lián)成同步網(wǎng)運行。1995年波蘭、匈牙利、捷克、斯洛伐克等東歐4國電網(wǎng)與俄羅斯大同步網(wǎng)解網(wǎng)運行，改為與西歐部分國家聯(lián)網(wǎng)形成歐洲電網(wǎng)（TESIS）。前蘇聯(lián)與東歐各國之間建了11回聯(lián)絡(luò)線（750kV3回，400kV4回，220kV4回）。俄羅斯方面希望以這些線路作為基礎(chǔ)，將來與歐洲其它國家聯(lián)網(wǎng)形成統(tǒng)一電力市場。如果東、西歐電網(wǎng)實現(xiàn)互聯(lián)，那么俄羅斯將成為參加國中最大的電力輸出國。而烏克蘭、白俄羅斯、莫爾多瓦、波羅的海三國等，可通過提取輸電費用獲得利益。有關(guān)各國的電力專家對東西歐的聯(lián)網(wǎng)方式進行過討論，認為近期有可能采用直流聯(lián)網(wǎng)。如果采用同步聯(lián)網(wǎng)方式，主要問題是西歐和俄羅斯電網(wǎng)的系統(tǒng)頻率等系統(tǒng)運行規(guī)程需要達成一致，需要解決的問題不少，遇到相互抵觸的部分，要求俄羅斯方面采用西歐的標(biāo)準(zhǔn)。（5）歐洲電網(wǎng)互聯(lián)情況歐洲正在積極加緊電網(wǎng)互聯(lián)，其發(fā)展目標(biāo)是通過電網(wǎng)互聯(lián)創(chuàng)建一個跨歐洲大陸的電力市場。歐洲國家對國際電網(wǎng)互聯(lián)持積極態(tài)度，認為更多的國際間電網(wǎng)互聯(lián)可促進電力市場發(fā)展和提高電網(wǎng)供電安全水平。跨國界輸電將使得供電緊張的國家有機會從鄰國的電網(wǎng)獲得支援。歐洲已有的互聯(lián)電網(wǎng)對保障電力供應(yīng)起到了積極的作用，例如2003年夏天高溫迫使法國一些核電站關(guān)閉、造成供電緊張時，法國就得到了西班牙的電力支援。西歐互聯(lián)：330kV及以上的聯(lián)絡(luò)線路在瑞士、德國之間有7條、在瑞士、法國之間有3條，在瑞士、意大利之間有2條，上述幾國與荷蘭、奧地利等國之間有21條。這一西歐聯(lián)合電網(wǎng)的裝機容量達4.2億千瓦，年發(fā)電量1660TWh。各國之間每年有大量電力交換。北歐與歐洲大陸電網(wǎng)互聯(lián)：北歐的電力聯(lián)營（挪威、瑞典和芬蘭）有60％是水電，而南歐水電發(fā)電量只占總發(fā)電量的15％，因此北歐與南歐的國家進行電力交換可實現(xiàn)水火電共濟。因為需要聯(lián)網(wǎng)需要跨越波羅的海，所以采用直流聯(lián)結(jié)，而且大膽設(shè)想的“波羅的環(huán)”工程提出了用換流站和聯(lián)絡(luò)線把波羅的海全部圍起來，它還包括一個很長的直流線段，但是現(xiàn)在只有很少幾個直流聯(lián)接項目已建成或已批準(zhǔn)。南歐與北非電網(wǎng)互聯(lián)：北非各國電網(wǎng)于1997年成功地聯(lián)入歐洲電網(wǎng)。從長遠看，歐洲電網(wǎng)還希望通過土耳其與東歐及中東埃及、約丹、伊拉克、敘利亞等國的電網(wǎng)互聯(lián)?？傊?，歐洲電網(wǎng)正在原有互聯(lián)電網(wǎng)的基礎(chǔ)上擴大電力系統(tǒng)互聯(lián)的規(guī)模。新的一輪互聯(lián)的主要動力是有關(guān)各國希望促成在大陸規(guī)模上的全面互聯(lián)，而任何經(jīng)濟上可行的電力交換在技術(shù)上都是可能的。歐洲互聯(lián)系統(tǒng)在巴爾干西部重新加上羅馬尼亞和保加利亞的聯(lián)結(jié)以后，將來有進一步與俄羅斯、烏克蘭、白俄羅斯和莫爾多瓦等國的互聯(lián)網(wǎng)連接的趨勢。這兩個非常大的系統(tǒng)的尖峰負荷分別達3.0億千瓦和1.5億千瓦。西歐與東南歐之間高壓輸電線最近實現(xiàn)了并網(wǎng)：2004年10月10日，在克羅地亞境內(nèi)完成的西歐和東南歐之間高壓輸電線并網(wǎng)，為斯洛文尼亞與東南歐之間開展電力能源貿(mào)易創(chuàng)造了機遇。這次并網(wǎng)是13年之后，東南歐與西歐之間電網(wǎng)重新聯(lián)結(jié)，有助于改善東南歐電力供應(yīng)的穩(wěn)定性，并形成了世界上最大的電力傳輸網(wǎng)，為擴大能源貿(mào)易并向亞洲地區(qū)拓展提供了機遇。2分布式電源對電網(wǎng)結(jié)構(gòu)影響分析分布式電源指非直接接入大輸電系統(tǒng)的電源，包括發(fā)電機和儲能設(shè)備的電能輸出，類型主要包括小型燃氣輪機、微燃機、內(nèi)燃機、燃料電池、太陽能光伏電池、風(fēng)能、生物質(zhì)能等發(fā)電設(shè)備。分布式電源的具有容量較小、出線電壓和接入網(wǎng)電壓低（35kV以下，典型電壓等級為380V））和電能就近消耗（一般直接接在用戶端）等特點。分布式一詞是相對于大電廠和大電網(wǎng)的能源集中生產(chǎn)及運營方式而言的。它把二次能源供能點分散到很多企業(yè)、社區(qū)、大廈、醫(yī)院、學(xué)校、寫字樓甚至個別家庭住宅中去。目前應(yīng)用較多的為熱電冷三聯(lián)供，它主要是利用小型燃氣輪機或燃氣內(nèi)燃機燃燒天然氣發(fā)電，對做功后的余熱進一步回收，用來制冷、供暖和生活用熱水。使用能源主要為天然氣，也有少量使用石油氣、沼氣和煤層氣等。主要有區(qū)域式和樓宇式兩種。分布式電源在美國、日本、英國發(fā)展較快，目前全球絕大多數(shù)的商用分布式發(fā)電設(shè)備均由美國提供。美國規(guī)劃在今后10-15年，分布式電源占美國發(fā)電量10%-20%。美國的天然氣資源豐富，而且分布較均衡，因此分布式電源發(fā)展空間較大。按以前的估計，分布式電源的供電方式將來有可能蠶食掉傳統(tǒng)大電網(wǎng)的部分發(fā)展空間，對電網(wǎng)結(jié)構(gòu)有較大的影響。但近年來由于能源價格飆升，使得蘊藏量更為豐富而價格相對較為低廉的煤炭在美國重新受到重視。美國煤炭資源豐富，已探明的煤炭儲量已達3040億噸。目前美國煤電比例占５０％外，核能發(fā)電比例為２０％，天然氣發(fā)電比例為10％，其他燃氣發(fā)電比例為８％，水力發(fā)電的比例為７％，石油發(fā)電所占比例為２.５％，其余為可再生能源發(fā)電。由于天然氣價格上漲，一些發(fā)電企業(yè)打算增加煤炭發(fā)電的比例。2004年，美國的煤炭產(chǎn)量創(chuàng)歷史新高，達到12億噸，比2003年的產(chǎn)量高出3.7%。美國最大的煤炭生產(chǎn)商Peabody能源公司預(yù)計2005年美國煤炭需求量將達到歷史新高，并計劃到2010年年底前將該公司的年產(chǎn)量提高一倍至4億噸。美國能源部預(yù)計到2020年美國需要新增電力4億千瓦，相當(dāng)于400座大型電廠。有些電廠需要建在中西部，但有一點很明確，核電和煤電必須置身其中。從上述情況看，今后15年，分布式電源發(fā)電量占美國發(fā)電量的比例估計只能接近原規(guī)劃數(shù)值的下限，即：10%。因此，估計美國分布式電源供電方式將不會對美國大電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)產(chǎn)生大的影響。3美國國家電網(wǎng)設(shè)想方案2001年5月白宮報告“國家能源政策”在調(diào)研了美國能源基礎(chǔ)設(shè)施后提出了建議，其中之一是“能源部應(yīng)就輸電可靠性和超導(dǎo)項目開展研究和開發(fā)工作?！焙汀罢{(diào)研建立國家電網(wǎng)益處，找出輸電的瓶頸以及消除輸電瓶頸的措施?！?002年5月美國能源部對美國輸電系統(tǒng)的主要瓶頸進行詳細的評估，發(fā)布了“國家輸電網(wǎng)研究”報告。該報告明確指出，如果在下一個十年，全國輸電系統(tǒng)沒有明顯的改進和升級，其可靠性落后于經(jīng)濟的要求并會使用戶蒙受巨大的損失。報告提出了51項建議以消除輸電瓶頸及實現(xiàn)電力基礎(chǔ)設(shè)施的現(xiàn)代化。2003年7月美國能源部召開有200多人參加的“電力輸送技術(shù)路線圖研討會”，進一步研討美國國家電網(wǎng)“Grid2030計劃”的研究、開發(fā)、示范工程（RD&D）的具體化工作。美國國家電網(wǎng)“Grid2030計劃”還是一個很初步的設(shè)想。在美國業(yè)界內(nèi)部，也有不同的看法。美國國家電網(wǎng)方案設(shè)想的國家電網(wǎng)由國家電力主干電網(wǎng)、區(qū)域互聯(lián)電網(wǎng)、及地方電網(wǎng)組成。其中，國家電力主干電網(wǎng)設(shè)想由超導(dǎo)輸能管道網(wǎng)絡(luò)組成。超導(dǎo)輸能管道含超導(dǎo)直流輸電線路和液態(tài)氫輸送管道。美國國家主干網(wǎng)主要功能：?可以在全國范圍內(nèi)平衡供需，擴大了分配電力的范