把握电网现代化真谛，重新构想电网

2018IEEEPES年会提出的“重新构想电网”的核心目标，就是以创建一个能够为未来提供动力的安全且有弹性的优化分布式能源系统基础设施。年会发表的2000余篇论文，没有一篇建议对现存电网按照提升主网架电压等级的传统技术路线进行重构的论文。论文全部聚焦于电网走向分布式和扁平化的基本特征和宏观格局的探讨。

本文是针对2018IEEEPES年会国内外专家们的远见卓识给予的启示，结合2018年8月23日我在中国工程院《我国未来电网格局研究》项目专家研讨会上做的题为《以六大区域500kV电网为基础创新中国未来电网格局》的发言，对中国电网现代化的历程进行的反思。

1.对电网现代化的真谛有了更为深化和准确的把握。

2016IEEEPES年会确定“为电网现代化鋪路”为大会主题，2018IEEEPES年会提出“重新构想电网”为大会主题，这两个主题共同反映了电网现代化发展的方向和标志。

进入21世纪，一个电网是否先进，并不是看它的电压等级有多高，装机容量有多大，而是要看它是否更安全、更清洁、更低碳、更高效、更环保、更经济。我国在传统电网领域技术水平是领先的，但在现代电网（智能电网）领域整体的技术水平则是落后的，我国电网可再生能源比例远低于西方发达国家。国际能源署（IEA）在最新版的世界能源展望中提供的数据表明，2016年丹麦风电、光伏在发电总量的比例达到42%（光伏2%、风电40%）；德国风电、光伏发电比例达14.5%，美国的风电、光伏比例为7.6%，而同年中国的风电光伏在发电量中的比例仅为5%（光伏1%、风电4%）。电网的输电效率也不高，中国500千伏电网的利用率约为美国同样电压等级电网的40%。欧洲电网最高电压只有400千伏（低于我国普遍采用的500千伏电压20%），却成功避免了交流特高压的出现，而且可再生能源的比例还位居世界前列，不能不承认人家有高明之处和值得我们学习的地方，学习的关键是要有先进的理念和创新的思维。

不可把创造世界第一当做电网建设的必要理由，更不可将“世界上没有的，我们有了”作为世界领先的标志。任何一项新技术的成功与否，不在于其是多么的“高、大、上”，而在于该项技术应用后所产生的社会经济效益有多大。经济效益是检验任何一项新技术价值的唯一标准。交流特高压输电的经济性和输电效率同交流超高压、直流超(特)高压输电相比都是最差的。创世界第一是工程建设的结果，而不是工程建设的原因。追求世界第一是可以理解的，但不能为第一而第一，特别是在别人不屑参与竞争的工程领域，没必要把世界第一看得太重。

2018IEEEPES年会表明，当今世界各地的电力系统正在平衡从能源安全到环境和可持续发展等问题各种各样的挑战。与此同时，由于打破现状的三种趋势：新的、更经济有效的技术的出现、成熟并在电网中获广泛应用;可变可再生能源的可持续性和能源效率的提高，节约了成本，改善了环境;以及小型分布式发电和存储，正在大规模部署，促进能源格局迅速变化。这三种趋势和变化正是当今电网现代化的发展方向和重要标志。

能源转型必将导致传统电网的深刻变革，从目前已显示的发展趋势看，电网将一步步走向分布式和扁平化，而不是进一步走向高度集中和垂直化。分布式、扁平化是未来电网的基本特征和宏观格局，代表了现代电网的发展方向，有人主张建设全国大一统的交流特高压电网显然与这一发展方向背道而驰。

建设全国大一统的交流特高压电网，无疑是要坚持传统电网的基本格局和特征，将电网引向高度集中、统一的方向，代表了传统电网发展的技术路线；建设能源互联网，则是形成现代电网的基本格局和特征，不再以扩张现有电网（如扩大同步电网规模、提升主电网电压等级）为目标，而是将现有电网引向分布式、扁平化的方向，代表了现代电网发展的技术路线。显然，我国未来电网格局构建应当选择后一条技术路线。

2.要从客户的角度来展望未来的电网架构。

未来可持续的、分布式的电力基础设施的建立，必须以“自下而上”的模式，而不是“自上而下”的模式，从客户的角度来展望未来的电网架构。

从历史上看，传统的电网是从大型发电设施向消费者单向供电的网络结构。但随着世界正在从主要依靠大型集中发电、输电、配电技术的电力系统向集分布式、数字化、低碳技术于一体的电力系统转变的大趋势，包括可再生能源发电的快速增长以及更加强调提高电网效率和弹性，客户正在迫切需要“自下而上”的电力供应，实现用户可选择的、具有透明度和覆盖面的、就地的、可靠的、智能交互、高效、可持续、实惠的电力供应。具体而言，就是通过电网硬件和软件的现代化，以帮助减少峰值电力需求，增加可再生能源的使用，节省消费者的电费和减少总能耗，以及其他许多显著的好处。

未来的中国应该选择大一统的交流特高压超级电网“自上而下”的模式，还是智能电网“自下而上”的模式，是中国在实现电网现代化进程中必须抉择的重大战略。超级电网更加关注传统的输电技术，是传统思维下渐进的技术进步，而智能电网更加关注本地控制与减少外部依赖，是“颠覆性”改变。其发展代表的“赢家”与“输家”也存在本质的不同。无疑，超级电网中电力服务商将是赢家，其垄断了更大的资源和市场；而智能电网发展中，用户面临的选择变得更多元化，无疑是赢家。

当前中国电力市场化的改革，正是“赢家”与“输家”的博弈。

3.面对“重新构想电网”这个主题，有关中国电网犮展中的几个战略布署问题的思考。

按照电网现代化的新理念，我国未来电网的发展必须执行现代电网的技术路线，将电网引向分布式、扁平化的方向，形成现代电网的基本格局。从此点出发，对我国远距离输电、西电东送、中东部地区电力平衡和全国大电网格局等几项国家电力发展的重大战略问题应该进一步的反思，以适应中国未来大电网的科学发展。

（1）关于我国远距离输电、西电东送问题。

我国目前尚未开发的大型水电，主要集中在云南的怒江干流和西藏的雅鲁藏布江等河流上，这些水电的共同特点是开发和送出难度都很大，经济性差，缺乏市场竞争力，应当留给后人去研究和开发。待金沙江上的乌东德和白鹤滩电站建成后，我国水电的西电东送将基本告一段落。

煤电的长距离输送，既降低煤炭的利用率，增加电网安全风险，又削弱电网接受可再生能源的能力，不应当再继续发展。

今后的西电东送将主要送可再生能源。由于可再生能源分布式建设、就地消纳的开发方式越来越受到重视，从目前的技术水平和电网的实际情况看，未来较长时间内，西部可再生能源长距离东送的规模不会太大。

（2）关于中东部地区电力平衡问题。

我国能源资源与需求逆向分布问题，指的是传统能源资源，就可再生能源资源而言，这一矛盾已大大缓解。制约东部地区电力发展的主要因素，不再是资源，而是技术创新、体制机制、以及人的观念等问题。我国东部可再生能源资源状况优于欧洲德国，德国电网目前的可再生能源发电量占比已超过30%，再过17年，到2035年，我国东部地区本地可再生能源发电量，达到甚至超过德国今天的水平是完全可能的。

煤电今后有限的增量（包括相对增量），主要应当布局在华中东四省电网。这不仅是电力供需平衡的需要，也是促进可再生能源更快更好发展的一种战略布局。在能源转型过程中，华中地区的煤电无疑将是最后退出的一批。蒙华铁路的建设，为这种布局创造了条件。

（3）“重新构想电网”，中国当前最急迫的是要确定创新型中国未来电网格局。

2018IEEEPES年会提出的“重新构想电网”战略，对中国来说，有效地实现大电网与分布式电网的良性互动，实现分布式电力资源和集中发电资源的优化利用，是中国电网现代化进程中必须应对的新的挑战。

1）创新型中国未来电网格局的特征。

为应对未来电网面临的机遇和挑战，确立符合现代电网科学发展大趨势的中国未来电网格局，首先要对现代电网的传统理论与现代创新理论进行整合和评价，在整合、评价的基础上进行重要数据收集、分析，用技术创新，理论创新，指导中国未來电网格局的制定。

顺应21世纪电力电子和互联网技术的新浪潮，摒弃20世纪“同步电网规模愈大愈好，电网电压越高越好”的高度集中统一的电网发展模式和思维，满足当代充分利用可再生的、清洁的分布式能源、改善大气环境、缓解能源危机的社会政治经济要求，以20世纪传统电网为基础，融合21世纪新技术、新理论，创建一个同步电网规模适中的，集中与分布共存的，未来电网——智能电网。这是创新型中国未来电网格局的主要特征。

2）中国大电网发展的实踐证明“控制同步电网规模”的技术路线最具生命力。

●华北与华中两大超高压区域电网间的特高压同步互联，不仅效益差而且威胁到华北与华中两大超高压区域电网的安全。

2009年1月6日，宣称为世界上第一个商业化运营的交流特高压工程——晋东南-南阳-荆门1000千伏特高压交流试验示范工程投运，形成了特高压同步互联的、中国最大规模的、跨越华北、华中两大区域的同步电网。

2015年华北电网发电装机容量3.1亿千瓦，覆盖面积163万平方公里，人口2.3亿；华中电网发电装机容量3.0亿千瓦，覆盖面积面积129.8万平方公里，人口3.89亿。华北与华中两大超高压区域同步电网经交流特高压同步互联后，同步电网发电装机容量达6.1亿千瓦，覆盖面积达291.9万平方公里，人口6.19亿。

跨越华北、华中两大区域的同步电网形成后，已经威胁到华中500千伏超高压电网的安全运行。如今，±800千伏特高压哈郑直流（起点在新疆哈密南部能源基地，落点郑州）上来发现双极闭锁会引起晋东南联络线震荡，于是提出晋东南联络线要上第二回。如果没有特高压紧密同步电网的话，哈密直流即使n-2，作为3亿千瓦装机的华中电网，损失800万千瓦，本来没有问题，第一轮低频减载都不会动作！现在由于规划失误造成的事故扩大，竟然提出只有再加一个配套的更大的工程——蒙西～长沙（“西纵”）交流特高压工程——作为事故备用，豈不荒谬之极！

●2016年7月1日，南方电网实现云南电网与南方区域电网异步互联，降低了南方同步电网的规模，大大提高了电网的安全性和经济性。

南方电网总装机容量3.1亿千瓦，基本上同华北、华中电网相同，实现云南电网与南方区域电网异步互联后，云南电网装机容量近0.9亿千瓦，乘余的南方区域电网装机容量降低到2.2亿千瓦。

南方电网异步互联后，云南西电东送最高电力首次突破2000万千瓦，创历史新高，达2097万千瓦，同比增加了240万千瓦。西电东送日电量已由4月28日的2.189亿千瓦时增加到了4.143亿千瓦时，增幅达到了89%。

3）国内外对中国“扩大同步电网规模”和“控制同步电网规模”两种技术路线的评论。

①作为中国工程技术界的最高荣誉性、咨询性学术机构，对国家重要工程科学与技术问题开展战略研究，提供决策咨询的中国工程院，在能源转型和传统电网面临深刻变革的关键时刻，受国家能源局的委托，2018年9月19日中国工程院向国家能源局报送了《我国未来电网格局研究（2020年）咨询意见》（以下简称《咨询意见》）。

《咨询意见》明确表示:

●在全国网架格局方面，针对国内一直有“建设全国一张网”的声音，《咨询意见》建议，我国电网已经形成了华北、东北、华中、华东、西北、南方六个大型区域500千伏超高压交流同步电网。实际运行经验证明，六个区域电网格局能够满足我国能源和电力的发展需求，能够满足用电增长的要求。我国2020年电网格局继续坚持以六大区域电网为主体，区域电网之间以直流异步互联。这样有利于电网事故隔离，是一种比较好的区域电网之间联系的方式。

《咨询意见》同时提出，华北-华中电网现有的特高压交流联系薄弱，两网之间电力交换很小，加强联系后没有经济效益。

●《咨询意见》对于“三华”（华北、华中、华东）同步电网也明确了态度：不建议建设“三华”特高压交流同步电网。原因如下：

a.“三华”电网中的三个区域电网规模已经很大，现有的框架结构能够安全稳定运行，有能力接受西电东送电力，组成“三华”电网的必要性不大;

b.“三华”电网规模过大，会带来新的安全风险。

c.“三华”电网中区域电网用交流特高压构建网架，且在三个区域电网之间形成特高压交流的强联系，经济性较差。

●《咨询意见》提出，根据特高压1000kV交流工程的特点，一般不作为输电工程使用。现在已经建成的特高压交流工程利用率低，发挥的作用有限。

②国际电力专家对中国南方电网(CSG)实现异步互联，缩小同步电网规模的评论。

●2016年11月23日美国《IEEESpectrum》期刊发表特约编辑彼得·费尔利(PeterFairley)撰著的、题为《中国南方电网为什么要分割电网》（WhySouthernChinaBrokeUpItsPowerGrid）的评论文章。评论称，国际电力专家表示，CSG的分割（注：指背靠背连接，实现同步电网间的异步互联）标志着交流同步大电网40年来不可阻挡的扩张趋势的首次逆转。

●美国爱荷华州立大学（IowaStateUniversity）电网稳定专家伊恩·多布森（IanDobson）说：“我没有听说过有人以这种方式分割电网”。多布森和其他人认为，“这种分割可能会成为一种趋势”。多布森在2014年与别人合作的一项优化研究表明，对于大的交流同步电网而言，其可靠性是令人担忧的。

●美国匹兹堡大学(UniversityofPittsburgh)的直流专家格雷戈里?里德(GregoryReed)说，HVDC还能起到防火墙的作用，防止连锁故障的发生，比如2003年从安大略到新泽西的5000万人因东北大停电而陷入黑暗。他说，“CSG同步电网的分割为更有弹性的电力系统指明了方向。他们正在做我们早就应该在美国和加拿大开始的事情。在我看来，我们的交流同步电网太大了”。

4.结语

IEEEPES会议是全球最具影响力的电力行业专业会议,每年召开一次,吸引全球上千名该领域学术界和工业界的知名专家学者参会。会议旨在探讨电力行业未来发展，并为全世界电力和能源工程师提供高水平的学术论坛。

中国每年都有上百名该领域学术界和工业界的知名专家学者参会，并在会议上发表百余篇的学术论文，通过交流，开阔了视野，十分有利于中国电力行业的创新发展。我们应籍助于IEEEPES会议的东风，结合中国电网变革的实践，开拓创新，为尽快实现中国电网的现代化共同努力。

致谢：本文引用了西南电力设计院原副总工吴安平先生《电网格局构建要顺应能源革命的潮流》（2018年8月23日在中国工程院《我国未来电网格局研究》专家研讨会上的发言）和《电网的未来与交流特高圧的命运》两篇文章中的部分文字和思想，特此致谢。