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业界同仁稿件选登(22)

 

1000千伏交流特高压电网是中国电网发展的大倒退

——交流特高压电网是寄生在超高压电网上的怪胎

(续  三)

 

丁道齐

(原国家电力调度通信中心副主任)

 

四、 同步电网间的异步互联是世界现代大电网发展的主流趋势

现代电网是由电力系统EPS、信息通信系统ICS和监控系统MCS三部分组成(简称3S系统)。现代系统理论已经证实,现代3S系统是具有复杂性网络特征的复杂大系统。它是由数量巨大的、各具不同物理特性的节点和节点之间错综复杂的相互关联而成的网络体系结构。

国内外大电网发展、改革和事故的根本教训是:掌握现代复杂大电网的动力学机理,遵照“控制复杂性的增长,限制脆弱性的扩散”的科学原则,确立构建国家骨干大电网发展的战略。这是提高电网安全性,保障电网生存性的根本战略措施。

同步电网规模愈大、电压等级愈高、电压层次愈多,致使大电网的复杂性网络特征愈显著,脆弱性扩散更严重,发生连锁性大停电事故的概率大大提高,一旦发生事故后果十分严重。2003年美加“8.14”大停电就是典型的复杂大电网自组织临界性特征引发的必然结果。复杂大电网的复杂性网络特征已成为当前世界各国制定电网发展模式时考虑的主要因素。1965年以来,世界上大电网共发生重大停电事故(损失负荷大于800万千瓦)26次,发生这些重大停电事故的内在驱动力,本质上几乎都是由于同步电网的不断扩张,导致电网结构复杂性的增加和脆弱性的广泛分布所驱动。

美加“8.14”大停电的教训再一次警告人们,仅仅凭借电网自身的装备水平和能力,即便采用更高的交流电压等级,采用更多的先进技术设备,也无法确保供电安全。地震、冰雹、雷暴、飓风、大雾、洪水、热浪、森林火灾、冰冻雨雪以及恐怖袭击等,甚至太阳风暴、地球磁暴这些宇宙天体现象都可以随时导致电力系统瘫痪。

1、 为将事故危害尽量控制在有限范围内,限制同步电网规模,发展同步电网间异步互联,已成为世界大电网发展的主流趋势。

现代电网技术的进步是一把双刃剑。它给电网带来巨大的经济和社会效益的同时,随着互联电网的不断扩大,其严重后果亦日渐显现:

(1) 互联电网内各子电网EPS/ICS/MCS间相互依赖性日趋严重,电力系统及其关联的控制和通信系统的任何一个脆弱部位都会遭到人为或自然的攻击,而导致电力系统灾难性事故的发生;

(2) 随电力市场发展,网间潮流交换频度及数量将急剧增加,迫使电网经常运行在趋于极限的临界态;

(3) 信息交换及信息量大幅增加,自动化系统及其管理更为复杂,事故风险增大。

因此,从世界范围看,世界上不断发生的大停电事故给社会经济和人类生活带来的严重后果,以及世界性的能源危机的逼近和人类对能源需求的不断增长,人们对新能源的广泛开发和安全利用寄以巨大的希望。电网间实施同步互联的发展趋势已经受到安全、经济和环保等条件的制约。同步电网不是电压愈高、容量愈大愈安全,必须控制同步电网规模。这样才能有效地控制系统的复杂性和脆弱性的扩散。

2、 限制同步电网规模、降低电网复杂性、发展同步电网间异步互联更有利于能源资源优化配置和新能源的广泛开发和安全利用,是当今世界在安全、经济和环保等条件制约下各国发展大电网的最佳选择,更是提高电网安全性和生存性,建设坚强国家电网的重大战略举措。

在《特高压交直流电网》一书中称“世界范围内的跨国、跨区互联电网呈现蓬勃发展趋势,联网范围不断扩大”。特别以美国和欧盟的“Grid 2030”和“Super grid”为例加以说明。但在说明中只字不提他们为限制同步电网的扩大,而釆用直流输电技术实现跨国、跨区互联的事实;只字不提欧洲以异步互联方式将已有的各国交流电网融合形成超级电网、实现将目前松散联系的欧洲电力市场构建为欧洲统一电力市场;而借“欧洲统一电力市场”之名推销“必须建设交流特高压电网才能形成中国统一电力市场” 的私货。

1) 美国电力改革的纲领性文件——《电网2030-电力下一个100年国家愿景》(GRID 2030)明确提出,以大容量高压直流输电线路及高温超导输电系统建立跨接美国东西海岸骨干环形网及其联接支路的宏伟计划,从而解决美国百年来形成的复杂交流自由联网结构无法解决的根本问题。这是对现有同步电网结构进行的最具革命性的改造,必将极大地降低现代电网的复杂性和脆弱性,增强电网运行的安全性和可靠性。

为了降低电网的复杂性,提高电网的安全性,美国电力科学研究院EPRI和直流互联公司DC Interconnect Co.研究了美欧多次重大停电的教训,建议实施改造旧电网的綠色计划,采用电网分割技术,将美国规模巨大的东部同步电网(7.55亿千瓦)用直流分隔为4个交流区,西部同步电网(2亿千瓦) 用直流分隔为2个交流区。

2) 作为欧盟FP6框架计划的一部分,由欧盟提出了以HVDC技术连接各国已有的交流电网,建设一个可使可再生能源电力远距离传输的大规模的超级电网”(super gridSG)的设想。

为充分利用非洲北部沙漠地区丰富的太阳能和风能资源,满足地中海地区和欧洲大陆的电力需求,欧洲于2007年提出了建设超级智能电网(super smart GridSSG)的构想。SSG实际上是分布式和小型设施构成的去中央化的可再生电力为主的区域性智能电网与超级电网相结合的产物。

超级智能电网SSG的基本架构是新建密集的HVDC线路,以异步互联方式将已有的各国交流电网融合形成超级电网,实现将目前松散联系的欧洲电力市场构建为欧洲统一电力市场,进而实现北非国家与欧洲电网的互联,使电力系统更加可靠、电价更为低廉。

3) 中国南方电网也将控制同步电网规模作为提高电网安全性和生存性的重要战略措施。到2020年,现有的南网五省(区)同步电网将逐步形成规模适中、结构清晰、相对独立的2个同步电网。其中以云南省电网为主体形成送端同步电网,其余4()电网形成一个同步电网。《规划》中,南方电网将主要采用直流输电技术实现跨区域送电。

4) 构建分布式和小型设施构成的去中央化的可再生电力(太阳能、风能等新能源和可再生能源)为主的区域性智能电网和微电网是保障社会基本用电、解决偏远地区和居民分散区用电以及应对自然灾害和战争环境下保持电网的生存性的最佳方案。

建设采用新能源供电的小型微电网,能够解决偏远地区和居民分散区的用电问题。在印度,约有40%的人口生活在电网触及不到的地方。印度能源部门称,作为一项长期解决方案,微电网是印度崭新能源革命的重要组成部分。在印度,目前几乎所有的小型微电网都是由太阳能供电的,但也有2030个微型电网是由水电站和生物质电站供电的。据保守估计,迄今为止,小型微电网至少为印度12.5万户家庭提供了电力。

2003年“8.14北美大停电事故让美国东部大面积陷入一片黑暗之中,但一个一个装备有分布式能源系统的企业、学校、医院和政府机构却在大停电中一片灯火辉煌,显示了电网应有的顽强的生存性。而国网公司实施的以交流特高压远距离大容量输电为核心的“一特四大”战略在自然灾害和战争环境下都是无能为力的,更不能解决偏远地区和居民分散区的用电问题。

8.14北美大停电的例子说明,无论投入多少,无论如何进行改造,现行的电网都无法保证百分百安全,唯一的办法就是借鉴互联网的理念,把发展分布式能源作为核心,将电网变革成一种分散的、扁平化的电网,而不是非要把电网打造成貌似更坚强的金字塔形的特高压电网。

特高压电网与智能电网是完全不同的两个概念,智能电网的根本思想是通过计算机和自动控制技术取得电网运行的经济和安全效益,那始终是正确的;而交流特高压技术是否有实用价值至少是可质疑或被否定的。发展智能电网的核心和前提是分布式能源系统。真正的智能电网是为了发展清洁能源、分布式能源和广泛存在的微形电网,这些都与国网所强调的集中统一的坚强电网相去甚远。现在国网体制下的电力系统专家们更多地讨论智能电网及其信息化、数字化、自动化、互动化时,都强调将智能电网与“特高压电网、大火电基地、大水电基地、大核电基地、大可再生能源基地” 梱绑在一起,这是从传统电力系统的视角片面地对待新时代的第三次工业革命

享有世界性声誉、曾是数位美国总统的顾问、曾担任过前欧盟委员会主席罗马诺·普罗迪顾问的美国趋势经济学家杰里米·里夫金(Jeremy Rifkin) 2011年著作的《第三次工业革命》一书中,关于智能电网发展和电力行业价值向社会权力扁平化创新转型有着独特见解:电力信息通信处于能源与信息通信技术的交叉与融合点,以新一代信息通信技术为基础建成的智能电网,能够实现能源生产、存储、传输和共享智能化,并以其广泛存在的路由设施,与社会经济紧密联系,助力智能交通、智能社区、智慧城市等未来发展,发挥社会公共管理服务平台的作用,代表着电力行业价值创新转型的重要方向。其时国家必须放弃传统的集权式电力输送和供给控制,将数以千计的小型能源生产者纳入智能电网,让更多的竞争者分享信息能源网络的数据,参与输电基础设施与供给业务的市场结构势在必行,这也是社会权力扁平化的必然趋势。现在国网所强调的建设集中统一的坚强智能电网和统一的电力市场与第三次工业革命倡导的电力行业价值转型正是背道而驰。

 

五、 结 

迄今为止,除了中国以外,还没有哪一个国家要建设一个容量巨大、跨越地域宽广、覆盖人口众多的交流特高压同步电网。中国无论是为了远距输电、还是新建电网,都可以采用直流输电和超高压输电的组合解决,耗资可以节约一半。推广使用交流特高压技术,浪费的资金高达约五千亿元以上,浪费的这些投资只能通过增加工商业电价变成全民的税费负担,这样落后的生产技术和生产方式应当结合电力改革进行有效监管和制止。

国家电网公司一意孤行,与世界大电网发展的主流趋势背道而驰,以实行能源资源优化配置和建立国家统一的电力市场为名,将多次发生世界上最重大停电事故的美欧庞大的交流同步电网作为好的历史经验继承,坚持将中国华北、华东、华中三大核心区域电网强行捆绑在一起组成一个共存亡的复杂大电网,破坏了中国电网既有以东北、华北、西北、华东、华中、南方六大区域电网为主体、电网结构清晰、安全稳定水平高的合理电网格局,三峡输电系统规划所建立的华中~华东直流联网系统的优越性相应丧失殆尽,一旦发生不可预见的事故或突发事件的连锁反应故障,将给电网安全乃至国家安全酿成重大灾难性的严重后果。

国家电网公司倡导的“三华”交流特高压电网发展之路不仅不是“现代电网的一场革命”, 而是中国电网发展的大倒退。将中国推向庞大同步电网扩张的危险道路,实在令人担忧。

 

注:网友参与技术交流的方式参见《博客平台改版告白—落实开博宗旨的无奈举措》的博文。

  

  

 

 

 

 

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曾德文

曾德文

83篇文章 3年前更新

教授级高级工程师。原电力规划设计总院、中国电力工程顾问集团公司专家委员会委员。

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