老曾博客63

业界同仁稿件选登(27)

2014年5月15日全国政协特高压座谈会书面发言

1000千伏交流特高压不可行

丁道齐

(原国家电力调度通信中心副主任  国电通信中心主任)

编者按：

5月15日，全国政协召开了《“发展特高压输电，优化电力布局”双周协商座谈会》，以专家学者身份应邀出席会议的共有7人，其中有4人在会上发言；因发言时间限制，4位专家学者都提交了书面材料：

丁道齐——《1000千伏交流特高压不可行》；

王仲鸿——《工程实践说明交流特高压输电是个浪费巨资的不实用技术》；

曾德文——《辨析发展特高压输电技术的十一项错误舆论，发展直流特高压大容量、高效率、远距离先进输电技术，提高电网发展质量和投资经济效果》；

蒙定中——《交流特高压“三华”联网问题严重，政府认真决策才能避免重大停电灾害和上万亿元损失》。

为便于与业界同仁交流，现将在政协《双周协商座谈会》上专家学者提交的书面发言材料公诸于众，其中老曾的书面报告已刊登于本博客平台的第54~58期和第60期。

（之  二）

三． 交流特高压电网将是世界上安全风险最高的电网，既不能保证电网的安全性，更不能确保电网的生存性

电网安全是电力工业安全的核心，影响电网安全的关键要素是电网架构，科学合理的电网架构是现代电网基础设施坚强可靠的灵魂。

从分析四十多年世界上最严重的电网大停电，特别包括1965年纽约大停电、1996年美国西部两次大停电、2003年美加大停电和2012年7月30和31日印度大停电，总结出造成电网大停电的根本问题都在于不合理的电网结构。    

上述大停电都是发生于复杂自由联网的交流同步电网结构，该电网结构的主要特征是不分层、不分区、电磁环网重叠的任意相互联网。

重大停电事故急剧上升的背景正是同步大电网规模的无限制的扩张和地球气候环境的恶化，而后者正是通过无限制扩张的大电网的复杂性和脆弱性起作用的。

1、 交流特高压及“三华”交流特高压电网的出现，必将导致电网覆盖区域扩大、1000/500千伏电磁环网增多、清晰的网络结构遭破坏、网络节点大量增加，系统结构、自动控制、信息通信更加复杂，网络的脆弱性扩散，电力系统的复杂性网络特征更加显著，引发连锁性大停电事故的概率将十余倍地增大。

根据复杂性网络理论和国内、国外学者对中、外大停电事故的统计分析获得的中国大停电事故损失规模的概率分布如图4所示。

图4 三华UHV同步电网与华东/华中/华北三大区域电网

发生超过800万千瓦及以上停电损失的概率比较

规划中的“三华”交流特高压同步电网规模和复杂性将超过美国现有东部电网的规模和复杂性，其装机容量比 “8.14”大停电事故的美国东部电网(8亿千瓦)还大2亿千瓦，1000/500千伏电磁环网密布，电网结构更为复杂，脆弱性分布更广，电网的安全稳定状况更趋恶化。在发生同样损失规模800万千瓦以上的大停电事故的情况下，三华特高压同步电网发生事故的概率大约为现在分区运行情况下发生事故概率的15倍。从这个意义上来说，大电网的发展并非愈大愈好，而应有所节制。

从图4可知，总规模居世界第一位的中国大电网几十年来发生连锁性大面积停电的概率近于零(发生800万千瓦以上的大停电的事故概率约为0.2%)，其本质原因不在于“统一调度、三道防线”的威力，而是得益于这种异步/弱联的、结构稳定、不算复杂(电压层次少、分区分层、无电磁环网)的中国国家互联大电网的合理结构。中国原有的6大区域电网的结构，主要用直流分区，各区范围不大，现行输电电压等级的输电线既可成为区域电网间的联络线，又可作为区域内向负荷中心输电的骨干，还可作为分散电源的点向负荷中心输电(远距离则用直流)的骨干线路，区域内消除了电磁环网，使每一个区域电网成为可控制的、发生连锁性事故概率最低的安全稳定的电网结构；这种电网结构和管理模式是中国电网安全稳定运行的基础，是中国广大电力工作者，历经各届国家主管部门领导和支持，通过几代人的艰苦奋斗、技术创新的伟大成果。这真正是中国引领、中国制造、中国自豪、应该获得国家大奖的重要创举。

2009年投运的晋东南─南阳─荆门交流特高压输电线将华中与华北区域电网同步连接，出现了1000/500千伏电磁环网，必将成为华北─华中同步大电网发生连锁性大停电事故的一大隐患。

“三华”特高压同步大电网，覆盖全国最发达的19个省(市、区，包括4个直辖市)、面积320万平方公里、70%国内生产总值、71%装机容量、2/3电气化铁路、65%人口(8.6亿)。规模如此庞大的“三华”电网任何一处发生故障，都可能引发连锁性效应，影响整个电网安全运行，造成电网大面积停电，而且将直接破坏全国电气化铁路系统的正常运行，其后果将远远超高震惊世界的2003年8月14号美国-加拿大大停电，必将对全国经济社会造成严重破坏。

2、由于交流特高压系统无电源直接接入，必须将500千伏超高压系统电源经500/1000千伏升压变压器接入交流特高压系统，而电网负荷也都在500千伏超高压系统及以下，又必须经1000/500千伏降压变压器接入500千伏超高压系统(参见图5) ，使交流特高压系统在电气距离上成为距离主力电源最远的电压层次。

图5 1000千伏交流特高压电网是个无功电压漂浮不定的不稳定电网架构

因为交流输电的稳定性决定于两端电源的支撑能力，必然使得远离电源的交流特高压系统成为稳定性最差系统。随着系统有功功率的调整，500千伏超高压系统无功电压及潮流将剧烈变化，导致1000千伏交流特高压变为飘浮不定的、寄生在500千伏超高压系统上的不稳定的电网架构。如果特高压变电站设置的作为无功调节重要手段的可自动投切的电容器和电抗器配置不当或调节失灵必将增加电压稳定性破坏的风险。

3、 国网公司将发展交流特高压与发展智能电网强行捆绑在一起，号称建设坚强智能电网的理论是种伪理论。交流特高压与智能电网是两个不同的技术范畴，发展交流特高压与发展智能电网是沒有必然关联的完全不同的两个概念。交流特高压是着力于电力传输的一种已被更先进的技术所取代的被淘汰的落后技术，而更加关注本地控制与减少外部依赖的智能电网技术，正处于蓬勃发展时期，是降低大电网安全风险、确保大电网生存性的“颠覆性”技术。

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，但一个个用智能电网技术建成的、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”中灯火辉煌，显示了智能电网和分布式能源系统顽强的生存性。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，根本不能保障大事故状况下电网的生存性。

四. 交流特高压输电的输电能力和经济性是最差的 

输电容量和相应的输电距离是交流特高压输电能力的具体指标，而建设成本和输电线路利用率是交流特高压输电的主要经济性指标。

经济效益是检验技术的唯一标准。交流特高压输电的输电能力和经济性是最差的，理应被淘汰。

1、 国家电网公司向中央领导和大众媒体一再宣传，交流特高压输电容量是超高压输电的4、5倍。这完全是违背电力系统基本理论和交流特高压试验示范工程实踐的荒唐言论。根据国家电网公司双回线交流特高压输电600万千瓦(15%静态稳定储备系数)的典型设计计算，交流特高压输电的临界距离(超高压电网支持能力为50千安)约为300公里。如果超高压输电300公里，则按15%静态稳定储备系数确定的四回交流超高压输电功率为660万千瓦，相当于一回交流特高压输电功率为1回超高压输电功率的1.8倍。

2、 交流特高压输电的特性决定了交流特高压输电线路输电300万千瓦，其直通稳定输送距离只有300公里。为了远距离、大容量输电，必须将长线路分段为300公里左右的短线路实行接力送电，在每一分段点必须得到500千伏、至少4500万千瓦系统容量的支持才能保持交流特高压较高的输电能力。为此，不仅尚需投入几十上百亿元建设和完善分段接入点500千伏系统的建设，而且导致交流特高压输电必须永远依赖于1000/500千伏电磁环网的存在，从而破坏了500千伏超高压电网的安全性，扩散了电网的脆弱性，交流特高压输电系统成为寄生在500千伏超高压电网上的怪胎。

3、 根据国网公布的六条超高压直流输电工程（±500、±660千伏）、四条±800千伏直流输电工程和四条1000千伏特高压输电工程，以及东北地区的三条500千伏超高压交流输电工程的数据绘制的各种电压等级下的输电工程的单位输电成本(元/千瓦·公里)比较如图6所示。

图6 ±500、±660千伏超高压直流、±800千伏特高压直流和500千伏、

1000千伏超、特高压交流输电线路的单位输电成本(元/千瓦·公里)比较

从图6可以清晰的得出如下规律：

（1） 交流输电的单价成本不论电压高低均随着输电距离的增加而增加；反之，直流输电的单价成本不论电压高低均随输电距离的增加而减小。

（2） 500千超高压交流与±500千伏超高压直流输电的单价成本变化趋势线在大约600公里处相交，该点称为交、直流输电的经济临界输送距离。这标志着输电距离在600公里以内，采用500千伏超高压交流输电比较经济；而超过600公里釆用超高压直流输电比较经济，而且愈远愈经济。

（3） 比较图5中交、直流特高压建设单位成本的变化趋势来看，交流特高压，近距离输电，成本高于500千伏超高压交流；中长距离输电高于±500千伏或±660千伏超高压直流，长远距离输电高于±800千伏特高压直流。

经济效益是检验技术的唯一标准。由上所述，交特高压输电建设成本最高、且沒有经济实用的输电距离。

晋東南－南阳－荆门交流特高压试验示范工程不仅达不到直接送电500万千瓦至荆门的目标，同时也验证了特高压交流输电系统相对于其他输电系统方案在经济上是最差的，更无市场竞争力。

4、 包括换流站在内的高压直流输电损失比在几乎所有情况下的交流输电损耗低，年运行费用比交流输电更经济。在输送容量和导线总截面相同的情况下，1000千伏交流特高压输电系统的功率损失率约为±800kV输电系统的1.5～2.0倍。

5、 “三华”特高压同步电网的经济效益十分低下。

从国网公司公布的“三华”交流特高压电网的电力流可看到，晋、陕、宁、蒙地区大量电力是通过交流特高压就近输送到华北电网和华中电网的河南、湖北、重庆等地区消纳，交流特高压电网解决的主要是中、短距离送电，真正远距离输送的容量只有很少一部分；东、中部核电也都是采用交流特高压一升一降在就近地区消纳。而根据刘振亚《特高压交直流电网》书中提供的数据，仅仅是建设“三华”交流特高压电网，投资将达9800亿元。如果在中国全面推广交流特高压工程，总投资将高达12000亿元以上。耗资如此巨大，而解决的主要是中、短距离送电，真正经交流特高压电网远距离输送的容量只有很少一部分，投资效益非常低下。如果代以输电直达大都市圈方案，输电距离远用直流输电，近用超高压输电，同样是输电给超高压电网，同样解决电力需求，可节约5000亿元以上。

正因为如此，世界各国几十年前就弃用交流特高压远距离输电，而普遍采用直流远距离输电。中国南方电网和内蒙电网规划也验证了：采用交流特高压远距离输电及组网方案比采用特高压直流远距离输电加超高压交流加强受端电网的组网方案就贵出一倍以上。

由此可见，通过对在建设和运行实踐中取得的这些大量数据分析可以看出，在远距输电和电网建设上，交流特高压技术的应用滥用了国家大量资源(涉及国内电力、机械行业的科研、制造、设计、高校等100余家单位近5万人)，不仅技术不可取，经济上也处于劣势，其建设成本要比高压直流输电高出一倍以上，更严重的是交流特高压极大地增加了电网发生连锁性大停电事故的安全风险。

值得注意的是，国网公司也深知交流特高压输电是效率低下、最不经济的输电技术，所以在国网的宣传舆论中都竭力掩饰这种输电技术的经济性。片面强调“交流特高压是国家发展战略问题，而战略问题是算不出来的”。

五. 交流特高压输电对环保的影响较直流特高压成倍增加

交流特高压CO2的排放当量是特高压输电的2.0倍；电磁环境影响强度是±800KV的1.1倍，影响范围是2.0倍以上；占地近3.0倍。

六. 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

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。

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以及新能源开发和安全利用，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，建设安全可靠国家电网的重大战略举措。

国家电网公司称“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《电网2030—电力下一个100年国家愿景》和“超级电网”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”的错误主张。

1、 美国电力改革的纲领性文件——“电网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。

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和直流互联公司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(8亿千瓦)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、 2005年9月美国IEEE大会中，俄国科学院专家在《东亚电力基础设施的前景》论文中，提出一个为节省能源的亚洲联网方案，联网区域包括俄、蒙、中、日、南韩、北朝鲜，联络线输电距离为470～3500km，全部用±500kV或±600kV直流输电联网，再也不提前苏联时期的交流特高压了。

3、 日本学者对日本的关西、中国、九州、四国的串行电力系统进行的研究表明，若通过在关西与中国、中国与九州、九州与四国、四国与关西间采用直流方式连接，将可大大抑制短路电流，并实现小系统向大系统的输电，还可以极大地提高电网运行的安全性和可靠性，完全放弃了将原降至500千伏运行的1100千伏线路升压运行的可能性。

4、 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，欧盟提出了以高压直流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”的设想。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。

在面临核电站将要关闭，进一步扩大风能、太阳能及再生能源的开发和传输范围的情况下，德国运营商在2014年年初公布了一系列相配套的以±400千伏高压直流为主的输电工程，例如为解决北部风电向南部负荷中心送电的、长800公里的“南部链接”工程，德国运营商明确宣布，他们不采用1000 千伏特高压交流输电技术，而釆用超高压直流，因为交流特高压输电资本要求太高；运营商们正在考虑将一些现有的交流输电线路改造为为直流输电，以提高他们的输电能力。   

5、 国家能源局发布的《南方电网发展规划（2013—2020年）》意义重大。《规划》确定了西电东送电网发展模式不用交流特高压、而以直流为主的技术路线，并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。

南方电网规划提出，2020年以后视电网发展程度，适时分解为2至3个独立同步电网运行，同时广东电网内部可以适时分成两个相对独立的同步电网。

与美、欧电网比，南方电网接受外来电力比例大，外来直流落点多，《南方电网发展规划》否定了将交流特高压与直流特高压捆绑在一起的错误概念，否定了直流特高压远距离、大容量输电时受端必须以交流特高压网架支撑的错误理论。通过研究，对直流多落点带来的安全问题，有足够的措施加以保证，在广东超高压电网上再落点十回直流都是可以承受的。基于这样的基础，南方电网西电东送才能确定以直流为主的技术路线。

这些充分说明世界电网发展直流输电，特别用于远距离输电和交流电网间互联已是大势所趋，根本不需要交流特高压了。

结  论

1、 中国现有500千伏超高压电网具有持续发展的广阔空间，完全沒有必要再立一个1000千伏交流特高电压新等级和新建一个交流特高压电网。

2、 交流特高压输电的经济性最差、安全风险最高，是完全不必要的、不可行的。特高压直流输电是远距离、大容量、高效率输电的唯一的选择。

我国大电网发展应该符合“限制同步电网规模，将事故危害控制在有限范围内，发展同步电网间异步互联”的世界大电网发展的主流趋势。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。

3、 中国应该构建“以异步互联的六大区域超高压电网为基礎，进一步完善区域超高压主干电网，充分发揮现有设备利用率，增强区域受端电网接受由高效、先进直流输电线路远距离、大容量输入电力的能力，增强和扩大以可再生能源为主体的、更加关注本地控制与减少外部依赖的智能电网和微电网建设，增強电网优化配置电力能力，增强抵御外来攻击和自然灾害的具有高度生存性的国家大电网”。

该模式总投资比国家电网公司提出的交流特高压电网建设投资1.2万亿元要节约投资0.5万亿元以上。而且可以有效地解决国家电网公司为推行交流特高压技术提出的所有关于国家经济、安全和发展问题，更能解决好和提高、落实交流特高压所不能解决的电网生存性、分布式能源和新能源、发展智能电网等科学发展关键问题，完全可以适应国家长远发展的需要。

建  议

建议全国政协，充分发揮“双周协商座谈会”的作用，组织有关部门和专家深入调查分析中国现有超高压电网的巨大潜力，并以国家能源局发布的中国第一个“十三五”《南方电网发展规划（2013—2020年）》为借鉴，推动对国网公司提出的“建设1000千伏交流特高压电网”方案和反对方提出的“现代超高压国家电网”方案，进行实事求是的科学论证，以协助党和国家对重大问题的民主科学决策。

注：网友参与技术交流的方式参见《3-博客平台改版告白—落实开博宗旨的无奈举措》的博文。