中长期我国电网形态演变趋势

文章导读：当前全球正面临百年未有之大变局，世界能源版图与治理格局深度调整。“十三五”期间，我国清洁低碳、安全高效的能源体系稳步发展，清洁化率、电气化率等关键转型指标显著提升，电网在其中发挥了关键作用。围绕国家发展战略目标，基于能源安全新战略要求，我国电网中长期发展将在形态、技术、功能等方面持续升级，在推动能源可持续发展和促进经济社会发展中将发挥日益重要的作用，成为承载和推动能源革命和新一轮工业革命的重要平台。本文基于电网发展历史特征，系统考虑中长期发展的形势要求，从高比例清洁能源并网技术、先进输变电技术、智慧配电网等方面探索我国中长期电网形态的趋势演变特征。

中长期我国电网形态演变趋势

执笔人：谢光龙、韩新阳、

靳晓凌、神瑞宝

国网能源院

电网发展综合研究所

当前全球正面临百年未有之大变局，世界能源版图与治理格局深度调整，气候变化加剧、传统化石能源供应日益趋紧，能源清洁低碳发展成为世界各国能源转型的战略选择。党的十九大报告明确提出，要推进能源生产和消费革命，构建清洁低碳、安全高效的能源体系。围绕国家中长期发展目标，我国能源体系稳步发展，清洁化率、电气化率等关键转型指标显著提升，电网在其中发挥了关键作用。基于能源安全新战略要求，我国电网中长期发展将在形态、技术、功能等方面持续升级，满足经济社会需求和资源环境要求，充分发挥科技创新带来的驱动作用。

一、电网发展的历史演变特征

回顾历史，经济社会发展需求与技术变革创新是大电网发展的主要驱动力，并且在不同阶段呈现了不同的特征。

阶段一（19世纪末至20世纪中期）：电机、电灯等电气设备发明和技术进步推动了电网的出现和发展。1882年7月26日上海外滩到招商局码头第一个小电网成为中国电力工业发端。随着工业化进程加快，电气化时代起步。1944年12月，220千伏松抚线输电线路建成并投入运行，形成了全国第一个跨省超高压电网-东北主网。该阶段的输电电压等级在220千伏及以下，采用简单保护和经验型调度，自动化程度较低，资源配置以分散的、小范围平衡为主。

阶段二（20世纪中期至20世纪末）：电工技术取得快速进步，电气化设备快速普及，电气化水平不断提高。第二次世界大战之后全球经济规模快速扩张带来电力需求快速增长，带动电网规模快速扩张、技术快速提升、最高电压等级不断提升，资源配置向大范围优化方向发展。1972年我国自力更生建设的第一条330千伏超高压刘（家峡）天（水）关（中）输电线路建成投运。1981年我国第一条500千伏平（顶山）武（昌）线路建成投运。2005年我国第一条750千伏输变电示范工程正式投运，从青海官亭至甘肃兰州东长达140公里。该阶段出现了330千伏及以上超高压交流输电，高压直流输电获得应用，实现了较复杂的保护与调度，自动化程度较高，信息技术得到充分应用。

阶段三（21世纪初至今）：新能源发电、低碳与能效技术、信息通信技术在能源电力领域应用加快；可持续发展与绿色低碳成为全球发展的主旋律，风电、太阳能发电开始进入规模化发展阶段；互联电网规模进一步扩大，追求更大范围的互联效益与资源配置效率。截至2019年底，我国风电和太阳能发电累计装机容量分别达到2.1亿千瓦和2.04亿千瓦，均居世界第一；截至2020年7月，全国在运特高压线路达到“十交十五直”，特高压交流送电能力达到1.62亿千瓦，华北电网形成“两横三纵一环网”1000千伏区域交流主网架，华东电网围绕长三角地区形成1000kV交流环网，并向南延伸至福建，华北-华中通过1000kV长治～南阳～荆门线路互联，同时构成了“七纵八横”共十五条特高压直流输电通道，电网资源配置能力不断提升。

二、未来我国电网发展面临的形势要求

一是我国经济发展由高速、规模扩张阶段进入中高速、高质量发展阶段，用电需求增长放缓、用电质量要求提高。结合当前世界经济发展形势，我国经济发展进入新阶段，GDP增速由过去长期保持的10%以上的高速增长，降低到目前6%左右的中高速增长。由于经济增速的放缓，能源电力需求也相对放缓，电力需求增速已经由2010年的14.8%下降至2019年的4.5%。随着产业结构调整，能源需求重心逐步转向生活消费侧。落后产能、高耗能产业逐渐退出，高端制造、现代服务业占比逐渐增大，电力负荷对高质量供电的需求日益增加，电网发展相应由规模扩张阶段向提高供电可靠性和服务质量转变。

二是城市群发展模式对电网的资源协同、管理创新提出了更高的要求。2019年，中央财经委第五次会议指出，“经济发展的空间结构正在发生深刻变化，中心城市和城市群正在成为承载发展要素的主要空间形式”，提出“要增强中心城市和城市群等经济发展优势区域的经济和人口承载能力，增强其他地区在保障粮食安全、生态安全、边疆安全等方面的功能”，未来电网要主动适应城市群发展模式。以北京、上海为标杆，全国九大中心城市均在编制面向2035年的城市发展规划。2016年和2017年北京、上海陆续发布了城市总体规划，2019年12月《长江三角洲区域一体化发展规划纲要》正式颁布。未来的城市发展将更加注重经济发展质量、资源环境的可持续发展、城市群的产业协同创新。同时，不同的城市定位有差异，北京的四大中心，上海的创新、人文、生态，河南的城乡一体化发展。因此未来电网发展需要因地制宜，在安全保障区域差异化发展要求的基础上，积极开展智能化、以人为本的现代电网建设。

三是能源转型发展目标任务艰巨，要全力贯彻落实能源安全新战略。2015年11月，习近平总书记在巴黎气候大会上承诺：2030年左右使二氧化碳排放达到峰值并争取尽早实现；2030年单位国内生产总值二氧化碳排放比2005年下降60%－65%，非化石能源占一次能源消费比重达到20%左右，森林蓄积量比2005年增加45亿立方米左右。2016年底，国家能源局印发《能源生产和消费革命战略(2016-2030)》，提出2030年我国能源强度目标是达到目前世界平均水平，能耗总量控制在60亿吨标煤以内，非化石能源占比达到20%。为实现上述目标，能源电力行业将在生产、消费、技术、体制等方面全面落实国家能源安全新战略，推动构建清洁低碳、安全高效的现代能源体系。一方面要大规模开发非化石能源支撑能源供需平衡，注重集中式与分布式可再生能源的协同发展；另一方面终端能源消费清洁化、多元化、个性化趋势显著，对电网规划运行带来挑战。

四是能源革命与数字革命深度融合发展，电网数字化转型发展迎来重大机遇与挑战。新一轮科技革命和产业变革正在重塑全球经济结构，尤其是以人工智能、量子通信、移动通信、物联网、区块链为代表的新一代信息技术加速突破应用，深刻改变着能源电力和经济社会发展，技术之间交叉融合，产业界限越来越模糊，互联网与能源产业跨界融合已成为新常态和大趋势。这为以数字技术应用加速推进能源革命，提供了重要发展机遇，未来电网将与大云物移智等新技术深度融合，但在带来技术红利的同时，也产生了网络安全和客户隐私保护的新挑战。

三、中长期我国电网发展趋势特征

在能源供应形势、气候环境挑战、新一轮能源革命和能源体制改革、数字经济发展的背景下，未来电网的战略定位亟需突破原有电力基础设施的范畴和基本定位，在推动能源可持续发展和促进经济社会发展中将发挥日益重要的作用，积极消纳高比例清洁能源，必将成为承载和推动能源革命和新一轮工业革命发展的重要平台。

一是非化石能源发电占比逐步提升，大型集中式和分布式电源协调发展下的并网安全性和可靠性要加强。为适应风力、太阳能发电的规模化开发利用，要提高并网电站的安全稳定运行水平，特别是极端气候下新能源并网接入装备水平。持续提升新能源发电设备控制水平，提高预测精度，建立新能源发电先进控制系统，使可再生能源发电具有可控制的特征，并尽可能平滑新能源发电功率输出，降低间歇式能源发电对电网运行的冲击，减少对电网网架结构、备用容量、调节电源等方面的要求，提高电网对新能源发电的消纳能力。

二是依托现有超/特高压交直流输电网络布局，融合柔性交直流输电为代表的先进输电技术，积极开展高效智能的输变电技术创新应用。未来20至30年，我国输电骨干网仍将基本保持超/特高压交直流输电网模式，为适应未来接纳大规模可再生能源电力和各种电源大范围电能传输、互补的需求，远期阶段多端直流输电和直流输电网技术将会得到发展，要大力开展交直流电网的规划、运行和控制的系统研究。输电技术将向交直流混联网格化、潮流及故障电流控制复合化、输电损耗控制最优化方向发展，输变电设备向高集成化、高可控性、高可靠性和智能化方向发展，电网状态监测水平和防灾减灾水平将稳步提升。

三是有序建设具有绿色低碳、安全可靠、高效互动、智能开放、平衡普惠等特征的智慧配电网。以现代化配电网为基础平台，实现信息通信技术与配电系统的规划、运行、控制、管理等环节的深度融合，高比例消纳分布式可再生能源、高效协同配用电侧综合能源系统、灵活接入供用能多元主体。相比于传统配电网，智慧配电网内涵外延更加丰富。形态上，分布式可再生能源并网发电规模扩大，电动车数量剧增，各类储能设施、微网的并网需求增多，以及海量传感设施应用后带来供需互动模式多元化、管理精准化、需求多样化，都让智慧配电网的形态更加复杂。技术上，信息化、数字化技术的升级应用对配电网发展带来新的机遇与挑战，“云、大、物、移、智”技术驱动着配电网量测、监控、运行、管理模式等方面的突破创新。功能上，智慧配电网一方面深度挖掘内部潜力、提高管理水平、提升能效，提升融合型基础设施建设水平，支撑智慧能源基础设施建设，另一方面加强化对外服务和互动能力，以人为本，注重平衡普惠功能，有力支撑国家的区域一体化发展等相关政策方针。