我国风电消纳的关键：跨区输送和能源格局的转变

　　我国的风电开发建设经过了十年发展，在技术、设备、风机整机等方面已经取得了长足进步，但是由于我国风能资源主要分布在远离负荷中心、处于现有电网末端的“三北”地区，风电具有波动性，按目前的风电机组技术水平和电网运行与电力调度机制，并网和消纳问题已成为大规模风电开发的重大挑战，对电力系统的建设运行和电力市场的体制机制提出了新的要求，在《中国风电发展路线图2050》中，单独对风电大规模并网和消纳途径进行了论述。
　　( 一) 电力系统发展趋势
　　01 电力需求格局
　　未来较长时间内，中国电力需求将持续较快增长，2020、2030、2050 年全国全社会用电量将分别达到7-8 万亿千瓦时、10万亿千瓦时左右和12万亿千瓦时左右，但负荷中心仍在东中部，全国电力需求格局将基本不变。基于中国一次资源构成和分布特点，西部能源和电力基地的重要性将日益突出，西电东送的基本格局也将长期不变。
　　目前，中国电力供应具有如下特点：
　　首先，煤电是最主要的电源，到2010年底占全国总装机的比重为73.4%;其次，电源布局仍以(省内)就地平衡为主，即基本与当地电力负荷相匹配，各大区域电网之间电力交换和输送量较小;第三，虽然各大区域电网之间均已基本实现互联，但电力交换能力较弱。
　　在没有重大能源科技突破之前，预计未来40 年中国总体电源格局中仍以三北地区煤电和西部水电为基础电力，以东中部核电和西部风电、太阳能发电为新增骨干电力，以天然气发电和抽水蓄能电站为补充电源和调节电源。
　　在2020 年、2030 年前，煤电装机不断增加且布局上逐步向西部倾斜，西部水电开发程度不断提高，风电和太阳能发电装机快速发展，且风电在新增装机量及其在总新增装机中的比重不断提高。
　　2030 年到2050 年，水电装机保持平稳，煤电装机略有下降，核电、风电和太阳能发电将在新增电力中占据绝对主要部分。到2050 年，电源结构逐步实现优化和多元化，煤电装机的比重下降到35% 左右, 而风电装机比例上升到25-30%。
　　从电力流向看，中国的电力负荷和能源资源不平衡特点决定了在本地平衡的基础上西电东送、南北互济的长期格局，远距离输电的电力流主要来自西部、西北和北部地区的水电、煤电、风电及太阳能发电基地。东北电网覆盖的蒙东地区有丰富的煤炭资源，可以借助本网资源优势以及核电和可再生能源建设满足本地需要，并有外送的电力流。
　　华北电网覆盖地区是主要负荷中心之一，在主要依靠本地煤电的同时，可接受东北电网和西北电网东部地区部分电力。西北电网覆盖区域的煤炭、水能、风能和太阳能资源丰富，而负荷相对较轻，需要外送电力。
　　华中电网主要依靠西部水电提供新增发电容量，网内电力流主要是承接西部、输送东部水电和其它电力。华东电网是主要负荷中心，具有接受西部水电、煤电、风电、太阳能发电的需求和潜力。南方电网主要从西部向东部输送西南地区的水电，远期可能接受西藏及周边国家水电。
　　在今后20 年内，中国跨区输送电力将逐渐扩大。预计到2020 年，跨区(或跨国)电力容量规模约3 亿千瓦，2030年约4 亿千瓦，然后在2050 年前基本保持在4 亿千瓦左右。
　　02 电网架构
　　电网架构主要取决于电力供需格局和电力市场制度安排。经过持续电力建设和初步电力市场体制改革，中国形成了目前以省网为经营主体、区域电网为基本框架、初步全国互联的电网系统。
　　中国电网建设多年来以各省电网和各大区内跨省电网建设为重点，1989年以来开始加强跨区电网的规划和建设，逐步形成了六大区域电网及其主网架结构。截至2010 年底，除新疆、西藏、台湾外，各电网已实现交直流互联，全国形成华北- 华中、华东、东北、西北、南方五个同步电网运行的格局。
　　在技术水平上，中国电网在以超高压电网为主干的主网架建设和先进电网技术应用方面已经迈入国际先进行列。但是，“三北”地区电网框架仍然薄弱，跨省跨区电网的电力交换能力仍较为有限，难以满足风电大规模发展后各电网电力交换的需要。 　　关于今后电网发展方向，有互联区域电网和全国特高压同步电网两种发展模式。在第一种发展模式下，中国将保持目前六大区域电网的基本格局，逐步加强边际互联，以500 千伏为主网架(西北电网以330、750 千伏为主网架)，充分发挥500 千伏输电网的潜力、提高现有输电设备的利用率，同时通过对500 千伏电网进行柔性输电技术改造，大幅度提高输电能力、接受远距离输电安全落地能力和应对各类电网事故能力。 　　在第二种模式下，积极构建特高压电网，以“三华”(华北、华中、华东)特高压交流同步电网为核心，通过直流和东北、西北、南方电网互联，形成四个同步电网，连接各煤电基地、水电基地、核电基地、可再生能源发电基地和主要负荷中心。上述两种发展模式决定了不同的技术发展方向，其技术可行性、经济性和安全性目前存在不同的评价，但普遍认为直流特高压是长距离跨区输电领域的可行技术选择。