我国输电主干线路布局优化：考虑可再生能源发展和输电技术选择

发布时间：2020-07-17 10:47

【摘要】：近年来,我国可再生能源发展迅猛,但电力“供-输-需”的失衡造成严重的窝电和弃风弃光现象,可再生能源无法得到更大规模开发和有效利用,导致能源绿色转型步伐缓慢,质量偏低等问题。针对这些问题,本文将我国分为六大区域,设定三种电力需求情景,考虑六种发电技术、九种输电技术;兼顾停电事故对输电网造成的电量损失最小目标和发电装机、跨区域输电主干线路建设的综合成本最小目标,建立输电主干线路布局多目标优化模型。同时考虑地区间的电力供需、输送容量、输电距离、输电方向、区域可再生能源装机容量潜力、和电源结构等约束。应用混合编码的多目标求解算法PSO-NSGA-II对模型进行求解。结果表明电力开发和跨区域输电将同步和协调发展。中等电力需求情景、同等偏好下:第一,我国电力大规模跨区域输送,其总输送容量于2040年达到400吉瓦,较2016年增长4倍以上;西电东送、北电南送格局清晰,西北和东北区域为电力净输出区域;以华东为代表的其他区域成为电力净输入区域。跨区域输电通道的迅速发展为可再生能源的开发和合理消纳提供了重要支持。第二,2016-2040年间,我国新建投运64条超高压及以上跨区域直流输电主干线路,其中2022-2025和2037-2040年间为输电主干线路建设高峰期,其分别建成投运了13和11条线路。在本文考虑的5类(分9种)输电技术中,特高压±800千伏输电技术成为输电主干线路建设的主要技术,新增输送容量达217吉瓦,占比达68%;超高压±500千伏输电技术仍发挥重要作用,为距离较近区域间的电力输送提供有力支持。第三,在2016-2040年间,我国能源供给侧发生结构性变革,火电装机容量和发电量占比将于2040年分别降至39.4%和48.9%以下;可再生能源发展迅速,风电和光电逐步成为我国电力生产的主力,其装机容量占比分别达到21.9%和19.5%。第四,三北区域成为电力生产和供应的主要区域,风电和光电集中于三北区域,水电集中于华中和南方区域,核电同样得到较大规模发展,集中于华东、南方和华中区域。第五,停电事故损失因素并未抑制电力大规模跨区域的输送,但电力输送流向呈现出减少电力中转,避开停电事故高发区域的趋势。此外,不论在电力开发或跨区域输送方面,三种电力需求情景下优化出的结果均具有高度地一致性。可再生电力装机容量和发电量占比均可达到53%和37%以上;而跨区域电力输送总容量则分别达到601(高速)、400(中速)和295(低速)吉瓦。优化结果仅存在数量上的差异,并无结构性的变化,体现了本文模型的有效性和稳定性。
【学位授予单位】：中国地质大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TM72;F426.61
【图文】：

全口径,发电量,容量,电力

图 1.1 我国全口径电力装机容量与发电量国可再生能源资源与负荷中心逆向分布的国情决定了西电东送和北电配置格局，输电通道建设的不成熟以及输电效率低下是造成可再生电的主要原因。如图 1.2，对于可再生能源，水能开发集中在华中和南方区光能开发则集中在三北区域。可再生电力远离负荷中心且资源所在地后，电力消纳能力有限，而华东等负荷中心区域电力生产能力不足但高。这一矛盾使得可再生电力只有通过大规模跨区域输送，才能得到在国家大力支持下，自 2000 年以后，我国超高压、特高压直流输电工到了快速发展。截至 2018 年，我国跨区域直流输送能力达到 192 吉1.2 可以看到，西电东送、北电南送的格局明显。西北区域是我国主要区域，具有向外输送大量电力的能力，华东区域是我国主要的电力输华中区域则承担起了“中介”的作用。输送通道的建设让电力从发电端端成为可能，为促进可再生电力有效利用提供保障。然而，即使以电2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018year

吉瓦,输送容量,电源,区域

在国家大力支持下，自 2000 年以后，我国超高压、特高压直流输电工程的建设得到了快速发展。截至 2018 年，我国跨区域直流输送能力达到 192 吉瓦，结合图 1.2 可以看到，西电东送、北电南送的格局明显。西北区域是我国主要的电力输出区域，具有向外输送大量电力的能力，华东区域是我国主要的电力输入区域，而华中区域则承担起了“中介”的作用。输送通道的建设让电力从发电端输送到用电端成为可能，为促进可再生电力有效利用提供保障。然而，即使以电网运行小时数达 5000 小时，电力满负荷输送和百分之百消纳计算，2018 年我国跨区域输送电量为 0.96 万亿千瓦时，仅贡献了全社会用电量的 14%。而实际情况则远未达该比例，《浙福特高压交流等十项典型电网工程投资成效监管报告》指出部分工程输电能力发挥不充分

超高压直流输电

（a）我国超高压直流输电线路布局

【参考文献】