2023年,全球能源供应短缺持续蔓延,国际能源供需形势依然错综复杂,国内经济恢复发展带动能源需求稳定增长,区域性、时段性能源供需矛盾依然存在。在推动新型电力系统建设的背景下,我国能源安全与供需平衡仍面临较大考验。
电力供需矛盾对我国电网规划布局提出了新的要求,迫切需要加强电网主网架和配电网建设,提高跨区域电力输送能力和大型清洁能源基地外送能力,以及应对极端天气等突发因素的抗风险能力。面对电力供需紧张,必须立足我国能源资源禀赋,统筹发展与安全、统筹保供与转型,警惕极端天气、地缘政治等“黑天鹅”因素引起的电力供需紧张,提前做好电网规划,有效应对各类风险冲击,防范潜在问题的发生。
我国电力供需现状和特点
目前我国电力供需不平衡存在以下主要特点:
我国电力投资和建设取得长足发展,装机容量不断提高,但随着国民经济持续增长、疫情后居民消费稳定恢复,经济社会对于电力需求增长不断加快,整体上,我国电力供需仍处于紧平衡状态。
电力需求与供给间存在局部不平衡的矛盾。我国资源分布与需求存在逆向分布,东部、中部地区用电需求较大,但能源资源比较匮乏,西部地区用电需求较小,而能源资源比较丰富,因此造成了“东部缺电,西部窝电”的问题。
电力供需存在季节性不平衡问题。我国夏季和冬季的用电量处于高位运行,迎峰度夏期间,华东、华中等区域供需偏紧,迎峰度冬期间,华东、华中、华北等区域电力供需紧张。由于输电容量限制,迎峰度夏、度冬期间,西部的电量难以送到华东、华中等负荷中心。
极端天气引起供需不平衡。2022年7、8月,我国出现了近几十年来持续时间最长、影响范围最广的极端高温少雨天气,叠加经济恢复增长,拉动用电负荷快速增长,全国有21个省级电网用电负荷创新高,华东、华中区域电力保供形势严峻,浙江、江苏、安徽、四川、重庆、湖北等地区电力供需形势紧张。
我国清洁能源基地布局
“十四五”期间我国将重点打造冀北、松辽、新疆等“九大清洁能源基地”和福建、浙江等“五大海上风电基地”,以大型清洁能源基地为重要抓手,通过重大基地支撑发展,通过示范工程引领发展,加快实施可再生能源的替代工程,持续加强新能源电力消纳和跨区输送能力建设,有序推进风电、光伏发电的集中式开发,积极推进多能互补的清洁能源基地建设,促进可再生能源高比例、高质量、低成本、市场化发展。在西部、北部等新能源资源富集地区,科学规划、布局一批以新能源为主的电源基地和电力输送通道,实现新能源电力全局优化配置。
除以上清洁能源基地布局外,“沙戈荒”“藏东南”等清洁能源基地开发也是重要发展方向。我国西部、北部地区的沙漠戈壁荒漠地区拥有优质而丰富的太阳能和风能资源,2022年12月14日中共中央国务院印发《扩大内需战略规划纲要(2022~2035年)》,明确指出要大幅提高清洁能源利用水平,建设多能互补的清洁能源基地,以沙漠、戈壁、荒漠地区为重点加快建设大型风电、光伏基地;藏东南地区水电、光伏资源禀赋优异,是未来西藏清洁能源基地开发的重点地区,2022年6月,我国发布了《“十四五”可再生能源发展规划》,统筹推进藏东南等水风光综合基地一体化开发。
我国部分清洁能源基地存在电力外送通道建设相对滞后、配套电源调峰能力弱、外送电源和电网建设不协调等问题,这些都是清洁电力大规模外送的掣肘因素,在建设新型电力系统过程中亟需补强。
我国特高压工程规划现状
为解决新能源大基地送出问题,加大跨区外送能力建设成为必然。光伏、风电等装机量持续攀升和大型新能源基地开发,对构建特高压直流联合外送系统提出了迫切需求。
截至2021年底,我国已建成特高压直流工程17项,输电容量合计约1.4亿千瓦,线路长度约3万千米,建成特高压交流工程15项,线路长度约1.4万千米,形成“17直15交”格局,覆盖我国七个区域电网,为大规模开发西部大型能源基地外送创造了条件。“十四五”期间,国家电网公司规划建设特高压线路“24交14直”,涉及线路3万余千米。
考虑我国能源资源与能源消费呈逆向分布的基本国情以及区域间水火互补、丰枯互济联网效益且彼此为邻的地理特点,我国特高压电网仍存在薄弱区域,如“三华”与东北、西北与川渝藏间联系相对薄弱,西部和北部清洁能源外送能力有待加强,未来需在重点区域特高压工程建设方面加快布局与建设。
从电网规划视角分析我国电力供需不平衡原因
区域能源分配不均衡的结构性矛盾
我国中东部地区用电需求大,能源资源较为匮乏,西部用电需求小,但能源资源丰富,这种负荷中心远离资源中心的现状需要通过特高压等方式解决。同时,我国电力供应以煤电为主,上游煤炭价格大幅度上涨,煤电成本大幅度增加,给煤电企业正常经营带来极大的压力,进而影响到煤电机组的正常运行。在严重的情况下煤电机组发不起电,有装机、无出力,会给电力供需平衡带来极大的影响。
风、光等新能源接入给电力实时平衡带来不确定性
随着新能源装机容量的快速增长,新能源接入对大电网供需平衡的影响越来越值得关注。风光等新能源具有随机性、波动性、间歇性等特点,其出力往往与负荷曲线波动的趋势相背离,即在负荷高峰时出力低,在负荷低谷时出力高。需要备用大量常规的火电机组为新能源调峰,以对冲其波动带来的不平衡。截至2022年底,我国可再生能源装机达到12.13亿千瓦,占全国发电总装机的47.3%,其中风电3.65亿千瓦、太阳能发电3.93亿千瓦。随着新能源在系统中比例越来越大,需要备用的调峰机组容量也越来越大,保持电力供需平衡的难度也越来越大。当出现极端天气带来风机、光伏出力极低甚至为零的情况下,可能因为备用机组容量不足导致系统供需失衡。
电网主网架布局不够完善,跨省输送能力不足
我国已建成的特高压输电线路让“西电东送”能力大大提升,但在局部区域的布局仍不完善。以川渝地区为例,成渝地区与周边地区还未建立坚强的互补互济电网,2022年夏季极端高温天气叠加降水少、用电负荷大等因素,引起川渝地区供电不足,其他区域电力难以送入,造成川渝地区出现较大规模的“用电荒”。
局部地区配网结构薄弱
目前,我国很多地区的配电网存在电力规划不到位、建设滞后等问题,不能满足高峰时期用电需求,在老旧城区、偏远地区和发展过快超出规划预期的地方,这种情况表现得尤为突出。主要有以下几方面问题:一是配网规划与城市规划没有进行紧密的联系,以及城市园区的建设、拆迁等不确定性因素给电网的负荷预测造成了一定的困难,容易引起电网负荷不平衡、电网与社区建设不匹配等问题;二是随着用户的发展,分支线路逐渐延长,所接配电变压器逐渐增多,负荷逐渐变大,有的分支线所挂的配电变压器达十多台,负荷容量较大,在运行中经常发生支线过负荷,引起停电故障;三是配网设备不合理,在配电网中存在着劣质绝缘子、穿墙套管,在各种过电压的作用下会发生击穿,造成线路故障;四是随着工业发展逐步向农村转移,农村对电网的需要也在不断加大,农网线路接线基本是单电源树状结构,且线路开关数量少,线路保护设备简陋,设备老化严重。