国外电力系统大电网发展趋势分析

国外电力系统大电网发展趋势分析
1 国外常规电网发展情况分析
由于电力交易需求的发展和不同电源互补调剂的需要，国外常规电网同步网的规模有增大的趋势。

（1）北美电网互联情况
北美电力系统包括了美国东部、西部和得克萨斯以及加拿大魁北克4个互联系统。

美国东部、西部和得克萨斯3大系统之间只有非同步联系。

东部电力系统和西部电力系统分别与加拿大的几个地区电力系统并网运行，西部的加利福利亚电网和南部得克萨斯电网与墨西哥电网连接。

加拿大、美国、墨西哥三国主要因能源构成不同和电力交易需求的发展促进了电网互联。

新英格兰的大部分是燃油发电机及核电，电价比较高，因此从加拿大的新不伦瑞克和魁北克引入水电。

魁北克和安大略的水电供给纽约和新泽西地区。

在1989－1990年加拿大干旱时期，纽约向魁北克送电。

美国西北部从加拿大不列颠哥伦比亚进口水电，输送到整个西部，主要是加利福尼亚地区。

加州还从墨西哥进口地热电力，按照固定的协议送电。

西南部地区基本自给自足，只与墨西哥有少量交换。

国际互联一般作为后备。

加拿大和美国各地区之间已建有许多联络线。

1998年统计，在美国－加拿大之间有79条输电线，美国－墨西哥之间有27条输电线，大部分为交流输电线路。

最大的输电项目是丘吉尔瀑布电站从拉布拉多至魁北克及美国新英格兰，通过长期合同输送丘吉尔瀑布发出的电力。

美国西部电网的南部加利福尼亚州与墨西哥之间也有三条230kV线路和一条69kV联络线路，德克萨斯和墨西哥之间有几条138kV线路和一些其他线路。

（2）巴西电网互联情况
巴西水电资源和电力负荷中心分布不均衡，因此采取加强电网互联的措施，以实现能源的传输和利用。

巴西电网结构按区域可分为南部电网、东南及中西部电网，北部和东北部电网，通过互联形成全国同步电网。

其中南部地区－东南部地区电网通过750kV伊泰普交流干线实现同步互联。

北部－东北部地区电网由单
回500KV的交流线路的互联。

北部－南部通过单回500KV交流线路互联，实现跨流域补偿。

在巴西南部－北部互联网的系统模拟中验证，南部－北部电网互联后两个子系统之间存在0.17Hz的超低频振荡，因此设计了两组由可控硅控制的串联补偿装置，用于抑制这一振荡。

可控硅控制的串联补偿装置安装在500kV联络线的两端。

（3）印度电网互联情况
目前，印度电力部门正在计划发展国家输电系统，为进一步开发大容量发电厂而建设大容量的输电线路，同时使大区之间可以自由地交换电力。

已有若干大电厂处在计划阶段，同时计划建设大容量的输电走廊，使这些电厂的电力可向一个以上的大区供电。

在东部地区有可用的煤，计划在东部地区开发一个大容量的火电厂，用高压直流线路把这个发电厂的电力向南部地区输送。

有了国家电网，各大区之间可以自由交换电力，不会出现一个大区电力过剩而同时有另一个大区缺电的情况。

形成强大的国家互联网以后，可取得负荷错峰效益和水、火电调剂效益，可减少装机容量。

估计在第11个计划末期（2001-2012年），通过建设强有力的国家互联网，可减少约800万千瓦的装机容量。

印度计划于2012年完成国家电网互联。

目前计划已经做好，正在进行进一步的研究，以便最终确定长期的输电计划，为了完成国家的互联网，交流400kV、765kV和 800kV直流输电线路均有可能被采用。

（4）俄罗斯电网互联情况
在俄罗斯《2000年版能源战略》中，继续发展统一的全国大电网是一项重要的内容，并且特别强调加强区域间的联络线，主要课题如下：
●为了加强全国大电网的功能，将继续建设俄罗斯境内东部区域和欧洲区
域之间的500kV和1150kV线路以加强大区之间电气联系的强度，2010
年以后，还计划建设东西向的直流输电线路。

这些电网建设项目主要用
于将东部区域的煤电电力输送到欧洲区域，同时实现减少由东向西的煤
炭运输份额。

●继续加强中部电网和周边区域电网之间的电气联系，以充分利用部分区
域的剩余电力。

●继续加强西北区域和中部区域之间的输电通道的输电能力。

完成西伯利亚等东部各区域电网之间的同步联网，实现全俄7大区电网同步运行。

为了实现上述目标，2020年以前，俄罗斯估计需要新建 330kV以上的输电线路25000～35000千米。

前苏联1990年有11个大区电网，原来的发展趋势是形成全国的同步大电网。

苏联解体以后，乌克兰、哈萨克斯坦、白俄罗斯、波罗的海三国等国家电网也相继分离出去，各地区电网分别由各个独立的共和国管理。

俄罗斯境内有70个地区电网，其中的65个仍互相连接，形成一个大同步电网，由俄罗斯统一电力系统股份公司（EES）管理。

最近，俄罗斯境内的地区电网增加到78个，其中的69个由220～1150kV（降压运行）输电线路连接在一起形成一个大同步网，500多个发电厂同步运行。

2001年初，大同步网的发电容量为1.922亿千瓦，占全国总发电容量的94％。

2000年大同步网的最大发电负荷为1.287亿千瓦。

大同步网的调度由中央调度中心、下属的7个大区调度所、地区调度所、发电站和供电监理所等分层管理。

2000年6月，俄罗斯大同步网和哈萨克斯坦电网恢复同步联网运行，同年9月，中亚地区的吉尔吉斯坦、塔吉克斯坦、土库曼斯坦等国家电网与哈萨克斯坦电网实现同步联网，2001年8月乌克兰和莫尔多瓦两国同步联网，随后不久与俄罗斯大同步网同步联网。

至此，2001年秋季独联体的12个加盟国中除亚美尼亚以外，全部联成同步网运行。

1995年波兰、匈牙利、捷克、斯洛伐克等东欧4国电网与俄罗斯大同步网解网运行，改为与西欧部分国家联网形成欧洲电网（TESIS）。

前苏联与东欧各国之间建了11回联络线（750kV3回， 400kV4回，220kV4回）。

俄罗斯方面希望以这些线路作为基础，将来与欧洲其它国家联网形成统一电力市场。

如果东、西欧电网实现互联，那么俄罗斯将成为参加国中最大的电力输出国。

而乌克兰、白俄罗斯、莫尔多瓦、波罗的海三国等，可通过提取输电费用获得利益。

有关各国的电力专家对东西欧的联网方式进行过讨论，认为近期有可能采用直流联网。

如果采用同步联网方式，主要问题是西欧和俄罗斯电网的系统频率等系统运行规程需要达成一致，需要解决的问题不少，遇到相互抵触的部分，要求俄罗斯方面采用西欧的标准。

（5）欧洲电网互联情况
欧洲正在积极加紧电网互联，其发展目标是通过电网互联创建一个跨欧洲大陆的电力市场。

欧洲国家对国际电网互联持积极态度，认为更多的国际间电网互联可促进电力市场发展和提高电网供电安全水平。

跨国界输电将使得供电紧张的国家有机会从邻国的电网获得支援。

欧洲已有的互联电网对保障电力供应起到了积极的作用，例如2003年夏天高温迫使法国一些核电站关闭、造成供电紧张时，法国就得到了西班牙的电力支援。

西欧互联：330kV及以上的联络线路在瑞士、德国之间有7条、在瑞士、法国之间有3条，在瑞士、意大利之间有2条，上述几国与荷兰、奥地利等国之间有21条。

这一西欧联合电网的装机容量达4.2亿千瓦，年发电量1660TWh。

各国之间每年有大量电力交换。

北欧与欧洲大陆电网互联：北欧的电力联营（挪威、瑞典和芬兰）有60％是水电，而南欧水电发电量只占总发电量的15％，因此北欧与南欧的国家进行电力交换可实现水火电共济。

因为需要联网需要跨越波罗的海，所以采用直流联结，而且大胆设想的“波罗的环”工程提出了用换流站和联络线把波罗的海全部围起来，它还包括一个很长的直流线段，但是现在只有很少几个直流联接项目已建成或已批准。

南欧与北非电网互联：北非各国电网于1997年成功地联入欧洲电网。

从长远看，欧洲电网还希望通过土耳其与东欧及中东埃及、约丹、伊拉克、叙利亚等国的电网互联。

总之，欧洲电网正在原有互联电网的基础上扩大电力系统互联的规模。

新的一轮互联的主要动力是有关各国希望促成在大陆规模上的全面互联，而任何经济上可行的电力交换在技术上都是可能的。

欧洲互联系统在巴尔干西部重新加上罗马尼亚和保加利亚的联结以后，将来有进一步与俄罗斯、乌克兰、白俄罗斯和莫尔多瓦等国的互联网连接的趋势。

这两个非常大的系统的尖峰负荷分别达3.0 亿千瓦和1.5亿千瓦。

西欧与东南欧之间高压输电线最近实现了并网：2004年10月10日，在克罗地亚境内完成的西欧和东南欧之间高压输电线并网，为斯洛文尼亚与东南欧之间开展电力能源贸易创造了机遇。

这次并网是13年之后，东南欧与西欧之间电网重新联结，有助于改善东南欧电力供应的稳定性，并形成了世界上最大的电力
传输网，为扩大能源贸易并向亚洲地区拓展提供了机遇。

2 分布式电源对电网结构影响分析
分布式电源指非直接接入大输电系统的电源，包括发电机和储能设备的电能输出，类型主要包括小型燃气轮机、微燃机、内燃机、燃料电池、太阳能光伏电池、风能、生物质能等发电设备。

分布式电源的具有容量较小、出线电压和接入网电压低（35kV以下，典型电压等级为380V））和电能就近消耗（一般直接接在用户端）等特点。

分布式一词是相对于大电厂和大电网的能源集中生产及运营方式而言的。

它把二次能源供能点分散到很多企业、社区、大厦、医院、学校、写字楼甚至个别家庭住宅中去。

目前应用较多的为热电冷三联供，它主要是利用小型燃气轮机或燃气内燃机燃烧天然气发电，对做功后的余热进一步回收，用来制冷、供暖和生活用热水。

使用能源主要为天然气，也有少量使用石油气、沼气和煤层气等。

主要有区域式和楼宇式两种。

分布式电源在美国、日本、英国发展较快，目前全球绝大多数的商用分布式发电设备均由美国提供。

美国规划在今后10-15年，分布式电源占美国发电量10%-20%。

美国的天然气资源丰富，而且分布较均衡，因此分布式电源发展空间较大。

按以前的估计，分布式电源的供电方式将来有可能蚕食掉传统大电网的部分发展空间，对电网结构有较大的影响。

但近年来由于能源价格飙升，使得蕴藏量更为丰富而价格相对较为低廉的煤炭在美国重新受到重视。

美国煤炭资源丰富，已探明的煤炭储量已达3040亿吨。

目前美国煤电比例占５０％外，核能发电比例为２０％，天然气发电比例为10％，其他燃气发电比例为８％，水力发电的比例为７％，石油发电所占比例为２.５％，其余为可再生能源发电。

由于天然气价格上涨，一些发电企业打算增加煤炭发电的比例。

2004年，美国的煤炭产量创历史新高，达到12亿吨，比2003年的产量高出3.7%。

美国最大的煤炭生产商Peabody 能源公司预计2005年美国煤炭需求量将达到历史新高，并计划到2010年年底前将该公司的年产量提高一倍至4亿吨。

美国能源部预计到2020年美国需要新增电力4亿千瓦，相当于400座大型电厂。

有些电厂需要建在中西部，但有一点很
明确，核电和煤电必须置身其中。

从上述情况看，今后15年，分布式电源发电量占美国发电量的比例估计只能接近原规划数值的下限，即：10%。

因此，估计美国分布式电源供电方式将不会对美国大电网的结构产生大的影响。

3 美国国家电网设想方案
2001年5月白宫报告“国家能源政策”在调研了美国能源基础设施后提出了建议，其中之一是“能源部应就输电可靠性和超导项目开展研究和开发工作。

”和“调研建立国家电网益处，找出输电的瓶颈以及消除输电瓶颈的措施。

”
2002年5月美国能源部对美国输电系统的主要瓶颈进行详细的评估，发布了“国家输电网研究”报告。

该报告明确指出，如果在下一个十年，全国输电系统没有明显的改进和升级，其可靠性落后于经济的要求并会使用户蒙受巨大的损失。

报告提出了51 项建议以消除输电瓶颈及实现电力基础设施的现代化。

2003年7月美国能源部召开有200多人参加的“电力输送技术路线图研讨会”，进一步研讨美国国家电网“Grid 2030计划”的研究、开发、示范工程（RD&D）的具体化工作。

美国国家电网“Grid 2030计划”还是一个很初步的设想。

在美国业界内部，也有不同的看法。

美国国家电网方案设想的国家电网由国家电力主干电网、区域互联电网、及地方电网组成。

其中，国家电力主干电网设想由超导输能管道网络组成。

超导输能管道含超导直流输电线路和液态氢输送管道。

美国国家主干网主要功能：
• 可以在全国范围内平衡供需，扩大了分配电力的范围
• 从众多电源中选取高效的发电厂，对用户进行公平的服务
• 从季节、天气及其它差异中相互补偿而使系统的效率更高，包括需求侧管理• 为建立国家级电力市场打基础
图4-1 国家电力主干网设想方案
图4-2 超导输能管线
美国国内对超导输能管道网络设想尚存在以下不同意见： • 投资太大，资金从何而来，对市场影响如何
• 解决了哪些问题，又造成了哪些问题，风险大
• DC 网络的潮流控制问题，双向潮流？
• 有SuperGrid 就可全网同电价，是理想化
• 超导输能管道网络故障后果如何，运行及维护、可靠性问题 • 众多变流器的系统运行问题。