特高壓將構(gòu)建跨區(qū)輸電主動脈

能源產(chǎn)地與用電荷載呈逆向分布近年來，沿海地區(qū)高速發(fā)展帶動區(qū)域用電量猛增，當(dāng)?shù)卣疄闈M足電力供應(yīng)而不斷新建火電設(shè)施，導(dǎo)致霧霾等問題隨之而來，地方陷入經(jīng)濟發(fā)展與環(huán)境治理的矛盾之中。與此同時，西部地區(qū)能源充足，經(jīng)濟結(jié)構(gòu)單一，環(huán)境尚有很大承載空間。“西電東送”、“沿海地區(qū)以電代煤”是優(yōu)化全國資源配置，同時滿足東、西部長期利益的戰(zhàn)略舉措?？鐓^(qū)輸電還將有助于解除制約新能源開發(fā)的送電瓶頸；同時為新能源汽車發(fā)展將帶來的巨大用電需求做好充分準(zhǔn)備。在國家能源戰(zhàn)略結(jié)構(gòu)調(diào)整的大框架下，跨區(qū)輸電將是我國未來電網(wǎng)發(fā)展的必然趨勢。特高壓輸電技術(shù)相比現(xiàn)有超高壓技術(shù)輸電能力強、土地占用少，是滿足未來大規(guī)模跨網(wǎng)輸電的最佳選擇。2013年底開始，政府高層對特高壓態(tài)度逐漸轉(zhuǎn)為堅定支持，爭議已久的特高壓建設(shè)將迎來春天。我國計劃2020年建成 “五橫五縱一環(huán)網(wǎng)”特高壓交流線路、27條特高壓直流線路。國家能源局近期正式下發(fā)文件批復(fù)12條電力外送通道，其中明確提出4交4直合計8條特高壓工程建設(shè)方案，并首次明確線路建設(shè)時間表，計劃2017年年底前全部投產(chǎn)。2014-2015年我國特高壓工程投資總額將分別達到1200、1400億元，預(yù)計2016-2020期間年均投資額約1500億元。經(jīng)濟發(fā)展與環(huán)境治理矛盾突出目前中國是世界第二大能源生產(chǎn)國和消費國，保障能源安全、穩(wěn)定供應(yīng)成為經(jīng)濟社會發(fā)展的重要支撐。總體來講，我國的能源結(jié)構(gòu)同西方國家有很大不同，煤炭資源儲量豐富，油氣資源則相對貧乏。根據(jù)國家統(tǒng)計局數(shù)據(jù)，我國石油、天然氣、煤炭基礎(chǔ)儲量分別為33億噸、4.4萬億立方米、2300億噸。折合成標(biāo)準(zhǔn)煤后，油氣兩者合計占比不足6%，而煤炭儲量超過90%。2013年我國一次能源消費合計約27億噸油當(dāng)量，其中約70%來自于煤，油氣約23%。由于能源儲備影響，我國發(fā)電方面以煤電為絕對主導(dǎo)。2013年煤電占全國發(fā)電量的80%以上，水電約占15%，新能源不到5%。煤資源的利用存在環(huán)境污染等諸多缺點，我國過去也曾努力降低煤炭消費的比例。然而，受制于“一煤獨大”的先天不足，加之國家能源安全的戰(zhàn)略考量，過去多年努力收效并不明顯。改變目前能源結(jié)構(gòu)非常困難，即使新能源等快速發(fā)展，在未來相當(dāng)多的年份中，煤電仍將是我國電力供應(yīng)的主流。過去我國電力建設(shè)主要遵循區(qū)域自給的原則，電源建設(shè)和用電荷載距離較近，電力以網(wǎng)內(nèi)調(diào)度為主，所需煤炭從內(nèi)蒙、山西等能源基地通過鐵路運往各地電廠。這種模式可以降低輸電損耗，且各省可根據(jù)自身用電情況靈活建設(shè)，在過去為經(jīng)濟發(fā)展帶來了很大便利。然而，近年沿海地區(qū)的高速發(fā)展帶動區(qū)域用電量猛增，由于跨區(qū)送電建設(shè)不足，當(dāng)?shù)卣疄闈M足電力供應(yīng)而不斷在區(qū)域內(nèi)新建火電設(shè)施，導(dǎo)致京津塘、長三角等經(jīng)濟發(fā)達地區(qū)火電密度遠超全國平均水平。隨著火電密度的不斷提升，我國尤其是沿海地區(qū)的環(huán)境承載力迅速降低，近年來沿海地區(qū)空氣污染問題愈演愈烈。2013年霧霾波及25個省份、100多個大中型城市，平均霧霾天數(shù)達29.9天，對民眾身心健康產(chǎn)生了嚴(yán)重影響。中科院研究表明，燃煤為城市霧霾最大來源之一，直接來源占比18%以上，二次無機氣溶膠也部分由燃煤產(chǎn)生。因此，沿海地區(qū)限制火力發(fā)電，成為解決霧霾的關(guān)鍵手段之一。2013年9月，國務(wù)院發(fā)布《大氣污染防治行動計劃》，明確要求京津冀、長三角、珠三角實現(xiàn)煤炭消費負增長，除熱電聯(lián)產(chǎn)外，禁止審批新建燃煤發(fā)電項目。同時，環(huán)保部印發(fā)《京津冀及周邊地區(qū)落實大氣污染防治行動計劃實施細則》，進一步加強了火電限制、及小電機組淘汰。與此同時，沿海地區(qū)的發(fā)展卻在不斷刷新對電力的需求。根據(jù)能源局統(tǒng)計，電力相對GDP的彈性系數(shù)約為0.8，假設(shè)宏觀經(jīng)濟增長保持在7.5%，則未來電力需求年增速約在6%。由此則問題產(chǎn)生：一方面，經(jīng)濟發(fā)展需要加大電力供應(yīng)；另一方面，霧霾治理卻需要限制火電。在我國“一煤獨大”的能源結(jié)構(gòu)下，沿海地區(qū)經(jīng)濟與環(huán)境的困局隨之而來，兩者矛盾日益明顯。根據(jù)相關(guān)測算，在火電嚴(yán)格零增長的條件下，北京、天津、江蘇等電力消費大省(市)未來五年電力總?cè)笨趯⒁源笥?0%的速度增長。因此對于沿海地區(qū)，破解供電難題的近乎唯一方法在于加大外省電力輸入，“以電代煤”。相較而言，我國煤炭資源近80%集中在西北部地區(qū)，而該地區(qū)煤電裝機卻只占全國的25%，火電密度遠低于沿海地區(qū)，尚有非常大的環(huán)境承載空間。西北地區(qū)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)較為單一，自身的火力發(fā)電產(chǎn)能已經(jīng)過剩，加之電力外送不暢通，導(dǎo)致電廠向高能耗企業(yè)回復(fù)優(yōu)惠電價，加劇了能源浪費。在西部建設(shè)電廠后，由輸煤轉(zhuǎn)變?yōu)檩旊姡粌H可以統(tǒng)籌東西部環(huán)境容量，西部地區(qū)還可以通過電力外送分享東部省份經(jīng)濟發(fā)展福利，充分利用火力發(fā)電產(chǎn)能，淘汰高能耗項目，節(jié)省鐵路運力。根據(jù)能源局《2014年能源工作指導(dǎo)意見》，我國“十二五”期間將建設(shè)16個大型煤電基地，2014年鄂爾多斯、錫盟、晉北、晉中、晉東、陜北、寧東、哈密、準(zhǔn)東等9個煤電基地開工和啟動前期工作規(guī)模7000萬千瓦，占全國煤電總裝機的8%。發(fā)電站規(guī)模的提升可以顯著提高煤炭燃燒效率，并降低應(yīng)用先進環(huán)保技術(shù)的單位成本，從而獲得更低單位煤耗及排放，減少對環(huán)境影響。因此“西電東送”、“加快能源基地建設(shè)”、“沿海地區(qū)以電代煤”是優(yōu)化全國資源配置，同時滿足東、西部長期利益的戰(zhàn)略舉措，跨區(qū)輸電將是我國未來電網(wǎng)發(fā)展的大趨勢。新能源送電瓶頸亟待打破我國新興能源資源豐富，具有大規(guī)模開發(fā)的潛力，加快新能源開發(fā)利用是國家進一步推進節(jié)能減排、保證能源供應(yīng)可持續(xù)性的關(guān)鍵之一。根據(jù)我國“十二五”戰(zhàn)略規(guī)劃，到2020年新能源將成為能源需求中增量部分的供應(yīng)主力，加水能合計占一次能源消費總量的15%；到2030年，新能源將成為主流能源之一，加水能共提供20%以上的一次能源。我國風(fēng)能主要集中在“三北”地區(qū)(內(nèi)蒙古、西北、東北)，風(fēng)電并網(wǎng)裝機容量和發(fā)電量都占全國的85%以上。我國風(fēng)電行業(yè)在2006年左右開始起步，2009-2010年行業(yè)迎來了爆發(fā)式增長，2010年之前新增裝機增長率連續(xù)4年超過100%。然而，配套輸電未能按時就位，對風(fēng)電消納造成了很大阻礙，2011-2012年棄風(fēng)現(xiàn)象嚴(yán)重，之后新增裝機量受到重挫。尤其在冬季，為了保證城市供暖熱電機組開啟，電網(wǎng)優(yōu)先消納熱電機組所產(chǎn)生電力。由于缺乏外送通道，風(fēng)電所發(fā)電力不能被消納，只好白白棄掉，冬季棄風(fēng)率甚至高達20%。能源浪費的現(xiàn)象同樣出現(xiàn)在水電領(lǐng)域：由于配套送電通道建設(shè)嚴(yán)重滯后，水能資源豐富的四川、云南兩省連續(xù)多年“棄水”。目前，西南大型水電能源基地進入集中投產(chǎn)期，金沙江、雅礱江流域電廠密集投產(chǎn)，但電網(wǎng)外送通道卻沒有增加，未來水電送出與消納的壓力更為明顯。此外，光伏發(fā)電領(lǐng)域也存在同水電類似的掣肘，部分電站出現(xiàn)“棄光”問題。綜上所述，我國目前各能源基地所遇到通病可總結(jié)為：能源產(chǎn)地和用電荷載呈逆向分布，而兩者間又缺乏足夠輸電通道，從而導(dǎo)致了能源被大量丟棄。因此，加強能源基地配套電力送出工程建設(shè)，從而充分解除新能源開發(fā)瓶頸，是未來電網(wǎng)發(fā)展的迫切需求。由于我國單一的能源結(jié)構(gòu)，特定種類資源(如石油、天然氣)僅靠本國生產(chǎn)已經(jīng)不能滿足日益增長的能源需求，國家能源對外依賴度逐年升高。2006-2013年我國原油進口每年以超過10%速度增長，而國內(nèi)原油產(chǎn)量則一直維持在2億噸/年水平，導(dǎo)致原油對外依存度迅速上升。2013年底進口原油比例接近60%，超過警戒線水平約30個百分點。天然氣情況略好于原油，但近年也有快速惡化的趨勢。2006-2013年間，我國天然氣對外依賴度從自給自足迅速攀升至30%以上，同樣達到警戒線水平。為了從戰(zhàn)略層面保證國家能源安全，降低油氣對外依賴程度是我國未來能源結(jié)構(gòu)調(diào)整必須完成的目標(biāo)之一，直接關(guān)系到國家和民族的核心利益。石油、天然氣的用途可大致分為兩類：工業(yè)用途、汽車燃料。過去我國主要以工業(yè)用途為主，近年受我國汽車行業(yè)發(fā)展帶動，汽車燃料占油氣消費的比例快速上升。2007-2013期間我國原油消費增長的主要推力來自汽車行業(yè)，截至2013年底兩大類用途已基本持平。工業(yè)用途方面，油氣是化工等行業(yè)生產(chǎn)必不可少的原材料之一，幾乎不存在可替代品，因此通過限制油氣的工業(yè)應(yīng)用來降低對外依賴，短期內(nèi)較難實現(xiàn)。與此相反，汽車領(lǐng)域卻存在替代傳統(tǒng)燃油的機會。近期來講，電驅(qū)動汽車正在逐步市場化，在我國受到政策的大力支持。電驅(qū)動汽車以電力作為能量來源(“以電代油”)，因而解除了對原油的依賴。遠期來講，燃料電池汽車最接近汽車的最終形態(tài)(“以氫代油”)，而燃料電池所用氫氣最終仍通過電能制備(如電解水等方法)，因此也不受一次能源類型的制約。2013年我國汽車保有量約為14000萬輛，對應(yīng)原油消費約2.3億噸，占年度原油消費總量的47%。如果最終新能源汽車成功替代傳統(tǒng)燃油車，我國原油需求將降低一半，對外依賴度將重新回歸至自給自足的安全狀態(tài)。因此，發(fā)展新能源汽車是確保我國能源安全的重要組成部分，其意義及背后推動因素遠不止外界普遍認為的“霧霾治理”這么簡單。按照能量等效的原則測算，若傳統(tǒng)汽車全部轉(zhuǎn)變?yōu)殡婒?qū)動汽車，原來2.3億噸原油所對應(yīng)的電力約為2.7萬億千瓦時；若轉(zhuǎn)變?yōu)槿剂想姵仄嚕苽涞刃淙剂纤桦娏s為4.4萬億千瓦時。2013年我國全年用電量約為5.3萬億千瓦時，未來新能源汽車發(fā)展將使我國電力需求近乎翻一番。考慮到前述資源、環(huán)保等問題，這部分新增電力預(yù)計將主要由西部地區(qū)產(chǎn)生，之后輸送至東部地區(qū)。因此，新能源汽車的發(fā)展將推進跨區(qū)輸電的大規(guī)模建設(shè)。“強交強直”為特高壓發(fā)展方向我國能源戰(zhàn)略結(jié)構(gòu)調(diào)整已經(jīng)拉開序幕，跨區(qū)輸電將由過去輔助配電的小角色，逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)槲磥斫鉀Q東部地區(qū)能源供應(yīng)的“主動脈”。因此，跨區(qū)輸電的推動機理、增長規(guī)模都將同過去發(fā)生翻天覆地的變化，不可照搬歷史經(jīng)驗數(shù)據(jù)。評判輸電方案優(yōu)劣的首要標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)在于輸電能力，即方案能否滿足未來大規(guī)模的送電需求。高冗余方案將為未來電力調(diào)配提供充足空間，減少升級、補建、重建等情況發(fā)生。如果為了省錢而致輸電建設(shè)不足，則可能影響社會生產(chǎn)活動，進而導(dǎo)致更大的經(jīng)濟損失。在滿足輸電的基礎(chǔ)上，其次才是經(jīng)濟性及其他因素考量。在輸電容量上，特高壓輸電相比普通高壓天然地適應(yīng)更大的自然功率。由于當(dāng)電阻一定時，輸送功率與輸電電壓的平方成正比，若輸電電壓提高1倍，輸送功率將提高4倍。相比現(xiàn)有的超高壓輸電，相同條件下特高壓的自然功率是之前的4-5倍，遠比重復(fù)搭建超高壓線路來得經(jīng)濟、方便。而且，從整個電網(wǎng)的發(fā)展來看，輸電電壓等級大約也是以兩倍的關(guān)系增長，當(dāng)用電需求增至4倍時，自然而然地會出現(xiàn)一個更高的電壓等級，特高壓能更好地滿足西部電力大規(guī)模長距離輸送，解決東部用電的“燃煤”之急。特高壓相比其他高壓輸電天然地適宜更長的輸送距離。以500千伏和1000千伏交流輸電在300公里輸送距離下的額定容量為100%標(biāo)定，隨著輸送距離的增加，特高壓送電容量衰減量明顯小于超高壓送電，其輸電容量的距離可延伸性更好。建設(shè)特高壓電網(wǎng)能從根本上解決跨大區(qū)500kV交流弱聯(lián)所引起的電網(wǎng)安全性差的問題，為我國東部地區(qū)的受端電網(wǎng)提供堅強的網(wǎng)架支撐，可以解決負荷密集地區(qū)500kV電網(wǎng)的短路電流超標(biāo)的問題。建造成本方面，以錫盟-南京特高壓交流工程為例，該項目為同塔雙回路，計劃外送規(guī)模940萬千瓦，線路總長1450公里，總投資322億元，單位建造成本約2000萬元/公里。相同輸送能力下，特高壓建造成本約為超高壓的70%。作為參考，高速公路建造成本約1.2億元/公里，鐵路約為2000萬元/公里，國道公路約為2000-5000萬元/公里。整體而言，特高壓在建造成本方面并非天文數(shù)字，而是處于基礎(chǔ)設(shè)施投資的正常范圍。此外，特高壓可以減少走廊回路數(shù)，從而節(jié)約大量土地資源。相同輸電容量條件下，±800kV級特高壓直流與±500kV級超高壓直流輸電技術(shù)相比，輸電線路可以從10回減少到6回。交流輸電方面，500kV交流需要8-10回線路，而1000kV交流僅需要2回線路，節(jié)省輸電走廊寬度約50%。因此，特高壓將顯著提升單位走廊功率密度，在環(huán)保方面存在較大優(yōu)勢。整體來講，特高壓交流、直流兩種方案的整體建造成本沒有明顯差別，兩者各自的優(yōu)、劣勢主要在于技術(shù)層面。特高壓直流的主要優(yōu)勢在于超長距離輸電。交流輸電須用到三根導(dǎo)線，而直流輸電以地面充當(dāng)零線，只需要一根導(dǎo)線，在相同的條件下，直流輸電在線纜方面的投資很少。然而，直流輸電在輸送電兩端的裝置成本較高，主要體現(xiàn)在換流站的固定成本。因此，輸電距離越長，直流輸電的平均建造成本越低。國外經(jīng)驗表明，當(dāng)輸電距離超過1000公里時，特高壓直流輸電比交流輸電更為經(jīng)濟。特高壓直流的主要不足在于直流只具有輸電功能、不能形成網(wǎng)絡(luò)，類似于“直達航班”，中間不能落點，定位于超遠距離、超大容量“點對點”輸電。直流輸電可以減少或避免大量過網(wǎng)潮流，潮流方向和大小均能方便地進行控制。但高壓直流輸電必須依附于堅強的交流電網(wǎng)才能發(fā)揮作用。特高壓交流的優(yōu)勢在于具有輸電和構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)雙重功能，類似于“公路交通網(wǎng)”，可以根據(jù)電源分布、負荷布點、輸送電力、電力交換等實際需要構(gòu)成電網(wǎng)。中間可以落點，電力的接入、傳輸和消納十分靈活，定位于構(gòu)建堅強的各級輸電網(wǎng)絡(luò)和經(jīng)濟距離下的大容量、遠距離輸電，廣泛應(yīng)用于電源的送出，為直流輸電提供重要支撐。特高壓直流、交流輸電只能相互補充，不能互相取代，“強交強直”的混搭模式將是未來特高壓建設(shè)的發(fā)展方向。政策支持特高壓建設(shè)迎來春天2004年國家電網(wǎng)啟動了特高壓關(guān)鍵技研究及可行性分析，并于次年完成了試驗示范工程優(yōu)選。2009年晉東南-南陽-荊門特高壓交流試驗示范工程順利通過試運行，2010年向家壩-上海特高壓直流輸電示范工程投入運行，標(biāo)志著我國在特高壓交流、直流輸電領(lǐng)域都取得了全面突破。然而在此之后，特高壓話題陷入了大量爭議之中，公眾、甚至部分專家從經(jīng)濟性、安全性等角度質(zhì)疑特高壓技術(shù)，導(dǎo)致特高壓線路建設(shè)嚴(yán)重低于預(yù)期。截至目前，我國在建及建成特高壓線路僅9條，其中包括淮南-浙北-上海、晉東南-荊門、浙北-福州三條交流線路、以及向家壩-上海、云南-廣東、糯扎渡-廣東、錦屏-蘇南、哈密-鄭州、溪洛渡-浙江金華六條直流線路。經(jīng)過數(shù)年的爭論與博弈，霧霾治理和能源結(jié)構(gòu)調(diào)整的緊迫性最終促使各方利益實現(xiàn)統(tǒng)一。自2013年底開始，政府高層對特高壓態(tài)度逐漸轉(zhuǎn)為堅定支持，開始大力推進特高壓建設(shè)，久拖不決特高壓即將迎來春天。2014年1月，國家能源局印發(fā)《2014年能源工作指導(dǎo)意見》，提出規(guī)劃建設(shè)蒙西-天津南、錫盟-山東、錫盟-江蘇、寧東-浙江、準(zhǔn)東-華東等12條電力外輸通道，提高跨省區(qū)電力輸送能力，其中包含淮南-南京-上海、錫盟-北京-棗莊、蒙西-天津南、靖邊-濰坊4條特高壓交流線路、以及寧東-浙江、錫盟-泰州、滇西北-廣東、上海廟-山東和陜西-江蘇5條特高壓直流線路。在這份由電力規(guī)劃設(shè)計總院制定、已經(jīng)通過了中國國際工程咨詢公司的評估的電網(wǎng)投資方案中包含4條特高壓交流工程、5條特高壓直流工程以及3條±500千伏輸電通道。據(jù)報道，國家能源局近期已正式下發(fā)文件批復(fù)12條電力外送通道，開展前期工作，其中已明確提出4交4直合計8條特高壓工程建設(shè)方案，并且首次明確線路建設(shè)時間表。國家能源局下發(fā)的文件顯示，2016年計劃投運的線路為“一交一直”特高壓工程，分別為淮南-南京-上海交流線路和寧東-浙江直流線路；2017年計劃投運“三交三直”特高壓工程，分別為錫盟-山東、蒙西-天津南、陜北榆橫-山東濰坊交流線路和錫盟-泰州、山西-江蘇、滇西-廣東(南方電網(wǎng)建設(shè))直流線路。國家電網(wǎng)將負責(zé)建設(shè)其中11條輸電通道，包括9條特高壓線路中的8條。國網(wǎng)2014年特高壓建設(shè)的工作目標(biāo)為“六交四直”，其中交流線路“一投、兩建、四開”，即實現(xiàn)浙北-福州工程年底建成投運，淮南-南京-上海、雅安-武漢兩線開工建設(shè)，同時錫盟-棗莊、蒙西-天津南、靖邊-濰坊、蒙西-長沙四線開展前期工作。直流線路“一投、兩建、兩開”，即確保溪浙工程建成投產(chǎn)，寧東-浙江、酒泉-湖南兩線開工建設(shè)，上海廟-山東、錫盟-泰州兩線開展前期工作。目前，能源局批復(fù)的淮南-南京-上海線路已經(jīng)招標(biāo)，之前發(fā)改委批復(fù)的雅安-重慶-武漢線路年內(nèi)招標(biāo)的可能性很大；直流方面，能源局批復(fù)的寧東-浙江線路有望率先開工。遠期來講，按照國家電網(wǎng)規(guī)劃，我國2017年之前將建成“三縱三橫”，至2020年建成“五橫五縱一環(huán)網(wǎng)”的特高壓交流線路；特高壓直流方面，2017年之前擬建成11條線路，至2020年將建成27條輸電線路。據(jù)此測算，預(yù)計“十三五”期間特高壓工程將達到每年“2交4直”的建設(shè)規(guī)模。根據(jù)上述規(guī)劃，2014-2015年我國特高壓工程投資總額將分別達到1200億、1400億元，預(yù)計未來2016-2020期間年均投資額約1500億元。特高壓建設(shè)的鋪開將為相關(guān)輸變電設(shè)備制造企業(yè)帶來巨大的市場彈性。特高壓交流單條線路建造成本約240億元，其中變電站成本約占總投資額的40-50%，交流線路設(shè)備采購的主要產(chǎn)品為變壓器、電抗器、GIS。根據(jù)以往招標(biāo)結(jié)果，GIS市場目前被平高電氣、中國西電、新東北電氣三家壟斷，其中平高電氣份額最大，約為40%。變壓器市場中，中國西電、天威保變和特變電工各占有約1/3的招標(biāo)份額。另外中國西電和特變電工是電抗器市場上的主要公司。特高壓直流單條線路建造成本約250億元，其中變電站成本約占總投資額的50-60%，換流閥、換流變、控制保護構(gòu)成了設(shè)備采購的主要部分。許繼電氣、中國西電占有了絕大部分換流閥市場，兩者市場份額各約40%。換流變市場中，天威保變、特變電工和中國西電三家企業(yè)各占30%市場份額。控制保護市場被許繼電氣、國電南瑞兩家瓜分，其中許繼電氣中標(biāo)份額占有較大優(yōu)勢。