国外电力
第21卷第5期
2009年10月
电Electric 力技术经济Economics Power Technologic
Vol.21No.5
第.21卷2009Oct
文章编号:1008-1682(2009)05-0062-06
世界跨国互联电网现状及发展趋势
宋卫东
(国网北京经济技术研究院,北京%100761)
摘要:介绍了欧洲大陆电网、北欧电网、东欧/前苏联电网、地中海电网、南部非洲电网、北美联合电网的现状,归纳总结了主要跨国互联电网的联网规划和开展的联网研究,分析了跨国互联电网在联网范围扩大、能源资源优化配置作用发挥和适应可再生能源并网发电等方面的发展趋势。关键词:跨国互联电网;联网规划;联网研究;超级智能电网中图分类号:TM727;F206
文献标志码:B
Present Situations and Development Trends of the Transnational
Interconnected Electric Systems
SONG Wei-dong
(StatePower Economic Research Institute, Beijing 100761, China)
Abstract :On the basis of overall introduction of the world ’s major transnational interconnected electric systems including the UCTE, the NORDEL, the IPS/UPS,the Mediterranean Interconnection, the SAPP and the North American Bulk Power System, this paper summarizes the plans and studies of the major transnational interconnections as well as the development trends, and it also analyzes the choice of the manner for the transnational power interconnection, the role of the transnational power interconnection in the optimized allocation of energy resources and the integration of renewable energies in the interconnected grids.
Key words:transnational interconnected power grid; interconnection plan; interconnection research; super smart grid
0引言
电网互联是电力工业发展的客观规律和世界各国电网发展的大势所趋。受区域经济一体化、能源资源优化利用、提高供电可靠性、区域电力市场开放等因素的推动,跨国互联电网不断向前发展。目前,主要的跨国互联电网包括欧洲大陆电网、北欧电网、东欧/前苏联电网(IPS/UPS)、地中海东南电网、地中海西南电网、北美联合电网和南部非洲电网。其中,欧洲大陆电网已实现与地中海西南电网同步运行,
收稿日期:2009-08-04
并正在进行与IPS/UPS同步运行的可行性研究;地中海西南电网和南部非洲电网也在不断扩大联网范围。正在规划建设中的跨国互联电网有海湾合作组织互联电网(GCC )等。近10年来,我国也先后开展了与越南、俄罗斯的电网互联和电力交换。
跨国互联电网中的各成员国电网,在本国区域电网和跨国互联电网范围内联网运行,进行资源优化配置,产生规模效益,降低发电成本,均衡系统负荷,减少系统备用容量,为电力市场开放、购销合同的签订和电力交换提供基础,提高供电的安全
作者简介:宋卫东(1966—),男,山西朔州人,高级工程师,从事信息研究工作。E-mail:%[email protected]
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宋卫东:世界跨国互联电网现状及发展趋势
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性和可靠性,改善供电质量,减少系统扰动。
近年来,随着可再生能源发电技术的快速发展和智能电网技术研究的进一步深化,如何融合现代互联电网和新型智能电网技术、实现风能及太阳能等可再生能源大规模发电和远距离输送,正在成为跨国互联电网技术发展的研究热点。
1跨国互联电网现状
1.1
欧洲大陆电网
欧洲大陆电网是目前世界上最大的跨国同步互联电网,以400kV (380kV )交流电网为主网架,
通过220kV 和400kV (
380kV )交流线路互联,覆盖欧洲大陆包括奥地利、波黑、比利时、保加利亚、瑞士、捷克、德国、丹麦西部、西班牙、法国、希腊、克罗地亚、匈牙利、意大利、卢森堡、黑山、马其顿、荷兰、波兰、葡萄牙、罗马尼亚、塞尔维亚、斯洛文尼亚、斯洛伐克等在内的24个国家和地区的29个电网运营商,供电人口约为5亿。2007年,欧洲大陆电网220kV 及以上输电线路总长度约为22万km ,接入电网总装机容量约为6.46亿kW ,用电量约为2.56万亿kW ·h ,各成员国间的交换电
量约为3041亿kW
·h [1]。欧洲大陆电网所覆盖的国家国土面积普遍较小,工业高度发达,负荷密度大,电网结构密集。
欧洲输电联盟(UCTE )是由欧洲大陆各输电系统运行机构组成的协会。UCTE 通过制定一系列技术规范和运行规程协调欧洲大陆各国电网的规划和运行,确保欧洲大陆电网和电力市场的安全可靠运营。1.2
北欧电网
北欧电网由挪威、瑞典、芬兰和丹麦东部电网构成,以220~400kV 线路为主网架,通过高压交、直流线路联网,形成容量互补和互为备用的联合电力系统。2007年北欧电网四国装机容量合计9431万kW ,发电量约为3973亿kW ·h ,供电人口约为2466万人,220kV 及以上线路总长度为30340km ,用电量约为4009亿kW ·h ,最高负荷达6808万kW 。发电量构成为水电54.0%,核电21.8%,火电21.7%,风电2.4%[2]。北欧电网与周边的俄罗斯、爱沙尼亚、德国、波兰等通过高压交直流线路互联。北欧输电协会(NORDEL )是由丹麦、芬兰、冰岛、挪威、瑞典5个北欧国家的输电系统运行机构组成,负责北欧电网的协调规划和运行。主要目标是保证北欧电力系统的安全运行;保持北欧电力供需平衡;确保北欧电网有充足的输电能力;提高北欧电力市场运营效率。
1.3
南部非洲电网
南部非洲电力联盟(SAPP )共有博茨瓦纳、莫桑比克、马拉维、安哥拉、南非、莱索托、纳米比亚、民主刚果、斯威士兰、坦桑尼亚、赞比亚、津巴布韦等12个成员国。除马拉维、安哥拉和坦桑尼亚外,其余9个国家实现了电网互联,形成南部非洲电网,互联线路电压等级有400、275、220和132kV 。2007年南部非洲电网装机容量为5232.7万kW ,最高负荷4242.9万kW [3]。
1.4
IPS/UPS电网
IPS/UPS同步互联电网覆盖独联体、波罗的海的14个国家,包括俄罗斯、乌克兰、白俄罗斯、摩尔多瓦、格鲁吉亚、阿塞拜疆、哈萨克斯坦、乌兹别克斯坦、塔吉克斯坦、吉尔吉斯斯坦、立陶宛、拉脱维亚、爱沙尼亚和蒙古。互联电网采用750-330-110kV %和1150-500-220-110kV %2种电压
等级序列(其中1150kV 线路按500kV 降压运行
)。2007年装机容量约为3.37亿kW ,年发电量1.285万亿kW ·h ,用户数2.8亿,跨越8个时区。1.5
地中海地区的互联电网
地中海东南电网(LEJSL )包括利比亚、埃及、约旦、叙利亚和黎巴嫩5个国家,通过400/220kV 线路实现同步互联。2007年互联电网总装机容量3961.6万kW ,220kV 及以上线路总长度38561km [4]。
地中海西南电网(TAM )包括摩洛哥、阿尔及利亚和突尼斯,通过6条联络线互联:摩洛哥和阿尔及利亚2条225kV 线路,阿尔及利亚和突尼斯2条90kV 、1条150kV 和1条225kV 线路。2007年电网总装机容量1699.8万kW, %220kV 及以上线路总长度21079km [4]。
连接西班牙和摩洛哥的400kV 交流海底电缆,跨越直布罗陀海峡,于1997年投入运行。1999年摩洛哥、阿尔及利亚、突尼斯开始与欧洲大陆电网同步运行。2006年7月连接西班牙和摩洛哥的第2条
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国外电力
电力交流海底电缆投运。1.6
北美联合电网
北美联合电网由美国的东部电网、西部电网、德州电网和加拿大的魁北克电网组成,覆盖美国、加拿大和墨西哥境内的下加利福尼亚州,总装机容量8.3亿kW ,230kV 及以上输电线路总长度约为34万km ,服务人口3.34亿[5]。东西部电网通过直流背靠背联网。东部电网与魁北克电网并网运行。西部电网与加拿大的安大略和滨海地区以及墨西哥并网运行。德州电网与西部电网通过直流背靠背联网。
2跨国互联电网规划与互联研究
2.1
欧洲大陆电网规划及与周边国家或地区的电网互联研究
近年来,欧洲输电联盟将电网协调规划作为确保欧洲大陆电网安全可靠运行的重要内容,成立了协调规划工作组具体负责欧洲大陆电网的协调规划。2008年公布了第1份《UCTE 电网规划》,主要内容包括UCTE 超高压输电系统规划、UCTE 内跨国互联线路和UCTE 与周边国家跨国互联线路的发展规划等。此外,UCTE 还开展了与周边国家联网的一系列研究,包括与IPS/UPS同步互联的可行性研究、与土耳其电网同步互联的可行性研究、通过突尼斯与利比亚的联络线实现与地中海东南电网联网的研究及与乌克兰和摩尔多瓦电网同步互联的研究评估等[6]。
2.1.1IPS/UPS与欧洲大陆电网同步互联研究
2002年初,独联体电力委员会表示希望IPS/UPS电网与欧洲大陆电网同步互联,为此UCTE 于2003年完成了稳态潮流分析,在此基础上,双方组成工作小组开始了同步互联的可行性研究。
2008年11月UCTE 公布了IPS/UPS电网与欧洲大陆电网同步互联的可行性研究结果:双方同步互联是可行的,可以通过采取一系列的技术、运行和组织措施,并建立相关的立法框架来实现。研究认为执行研究阶段所确定的措施和条件是一个长期过程,同步互联需要更长的时间。为了在欧洲大陆电网和IPS/UPS间建立一个世界级的电力市场平台,需要进一步协调相关利益方的实际情况。64
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为完善和实施上述具体措施,需要开展进一步的研究,主要内容是:长期观察以证实IPS/UPS的动态性能,在先进的动态模型上进行深入的动态模拟试验;对严重扰动造成IPS/UPS的紧急情况进行分析,对双方系统的运行导则、防御和恢复计划相互适应并协调一致;在IPS/UPS的一系列控制区域内分析同步运行的技术和组织措施。2.1.2
土耳其电网与欧洲大陆电网同步互联研究土耳其与欧洲大陆电网互联是实现环地中海同步联网的组成部分。目前,土耳其电网与欧洲大陆电网互联的准备工作正在工程小组的协调下进行。研究表明,同步互联存在低频振荡的风险,并得出以下结论:土耳其电网与欧洲大陆电网的互联在低频振荡得以解决后是可行的;为防止严重扰动的扩散,土耳其电网和欧洲大陆电网界面必须安装紧急控制系统。2.1.3
突尼斯—利比亚联网
TAM 的突尼斯和LEJSL 的利比亚之间已建成2条225kV 线路,投运这2条线路可实现地中海东南和西南电网的互联。2005年11月21日进行了并列运行试验,7分钟后自动断开,联网没有成功。2007年底制定了新的并网试验方案,计划进行第2次并网试验。突尼斯—利比亚联网将实现欧洲大陆电网与地中海东南部国家的同步互联。
2.2
北欧电网规划
北欧输电协会从北欧全局的角度对北欧电网进行协调规划。第1份北欧电网总体规划于2002年公布。2004年公布的第2份北欧电网总体规划对北欧输电基础设施投资进行了综合分析,建议加强5个优先断面工程建设,其目的是增强电力市场功能、确保可靠供电、方便北欧国家间的电力灵活交换、满足新增发电装机和部分地区电力增长的需求[7]。包括:
(1)在瑞典南部和中部新建1条长400km 、输送容量为1000~1200M W 的南部线路(南部采用高压直流,北部采用400kV 常规架空交流线路),工程总投资1.5亿~2.3亿欧元,计划在2013—2014年投运。
(2)在丹麦东部的西兰岛和西部的菲英岛之间建设输送容量为600M W 的400kV 高压直流联络线, 工程总投资1.72亿欧元,计划于2010年投运。
(3)瑞典和芬兰之间已有的Fenno-Skan 连线,
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新增输送容量为800MW 的400kV 直流输电线路,工程总投资3亿欧元,计划在2011年投产。
(4)在挪威和瑞典之间新建400kV 的Nea-Jarpstrommen 连线替换现有的300kV 线路,工程总投资0.95亿欧元,计划在2009年年中投运。
(5)在挪威和丹麦日德兰半岛之间新建第4条电缆,在现有1000M W 输送容量的基础上新增600MW 的输送能力,线路总投资3.96亿欧元,计划在2014年投入运行。
2008年公布的第3份北欧电网规划,根据2015—2025年展望提出了3项电网改造工程,分别为挪威中部电网改造工程、挪威奥斯陆周边电网和瑞典—挪威西部走廊联络线改造工程及北部地区的电网改造工程。此外,规划还提出了加强北欧电网与波罗的海电网及欧洲大陆电网直流联络线工程的建议,分别是挪威和欧洲大陆直流联络线,瑞典、丹麦和欧洲大陆直流联络线及瑞典、芬兰与波罗的海直流联络线工程[8]。
2.3
波罗的海三国与北欧和欧洲大陆电网联网规划波罗的海三国与北欧电网和欧洲大陆电网通过高压交直流互联。近期规划中的工程有立陶宛与波兰交流互联工程、立陶宛与瑞典直流互联工程[9]。2.3.1立陶宛与波兰联网工程
2005年6月欧洲议会将立陶宛—波兰联网工程列入欧洲优先建设工程名单。2005年9月双方相关电力企业和政府机构就工程推进进行了协商。2008年2月,双方共同组建了工程开发公司。工程采用2条400kV 交流架空线路进行背靠背连接,线路输送容量为2×500M W ,工程总投资约2.37亿欧元,计划于2012—2015年投运。
2.3.2立陶宛与瑞典直流互联工程
目前立陶宛和瑞典正在对海底直流电缆互联工程进行可行性研究,该工程线路长约350km ,输送容量为700~1000MW ,将连接立陶宛的克莱佩达与瑞典南部。工程总投资5.16亿~6.37亿欧元,计划于2016年投运。2.4
地中海国家联网研究与规划
地中海地区共有近20项大型电网互联工程,包括埃及到摩洛哥互联线路的改造工程(ELTAM 工程)、地中海盆地高压直流互联工程和东南互联电网
的一系列改造工程[4]。2.4.1
ELTAM 工程
将埃及、利比亚、突尼斯、阿尔及利亚和摩洛哥互联电网升压到400kV 改造工程的研究从2000年开始,2004年完成,预计在2010到2015年间完工,将有助于实现5个国家电力市场一体化。工程包括建设突尼斯与利比亚之间400kV 的互联线路及利比亚—埃及(Tobruk-Saloum )的400kV 互联线路工程(包括在Tobruk 的400kV/500kV 变电站)。
同时,联网成员国内将逐步建设和运行400kV 线路。突尼斯计划在2015年前建设400kV 南北贯通的轴向工程。阿尔及利亚将在2010年建成贯穿阿尔及利亚东西部的400kV 主干网架。2.4.2
地中海高压直流互联工程可行性研究受地中海地区可靠供电、电力市场一体化、经济合作等因素的驱动,特别是利比亚和阿尔及利亚向欧洲出口电力的推动,2000年地中海沿岸国家开始进行地中海南北高压直流互联的可行性研究及海底输电走廊的经济性研究。
已完成的可行性研究项目包括阿尔及利亚—西班牙直流输电工程、阿尔及利亚—意大利直流输电工程、突尼斯—意大利直流输电工程。此外,利比亚—意大利直流输电工程的可行性研究也在进行中。2.4.3
地中海东南电网改造工程
包括:%2010—2015年将利比亚—埃及的双回路220kV 线路改造为400kV 线路;在2010年前将埃及—约旦400kV 海底电缆增容为1100M W ;黎巴嫩和叙利亚互联线路扩容工程,即第一阶段将现有输送容量从300M W 扩容为400MW ,第二阶段为到2010年将输送容量增加1倍;到2010年将叙利亚—埃及400kV 线路输送容量增加1倍。
2.5
南部非洲电网联网工程
南部非洲电力联盟12家成员国中9家实现了电网互联,优先发展的输电工程是实现与安哥拉、马拉维和坦桑尼亚电网的互联,消除现有电网的阻塞,实现电力从发电厂到负荷中心的顺利输送。
规划中的工程有西部走廊工程,参与国包括安哥拉、博茨瓦纳、民主刚果、纳米比亚和南非。工程的目的是利用民主刚果印加河和安哥拉盆地丰富的水电资源,将建设350万kW 的印加第三水电站
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电力和2条400kV 高压直流外送输电线路。其中一条线路将向民主刚果首都金沙萨输送400MW 的水电;另一条线路将分别经过安哥拉、纳米比亚、博茨瓦纳送往南非,将在沿途各国分别建设1座换流站,在南非建设2座换流站。
其他工程包括:
(
1)民主刚果—赞比亚互联线路改造工程,将强化现有的联络线,对科卢韦齐的换流站和通往卡拉委的交流线路进行改造;
(2)马拉维—莫桑比克互联线路工程,将建设400kV 输电线路,建设和改造两国相关的变电站;
(3)赞比亚—坦桑尼亚—肯尼亚互联线路工程,目的是从赞比亚向坦桑尼亚出口100~200M W 的电力,并与肯尼亚互联,工程有助于强化赞比亚66kV 线路及坦桑尼亚与南部非洲电网的连接;
(4)建设津巴布韦—博茨瓦纳—南非的第2条400kV 线路,输送容量增加到650MW ;
(5)建设莫桑比克—津巴布韦的第2条400kV 线路;
(
6)建设赞比亚—纳米比亚220kV 互联线路,由赞比亚向纳米比亚北部地区供电[5]。
3跨国互联电网发展趋势分析
3.1
联网范围不断扩大
目前,世界范围内的跨国互联电网呈现蓬勃发展趋势。欧洲大陆电网由原西欧电网在吸收中欧电网和部分东欧电网的基础上演变而成,近10年来联网国家逐步增加。根据UCTE2008年公布的电网发展规划,2008—2012年,UCTE 各输电系统运营机构将投入170亿欧元用于跨国互联线路建设和国内电网建设,新建或改造线路总长度约12000km ,并积极开展与周边国家联网的可行性研究。
北欧电网已重点规划5项电网工程,加强网架建设、消除输电阻塞,并积极规划与欧洲大陆电网、独联体和波罗的海电网的高压直流互联。2007—2012年,北欧电网年均投资超过5亿欧元,与过去5年年均投资相比增加1倍。
地中海地区联网范围逐步扩大,联网电压由220kV 向400kV 发展,网架结构不断强化。南部非洲互66
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联电网正在扩大联网国家范围和联网电压等级。海湾合作委员会6国(沙特阿拉伯、卡塔尔、科威特、巴林、阿联酋和阿曼)的联网计划也在分3个阶段进行[10]。我国与俄罗斯、哈萨克斯坦、越南等国的跨国联网和电力交换也在积极开展和研究中[11-12]。
3.2
能源资源优化配置的能力不断增强
跨国互联电网在发展初期主要是为了充分利用水电资源,减少弃水,实现水火互济。如西欧各国早在20世纪20年代后期就开始电力交换,夏季将阿尔卑斯山的水电送出,冬季水电少时从其他国家输入火电,实现互补。随着联网范围的逐步扩大与联网线路的不断加强,跨国互联电网在能源资源优化配置方面的能力不断增强。北欧电网中的挪威、瑞典、芬兰、丹麦四国以及北美联合电网中的美国和加拿大间的电源构成具有很强的互补性。2008年,挪威全国总装机容量中水电装机占95.73%,火电占2.89%,风电占1.38%;瑞典全国总装机容量中水电装机占47.38%,核电占26.15%,火电占23.48%,风电占2.99%;芬兰全国总装机容量中火电占65.45%、水电占18.18%、核电占15.53%,风电占0.84%;丹麦全国总装机中绝大部分为火电,占74.86%,风电占25.06%,水电仅占0.08%[13]。2007年,美国发电量构成为火电73.67%、核电19.07%、水电6.07%、可再生能源1.19%;加拿大发电量构成为水电58.49%、火电26.21%、核电14.90%、风电0.40%[14]。跨国互联电网的发展为跨国电力交换提供了物理基础,促进了跨国电力市场的发展和区域一体化电力市场的建设,实现了区域发电资源的优化利用。
3.3
大规模接纳可再生能源发电并融合智能电网技术的跨国互联电网成为研究热点
世界各国对能源安全、能源多元化及气候变化和环境保护的普遍重视,推动了风电、太阳能等可再生能源发电的快速发展。根据BP 公司2009年6月公布的数据,截至2008年底,世界风电总装机容量已达1.22亿kW ,其中美国装机2523.7万kW ,德国装机2393.3万kW 。风电等可再生能源发电装机的快速发展,对电网的调峰和安全运行带来挑战,需要在更大范围内进行消纳平衡,与水电、气电等形成互补。为此,欧洲大陆电网开展了风电一体化
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研究,在欧洲范围内研究风电建设和跨国电网的发展。为进一步利用非洲、中东等周边国家的太阳能和风能,欧洲提出了融合传统互联电网和新型智能电网技术,实现可再生能源大规模利用的欧洲超级)%。其设想为一种连接欧智能电网(Super %Smart %Grid 洲、北非、中东、土耳其和独联体国家的跨国互联电网,将集中开发波罗的海、北海的风能和非洲北部的太阳能,与欧洲大陆电网内的水电形成互补,利用高压直流输电技术进行跨国互联和远距离输送[15]。美国统一国家智能电网(Unified %National %Smart %Grid )设想为连接美国国内各区域智能电网,实现风能、太阳能等电力远距离、大规模经济输送的全国交直流互联电网[16-17]。我国也基于国情,提出了涵盖发电、调度、输变电、配电和用户各个环节,实现能源资源大范围优化配置的坚强智能电网方案[18]。
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4结语
电网互联是电力工业发展的客观规律和世界各国电网发展的大势所趋。世界范围内,跨国互联电网不断向前发展,实现了联网区域内能源资源的优化配置,并向大规模利用风能等可再生能源且融合智能电网技术的方向发展。
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(责编/樊爱霞)
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刊期变更通告及征稿启事
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《电力技术经济》的刊期
2009年10月20日
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Key words:transnational interconnected power grid; interconnection plan; interconnection research; super smart grid
0引言
电网互联是电力工业发展的客观规律和世界各国电网发展的大势所趋。受区域经济一体化、能源资源优化利用、提高供电可靠性、区域电力市场开放等因素的推动,跨国互联电网不断向前发展。目前,主要的跨国互联电网包括欧洲大陆电网、北欧电网、东欧/前苏联电网(IPS/UPS)、地中海东南电网、地中海西南电网、北美联合电网和南部非洲电网。其中,欧洲大陆电网已实现与地中海西南电网同步运行,
收稿日期:2009-08-04
并正在进行与IPS/UPS同步运行的可行性研究;地中海西南电网和南部非洲电网也在不断扩大联网范围。正在规划建设中的跨国互联电网有海湾合作组织互联电网(GCC )等。近10年来,我国也先后开展了与越南、俄罗斯的电网互联和电力交换。
跨国互联电网中的各成员国电网,在本国区域电网和跨国互联电网范围内联网运行,进行资源优化配置,产生规模效益,降低发电成本,均衡系统负荷,减少系统备用容量,为电力市场开放、购销合同的签订和电力交换提供基础,提高供电的安全
作者简介:宋卫东(1966—),男,山西朔州人,高级工程师,从事信息研究工作。E-mail:%[email protected]
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性和可靠性,改善供电质量,减少系统扰动。
近年来,随着可再生能源发电技术的快速发展和智能电网技术研究的进一步深化,如何融合现代互联电网和新型智能电网技术、实现风能及太阳能等可再生能源大规模发电和远距离输送,正在成为跨国互联电网技术发展的研究热点。
1跨国互联电网现状
1.1
欧洲大陆电网
欧洲大陆电网是目前世界上最大的跨国同步互联电网,以400kV (380kV )交流电网为主网架,
通过220kV 和400kV (
380kV )交流线路互联,覆盖欧洲大陆包括奥地利、波黑、比利时、保加利亚、瑞士、捷克、德国、丹麦西部、西班牙、法国、希腊、克罗地亚、匈牙利、意大利、卢森堡、黑山、马其顿、荷兰、波兰、葡萄牙、罗马尼亚、塞尔维亚、斯洛文尼亚、斯洛伐克等在内的24个国家和地区的29个电网运营商,供电人口约为5亿。2007年,欧洲大陆电网220kV 及以上输电线路总长度约为22万km ,接入电网总装机容量约为6.46亿kW ,用电量约为2.56万亿kW ·h ,各成员国间的交换电
量约为3041亿kW
·h [1]。欧洲大陆电网所覆盖的国家国土面积普遍较小,工业高度发达,负荷密度大,电网结构密集。
欧洲输电联盟(UCTE )是由欧洲大陆各输电系统运行机构组成的协会。UCTE 通过制定一系列技术规范和运行规程协调欧洲大陆各国电网的规划和运行,确保欧洲大陆电网和电力市场的安全可靠运营。1.2
北欧电网
北欧电网由挪威、瑞典、芬兰和丹麦东部电网构成,以220~400kV 线路为主网架,通过高压交、直流线路联网,形成容量互补和互为备用的联合电力系统。2007年北欧电网四国装机容量合计9431万kW ,发电量约为3973亿kW ·h ,供电人口约为2466万人,220kV 及以上线路总长度为30340km ,用电量约为4009亿kW ·h ,最高负荷达6808万kW 。发电量构成为水电54.0%,核电21.8%,火电21.7%,风电2.4%[2]。北欧电网与周边的俄罗斯、爱沙尼亚、德国、波兰等通过高压交直流线路互联。北欧输电协会(NORDEL )是由丹麦、芬兰、冰岛、挪威、瑞典5个北欧国家的输电系统运行机构组成,负责北欧电网的协调规划和运行。主要目标是保证北欧电力系统的安全运行;保持北欧电力供需平衡;确保北欧电网有充足的输电能力;提高北欧电力市场运营效率。
1.3
南部非洲电网
南部非洲电力联盟(SAPP )共有博茨瓦纳、莫桑比克、马拉维、安哥拉、南非、莱索托、纳米比亚、民主刚果、斯威士兰、坦桑尼亚、赞比亚、津巴布韦等12个成员国。除马拉维、安哥拉和坦桑尼亚外,其余9个国家实现了电网互联,形成南部非洲电网,互联线路电压等级有400、275、220和132kV 。2007年南部非洲电网装机容量为5232.7万kW ,最高负荷4242.9万kW [3]。
1.4
IPS/UPS电网
IPS/UPS同步互联电网覆盖独联体、波罗的海的14个国家,包括俄罗斯、乌克兰、白俄罗斯、摩尔多瓦、格鲁吉亚、阿塞拜疆、哈萨克斯坦、乌兹别克斯坦、塔吉克斯坦、吉尔吉斯斯坦、立陶宛、拉脱维亚、爱沙尼亚和蒙古。互联电网采用750-330-110kV %和1150-500-220-110kV %2种电压
等级序列(其中1150kV 线路按500kV 降压运行
)。2007年装机容量约为3.37亿kW ,年发电量1.285万亿kW ·h ,用户数2.8亿,跨越8个时区。1.5
地中海地区的互联电网
地中海东南电网(LEJSL )包括利比亚、埃及、约旦、叙利亚和黎巴嫩5个国家,通过400/220kV 线路实现同步互联。2007年互联电网总装机容量3961.6万kW ,220kV 及以上线路总长度38561km [4]。
地中海西南电网(TAM )包括摩洛哥、阿尔及利亚和突尼斯,通过6条联络线互联:摩洛哥和阿尔及利亚2条225kV 线路,阿尔及利亚和突尼斯2条90kV 、1条150kV 和1条225kV 线路。2007年电网总装机容量1699.8万kW, %220kV 及以上线路总长度21079km [4]。
连接西班牙和摩洛哥的400kV 交流海底电缆,跨越直布罗陀海峡,于1997年投入运行。1999年摩洛哥、阿尔及利亚、突尼斯开始与欧洲大陆电网同步运行。2006年7月连接西班牙和摩洛哥的第2条
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电力交流海底电缆投运。1.6
北美联合电网
北美联合电网由美国的东部电网、西部电网、德州电网和加拿大的魁北克电网组成,覆盖美国、加拿大和墨西哥境内的下加利福尼亚州,总装机容量8.3亿kW ,230kV 及以上输电线路总长度约为34万km ,服务人口3.34亿[5]。东西部电网通过直流背靠背联网。东部电网与魁北克电网并网运行。西部电网与加拿大的安大略和滨海地区以及墨西哥并网运行。德州电网与西部电网通过直流背靠背联网。
2跨国互联电网规划与互联研究
2.1
欧洲大陆电网规划及与周边国家或地区的电网互联研究
近年来,欧洲输电联盟将电网协调规划作为确保欧洲大陆电网安全可靠运行的重要内容,成立了协调规划工作组具体负责欧洲大陆电网的协调规划。2008年公布了第1份《UCTE 电网规划》,主要内容包括UCTE 超高压输电系统规划、UCTE 内跨国互联线路和UCTE 与周边国家跨国互联线路的发展规划等。此外,UCTE 还开展了与周边国家联网的一系列研究,包括与IPS/UPS同步互联的可行性研究、与土耳其电网同步互联的可行性研究、通过突尼斯与利比亚的联络线实现与地中海东南电网联网的研究及与乌克兰和摩尔多瓦电网同步互联的研究评估等[6]。
2.1.1IPS/UPS与欧洲大陆电网同步互联研究
2002年初,独联体电力委员会表示希望IPS/UPS电网与欧洲大陆电网同步互联,为此UCTE 于2003年完成了稳态潮流分析,在此基础上,双方组成工作小组开始了同步互联的可行性研究。
2008年11月UCTE 公布了IPS/UPS电网与欧洲大陆电网同步互联的可行性研究结果:双方同步互联是可行的,可以通过采取一系列的技术、运行和组织措施,并建立相关的立法框架来实现。研究认为执行研究阶段所确定的措施和条件是一个长期过程,同步互联需要更长的时间。为了在欧洲大陆电网和IPS/UPS间建立一个世界级的电力市场平台,需要进一步协调相关利益方的实际情况。64
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为完善和实施上述具体措施,需要开展进一步的研究,主要内容是:长期观察以证实IPS/UPS的动态性能,在先进的动态模型上进行深入的动态模拟试验;对严重扰动造成IPS/UPS的紧急情况进行分析,对双方系统的运行导则、防御和恢复计划相互适应并协调一致;在IPS/UPS的一系列控制区域内分析同步运行的技术和组织措施。2.1.2
土耳其电网与欧洲大陆电网同步互联研究土耳其与欧洲大陆电网互联是实现环地中海同步联网的组成部分。目前,土耳其电网与欧洲大陆电网互联的准备工作正在工程小组的协调下进行。研究表明,同步互联存在低频振荡的风险,并得出以下结论:土耳其电网与欧洲大陆电网的互联在低频振荡得以解决后是可行的;为防止严重扰动的扩散,土耳其电网和欧洲大陆电网界面必须安装紧急控制系统。2.1.3
突尼斯—利比亚联网
TAM 的突尼斯和LEJSL 的利比亚之间已建成2条225kV 线路,投运这2条线路可实现地中海东南和西南电网的互联。2005年11月21日进行了并列运行试验,7分钟后自动断开,联网没有成功。2007年底制定了新的并网试验方案,计划进行第2次并网试验。突尼斯—利比亚联网将实现欧洲大陆电网与地中海东南部国家的同步互联。
2.2
北欧电网规划
北欧输电协会从北欧全局的角度对北欧电网进行协调规划。第1份北欧电网总体规划于2002年公布。2004年公布的第2份北欧电网总体规划对北欧输电基础设施投资进行了综合分析,建议加强5个优先断面工程建设,其目的是增强电力市场功能、确保可靠供电、方便北欧国家间的电力灵活交换、满足新增发电装机和部分地区电力增长的需求[7]。包括:
(1)在瑞典南部和中部新建1条长400km 、输送容量为1000~1200M W 的南部线路(南部采用高压直流,北部采用400kV 常规架空交流线路),工程总投资1.5亿~2.3亿欧元,计划在2013—2014年投运。
(2)在丹麦东部的西兰岛和西部的菲英岛之间建设输送容量为600M W 的400kV 高压直流联络线, 工程总投资1.72亿欧元,计划于2010年投运。
(3)瑞典和芬兰之间已有的Fenno-Skan 连线,
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新增输送容量为800MW 的400kV 直流输电线路,工程总投资3亿欧元,计划在2011年投产。
(4)在挪威和瑞典之间新建400kV 的Nea-Jarpstrommen 连线替换现有的300kV 线路,工程总投资0.95亿欧元,计划在2009年年中投运。
(5)在挪威和丹麦日德兰半岛之间新建第4条电缆,在现有1000M W 输送容量的基础上新增600MW 的输送能力,线路总投资3.96亿欧元,计划在2014年投入运行。
2008年公布的第3份北欧电网规划,根据2015—2025年展望提出了3项电网改造工程,分别为挪威中部电网改造工程、挪威奥斯陆周边电网和瑞典—挪威西部走廊联络线改造工程及北部地区的电网改造工程。此外,规划还提出了加强北欧电网与波罗的海电网及欧洲大陆电网直流联络线工程的建议,分别是挪威和欧洲大陆直流联络线,瑞典、丹麦和欧洲大陆直流联络线及瑞典、芬兰与波罗的海直流联络线工程[8]。
2.3
波罗的海三国与北欧和欧洲大陆电网联网规划波罗的海三国与北欧电网和欧洲大陆电网通过高压交直流互联。近期规划中的工程有立陶宛与波兰交流互联工程、立陶宛与瑞典直流互联工程[9]。2.3.1立陶宛与波兰联网工程
2005年6月欧洲议会将立陶宛—波兰联网工程列入欧洲优先建设工程名单。2005年9月双方相关电力企业和政府机构就工程推进进行了协商。2008年2月,双方共同组建了工程开发公司。工程采用2条400kV 交流架空线路进行背靠背连接,线路输送容量为2×500M W ,工程总投资约2.37亿欧元,计划于2012—2015年投运。
2.3.2立陶宛与瑞典直流互联工程
目前立陶宛和瑞典正在对海底直流电缆互联工程进行可行性研究,该工程线路长约350km ,输送容量为700~1000MW ,将连接立陶宛的克莱佩达与瑞典南部。工程总投资5.16亿~6.37亿欧元,计划于2016年投运。2.4
地中海国家联网研究与规划
地中海地区共有近20项大型电网互联工程,包括埃及到摩洛哥互联线路的改造工程(ELTAM 工程)、地中海盆地高压直流互联工程和东南互联电网
的一系列改造工程[4]。2.4.1
ELTAM 工程
将埃及、利比亚、突尼斯、阿尔及利亚和摩洛哥互联电网升压到400kV 改造工程的研究从2000年开始,2004年完成,预计在2010到2015年间完工,将有助于实现5个国家电力市场一体化。工程包括建设突尼斯与利比亚之间400kV 的互联线路及利比亚—埃及(Tobruk-Saloum )的400kV 互联线路工程(包括在Tobruk 的400kV/500kV 变电站)。
同时,联网成员国内将逐步建设和运行400kV 线路。突尼斯计划在2015年前建设400kV 南北贯通的轴向工程。阿尔及利亚将在2010年建成贯穿阿尔及利亚东西部的400kV 主干网架。2.4.2
地中海高压直流互联工程可行性研究受地中海地区可靠供电、电力市场一体化、经济合作等因素的驱动,特别是利比亚和阿尔及利亚向欧洲出口电力的推动,2000年地中海沿岸国家开始进行地中海南北高压直流互联的可行性研究及海底输电走廊的经济性研究。
已完成的可行性研究项目包括阿尔及利亚—西班牙直流输电工程、阿尔及利亚—意大利直流输电工程、突尼斯—意大利直流输电工程。此外,利比亚—意大利直流输电工程的可行性研究也在进行中。2.4.3
地中海东南电网改造工程
包括:%2010—2015年将利比亚—埃及的双回路220kV 线路改造为400kV 线路;在2010年前将埃及—约旦400kV 海底电缆增容为1100M W ;黎巴嫩和叙利亚互联线路扩容工程,即第一阶段将现有输送容量从300M W 扩容为400MW ,第二阶段为到2010年将输送容量增加1倍;到2010年将叙利亚—埃及400kV 线路输送容量增加1倍。
2.5
南部非洲电网联网工程
南部非洲电力联盟12家成员国中9家实现了电网互联,优先发展的输电工程是实现与安哥拉、马拉维和坦桑尼亚电网的互联,消除现有电网的阻塞,实现电力从发电厂到负荷中心的顺利输送。
规划中的工程有西部走廊工程,参与国包括安哥拉、博茨瓦纳、民主刚果、纳米比亚和南非。工程的目的是利用民主刚果印加河和安哥拉盆地丰富的水电资源,将建设350万kW 的印加第三水电站
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电力和2条400kV 高压直流外送输电线路。其中一条线路将向民主刚果首都金沙萨输送400MW 的水电;另一条线路将分别经过安哥拉、纳米比亚、博茨瓦纳送往南非,将在沿途各国分别建设1座换流站,在南非建设2座换流站。
其他工程包括:
(
1)民主刚果—赞比亚互联线路改造工程,将强化现有的联络线,对科卢韦齐的换流站和通往卡拉委的交流线路进行改造;
(2)马拉维—莫桑比克互联线路工程,将建设400kV 输电线路,建设和改造两国相关的变电站;
(3)赞比亚—坦桑尼亚—肯尼亚互联线路工程,目的是从赞比亚向坦桑尼亚出口100~200M W 的电力,并与肯尼亚互联,工程有助于强化赞比亚66kV 线路及坦桑尼亚与南部非洲电网的连接;
(4)建设津巴布韦—博茨瓦纳—南非的第2条400kV 线路,输送容量增加到650MW ;
(5)建设莫桑比克—津巴布韦的第2条400kV 线路;
(
6)建设赞比亚—纳米比亚220kV 互联线路,由赞比亚向纳米比亚北部地区供电[5]。
3跨国互联电网发展趋势分析
3.1
联网范围不断扩大
目前,世界范围内的跨国互联电网呈现蓬勃发展趋势。欧洲大陆电网由原西欧电网在吸收中欧电网和部分东欧电网的基础上演变而成,近10年来联网国家逐步增加。根据UCTE2008年公布的电网发展规划,2008—2012年,UCTE 各输电系统运营机构将投入170亿欧元用于跨国互联线路建设和国内电网建设,新建或改造线路总长度约12000km ,并积极开展与周边国家联网的可行性研究。
北欧电网已重点规划5项电网工程,加强网架建设、消除输电阻塞,并积极规划与欧洲大陆电网、独联体和波罗的海电网的高压直流互联。2007—2012年,北欧电网年均投资超过5亿欧元,与过去5年年均投资相比增加1倍。
地中海地区联网范围逐步扩大,联网电压由220kV 向400kV 发展,网架结构不断强化。南部非洲互66
技术经济第21
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联电网正在扩大联网国家范围和联网电压等级。海湾合作委员会6国(沙特阿拉伯、卡塔尔、科威特、巴林、阿联酋和阿曼)的联网计划也在分3个阶段进行[10]。我国与俄罗斯、哈萨克斯坦、越南等国的跨国联网和电力交换也在积极开展和研究中[11-12]。
3.2
能源资源优化配置的能力不断增强
跨国互联电网在发展初期主要是为了充分利用水电资源,减少弃水,实现水火互济。如西欧各国早在20世纪20年代后期就开始电力交换,夏季将阿尔卑斯山的水电送出,冬季水电少时从其他国家输入火电,实现互补。随着联网范围的逐步扩大与联网线路的不断加强,跨国互联电网在能源资源优化配置方面的能力不断增强。北欧电网中的挪威、瑞典、芬兰、丹麦四国以及北美联合电网中的美国和加拿大间的电源构成具有很强的互补性。2008年,挪威全国总装机容量中水电装机占95.73%,火电占2.89%,风电占1.38%;瑞典全国总装机容量中水电装机占47.38%,核电占26.15%,火电占23.48%,风电占2.99%;芬兰全国总装机容量中火电占65.45%、水电占18.18%、核电占15.53%,风电占0.84%;丹麦全国总装机中绝大部分为火电,占74.86%,风电占25.06%,水电仅占0.08%[13]。2007年,美国发电量构成为火电73.67%、核电19.07%、水电6.07%、可再生能源1.19%;加拿大发电量构成为水电58.49%、火电26.21%、核电14.90%、风电0.40%[14]。跨国互联电网的发展为跨国电力交换提供了物理基础,促进了跨国电力市场的发展和区域一体化电力市场的建设,实现了区域发电资源的优化利用。
3.3
大规模接纳可再生能源发电并融合智能电网技术的跨国互联电网成为研究热点
世界各国对能源安全、能源多元化及气候变化和环境保护的普遍重视,推动了风电、太阳能等可再生能源发电的快速发展。根据BP 公司2009年6月公布的数据,截至2008年底,世界风电总装机容量已达1.22亿kW ,其中美国装机2523.7万kW ,德国装机2393.3万kW 。风电等可再生能源发电装机的快速发展,对电网的调峰和安全运行带来挑战,需要在更大范围内进行消纳平衡,与水电、气电等形成互补。为此,欧洲大陆电网开展了风电一体化
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研究,在欧洲范围内研究风电建设和跨国电网的发展。为进一步利用非洲、中东等周边国家的太阳能和风能,欧洲提出了融合传统互联电网和新型智能电网技术,实现可再生能源大规模利用的欧洲超级)%。其设想为一种连接欧智能电网(Super %Smart %Grid 洲、北非、中东、土耳其和独联体国家的跨国互联电网,将集中开发波罗的海、北海的风能和非洲北部的太阳能,与欧洲大陆电网内的水电形成互补,利用高压直流输电技术进行跨国互联和远距离输送[15]。美国统一国家智能电网(Unified %National %Smart %Grid )设想为连接美国国内各区域智能电网,实现风能、太阳能等电力远距离、大规模经济输送的全国交直流互联电网[16-17]。我国也基于国情,提出了涵盖发电、调度、输变电、配电和用户各个环节,实现能源资源大范围优化配置的坚强智能电网方案[18]。
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[13]Nordel. Nordel annual statistics 2008[R].Oslo,2009.
4结语
电网互联是电力工业发展的客观规律和世界各国电网发展的大势所趋。世界范围内,跨国互联电网不断向前发展,实现了联网区域内能源资源的优化配置,并向大规模利用风能等可再生能源且融合智能电网技术的方向发展。
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[18]周丽敏. 访中国国家电网公司总经理刘振亚:2020年全面建成坚强智能电网[N].中国经营报,2009-06-15.
(责编/樊爱霞)
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《电力技术经济》编辑部
《电力技术经济》的刊期
2009年10月20日
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