坚强智能电网发展方式及其效益研究

Abstract:China is now experiencing a rapid development period in power sector,but development of smart grid must give consideration to both approach optimization and operating efficiency improvement.Based on an analysis of the key issues in the power development,and an interpretation of the related initiatives on strong and smart grid,the paper makes a comprehensive assessment of the social and economic benefits of the strong and smart grid in terms of improving power system efficiency,realizing optimal allocation of energy resources,and developing low-carbon economy.

Key words:smart grid;major initiatives;social and economic benefit;optimal allocation of energy resources

收稿日期：2010-08-17

作者简介：白建华（1963—），男，河北石家庄人，博士，高级工程师，长期从事能源战略与规划、电力发展规划、能源与电力环境保护、能源

与电力技术经济等研究。E-mail:baijianhua@https://www.wendangku.net/doc/6f1819583.html,

0引言

随着人类对能源资源短缺、气候变化、环境污染等问题的广泛关注，新能源的开发以及能源利用方式的变革急需电网转变发展方式，适应经济社会可持续发展的要求[1-12]。发展智能电网已成为欧美国家电力系统发展的热点。近年来，我国电力工业高速发展，基本满足了经济社会发展的需要，但同时也逐步暴露出诸如中东部地区电煤供应紧张、环境压力不断增大等一系列问题。在智能电网发展过程

中，必须强调优化电源布局、调整电源结构等电力发展方式的转变，建设适应中国国情的具有强大能源资源优化配置能力的现代电力系统。

坚强智能电网具有促进能源资源优化配置、推动清洁能源发展、引导能源生产和消费布局、保障电力系统安全稳定经济高效运行及电力市场正常运营等多项功能。作为重要的能源输送和配置平台，坚强智能电网从投资建设到生产运营的全过程都将对国民经济、能源生产和利用方式、环境保护等产生重大影响。本文将对建设坚强智能电网的发展方

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1坚强智能电网发展方式及经济社会效益分析

1.1加快发展特高压跨区输电，推动西部、北部煤

炭产区的煤电基地建设，实现输煤输电并举

转变以“就地平衡”为主的传统电力发展模式，未来新增煤电主要集中在西部、北部煤电基地，控制中东部缺能地区的新增煤电建设，构建新增煤电以“跨区输电”为主的电力发展模式。对于西部、北部送端地区（指山西、陕西、宁夏、内蒙古、新疆和黑龙江等能源输出地区）来说，在当地煤炭资源、水资源和环保容量允许范围内，加大煤电的建设规模，在满足当地电力需求的基础上外送到中东部负荷中心地区；对于中东部负荷中心来说，当地未来新增的煤电需求空间主要由煤炭产区送电来满足。加强煤电基地和特高压跨区输电建设具有以下效益。

（1）输煤输电合理分工，提高煤炭的综合开发和利用效率。研究表明，从“三西”（蒙西、山西、陕西）煤炭产区到中东部负荷中心地区，铁路、水路联运输煤和特高压交流输电的能源输送效率基本相同。通过输煤输电的合理分工，发热量较高的洗精煤采用输煤方式，可提高煤炭输送效率；发热量较低的洗中煤、煤矸石、原煤（包括褐煤）就地转化为电力并通过输电方式送往中东部地区，可最大限度地提高煤炭的输送和使用效率。同时，建设大型坑口煤电基地，可优化我国的煤炭开发布局，提高产业集中度，提高煤炭资源的回采率。研究表明，2020年输煤输电的合理比例为4:1，输电比重从目前的5%左右提高到20%。

（2）优化利用我国环境资源，降低环境损失。我国硫沉降最大允许量总体呈东低西高的趋势，在华北电网的京津冀鲁、华东电网的四省一市（苏浙沪皖闽）和华中电网的东四省（鄂豫湘赣）等13个以能源输入为主的受端大部分地区，大气污染物排放已超过其环境承载力，已经没有硫沉降的环境空间；而送端地区大多还有较大的硫沉降空间[12]。另外，受端地区经济比较发达，其人口密度、人均

2排放造成的经济损失是西部和北部地区的4.5倍。通

过控制中东部地区新增煤电规模，加快推进西部地区煤电基地集约化开发，改造关停小机组并加装脱硫设施，中东部地区的SO

2

排放总量可逐步降低，

西部地区的SO

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排放总量也不会增加。研究表明，在送端地区统筹规划建设大型坑口电站，并通过特高压跨区输电线路将电力输送到中东部地区，以2005年各地区单位SO2排放带来的环境损失测算，2020年中东部地区可实现当年减排SO2约55万t，全国环境损失减少44.8亿元。

（3）提高能源输送经济性，降低供电成本。考虑煤炭运输状况及输电技术的最新发展，从我国西部、北部煤电基地输煤输电到中东部负荷中心，无论是基于落地电价还是基于输送环节价格进行比较，输电均比输煤更经济。输电到受端地区的落地电价比输煤到受端地区建设燃煤电厂的上网电价低0.03～0.10元/(kW·h)；单就中间输送环节的成本情况而言，输电价格与输煤费用折算电价之比为1∶1.3～1∶3.1，输电优于输煤。建设坚强智能电网，提高西部和北部能源基地能源外送的输电比重，可有效提高能源输送经济性，降低供电成本。2020年，主要煤炭产区向中东部负荷中心送电规模约达2亿kW，可减少煤炭运输量约4.7亿t，可节约电力供应成本合计约550亿元[1]。

（4）促进我国东西部区域经济协调发展。目前我国煤炭产区多以直接输出煤炭为主，因煤炭是初级资源产品，其附加值低，煤炭产区的资源优势不能有效转化为经济优势。建设坚强智能电网，提高西部和北部煤炭基地所在地区的煤电转化比重，可以延长煤炭产区煤炭开发利用产业链，对当地经济发展的综合拉动作用更为明显，有利于缩小我国地区之间的发展差距，优化区域分工，促进产业结构调整。经测算，输煤、输电2种能源输送方式对山西省GDP的贡献比约为1∶6，对就业拉动效应比约为1∶2[1]。

（5）节约能源输送占地，提高全国土地利用效益。输煤通道占地具有完全排他性；输电走廊是“空中能源输送的高速公路”，走廊下土地还能有条

2

1/4～1/2，发展特高压输电可以大量节约能源输送通道占地。同时，发展坚强智能电网，增强跨区输送能力，在送端地区布局煤电，可为中东部地区腾出更多价值较高的土地资源开发空间，也可以减少煤炭产区的大量煤矸石占地，节省燃煤电厂存煤场地的占地等，从整体上提高全国土地资源的利用效益。

（6）提高中东部地区电力供应安全。长期以来，过度依赖输煤的能源运输方式，给煤炭运输带来极大压力，能源运输体系的安全问题堪忧。加快发展跨区输电，是推进能源运输方式多元化的重要举措，可以有效地减缓铁路运输压力。输煤输电的合理配置能够形成一种相互保障的格局，有效抵御重大自然灾害的影响，减少损失。通过大力发展特高压输电，开辟向中东部地区输送能源与电力的新途径，可形成输煤输电优势互补的发展格局，为建立新形势下的能源运输体系奠定坚实基础，有效增强中东部区域能源供应的安全保障能力。

1.2煤电与风电等清洁能源联合规划，共用特高

压跨区输电通道，推动大规模清洁能源发电

基地的建设

我国风能、太阳能资源分布与电力负荷中心分布不一致，随着清洁能源的大规模集中开发，需要同步加强跨省跨区电网互联，扩大清洁能源的消纳范围和规模。在哈密、酒泉、蒙西、锡林郭勒盟、蒙东等清洁能源基地，加快特高压输电通道建设，通过风电、太阳能发电、火电联合开发与“打捆”外送，解决清洁能源开发输送的技术经济性难题。2020年之前，能源基地电力外送以风火“打捆”外送为主；2030年前后，太阳能发电大规模开发，通过跨区输电实现风光火联合输送。风火“打捆”输送、清洁能源发电基地建设的效益分析如下：（1）有力推动清洁能源规模化发展。我国水能、风能、太阳能等清洁能源资源分布集中，具备大规模、基地式开发的条件。未来我国水电开发重点在西南地区，西南水电消纳主要通过特高压直流输送到中东部地区。“三北”地区是我国最大的成片风能资源丰富带，初步规划建设甘肃酒泉、新疆哈密、蒙西、蒙东、吉林、河北等千万千瓦级风电基地。跨区电网大规模外送解决风电的市场消纳问题。研究表明，如果仅考虑省内的风电消纳能力，2020年全国可开发的风电规模约5000万kW；通过跨区大电网输送和调峰电源建设，全国风电开发和消纳规模可达1.5亿kW。

（2）促进电源结构优化，减少温室气体排放。基于电力系统整体优化规划模型与系统生产模拟软件测算，加快发展具有强大跨区能源资源配置能力的坚强智能电网，2020年我国清洁能源发电装机规模将达到5.65亿kW[2]，占电力总装机容量的33%；清洁能源发电量约2万亿kW·h，约占总发电量的26.6%，清洁能源发电可替代化石能源约6.2亿tce。通过坚强智能电网实现风电的跨省跨区消纳，2020年我国风电开发规模可增加5400万kW以上，可替代化石能源消费约0.34亿tce，减排CO

2

、SO2、NO x 分别为0.94亿t、38.2万t、2.4万t。

（3）提高输电通道利用效率，降低风电远距离输送成本。哈密、酒泉、蒙西、锡林郭勒盟、蒙东等风电基地所在地区将同时规划建设大型煤电基地和特高压外送通道，依托坚强智能电网平台，将当地的风电和火电联合开发并“打捆”送出，可以平滑送端出力，保证送受端系统安全稳定运行，输电效率大幅提高，降低风电远距离输送成本。与风电单独外送相比，风火“打捆”外送具有2个方面的优势：一是火电上网电价较低，能大幅降低平均上网电价；二是火电参与风电调节，能保证输电通道的利用小时数，有效降低输电价。以哈密—华中、酒泉—华东±800kV直流为例，“煤电+风电”联合输送到受端电网的平均电价，比“煤炭、风电”分别独立输送到受端电网的加权平均电价，分别低

0.19元/(kW·h)、0.17元/(kW·h)[2]。

1.3同步加强送受端电网和调峰电源建设

2020年形成以“三华”（华北、华中和华东）电网为主要受端，东北1000kV电网、西北750kV 电网为主要送端，连接各大型煤电基地、水电基地、核电基地、可再生能源基地和主要负荷中心，各级电网协调发展的坚强智能电网。同时，加大抽水蓄能、燃气轮机等调峰电源的建设力度。一方面，要

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方面，加快“三华”等受端地区抽水蓄能电站建设，保证受端地区在大规模发展风电、核电及接收区外来电情况下的电网安全稳定经济高效运行。加强送受端电网及调峰电源建设的效益分析：

（1）为核电大规模接入提供坚强的电网平台。根据国家发展规划，2020年以前我国核电的优先发展地区是东部沿海和中部缺能省区，核电机组主要选择二代加、三代核电技术，单机容量在百万千瓦级，核电站装机容量大多在几百万千瓦以上。随着我国中东部地区大型核电基地的逐步形成，同步加强受端电网的建设，可适应核电集中接入和高效输送，2020年核电发展规模可达8000万kW。

（2）增大风电消纳能力，2020年可实现1.5亿kW的风电开发规模。建设“三华”同步电网，具有显著的错峰、降低峰谷差、充分利用水电调节能力等效益，有利于提高系统的风电消纳能力。在不考虑“三华”联网的情况下，2020年华北、华东、华中电网的风电消纳能力约为6000万kW。形成“三华”同步电网后，2020年“三华”电网最大负荷可降低980万kW，峰谷差减小1200万kW，可消纳风电1.03亿kW（含“三北”送入风电），加上其他地区的风电消纳能力，全国范围内基本可以消纳风电1.5亿kW。

（3）提高电力系统整体效益，减少系统内火力发电机组的装机容量。“三华”受端电网可以发挥显著的错峰和调峰等联网效益，降低高峰负荷，减小电网负荷峰谷差。在大规模接受区外水电、风电、煤电的情形下，通过合理配置系统调峰电源，可减少火力发电机组装机容量。经测算，到2020年，发展坚强智能电网将减少我国煤电装机约6300万kW，相应减少煤电投资约2200亿元。

（4）提升电力系统安全性和可靠性。坚强的送受端电网建成后，可以解决大型煤电基地，甘肃、新疆、吉林、河北等7个千万千瓦级风电基地以及四川、金沙江、西藏等大型水电基地电力外送和消纳问题，为中东部负荷中心大规模接受区外清洁、安全、可靠的电力构建坚强的网络平台，为核电大规模发展以及引入周边国家电力资源奠定坚实的网内或区域电网的水电、火电、抽水蓄能等系统资源，平抑风电功率的波动对电网的影响，保证系统安全稳定运行。

1.4加大各级电网的智能化建设，2020年基本建

成坚强智能电网

加快各级电网的智能化建设，提高电网对扰动、攻击和自然灾害的抵御能力，降低电网大规模停运的风险；广泛使用数字信息和控制技术，提高电网运行的可靠性、安全性和运行效率；通过智能调度与监控，动态优化网络资源和运行；建设智能双向互动服务平台，开展双向互动用电服务，实现电网与用户的双向互动；开展分布式电源、电动汽车、储能元件及营销业务决策智能管理；建设用电信息采集系统及智能监控、智能量测系统等。

加强电网智能化建设具有以下效益：

（1）提升电力系统运行经济性。坚强智能电网通过构筑电源、电网与用户之间的友好互动平台，在分时电价等机制下，引导用户将高峰时段的用电负荷转移到低谷时段，降低高峰负荷，并通过调峰电源的有效利用，减少火力发电机组出力调节次数和幅度，提高火电机组效率，减少系统弃水、弃风，提高运行经济性。经测算，到2020年，坚强智能电网将使火力发电煤耗下降4～6g/(kW·h)，发电成本下降1.0～1.5分/(kW·h)。每年可减少弃水电量约60亿kW·h[3]。

（2）提高电网设备利用效率，减少电网建设投资。智能电网能够充分利用供需两侧的各类资源来保障系统经济运行，有效管理输电和配电设施的负载，推迟和减少新建更多的电网设施。根据国网能源研究院电力供需实验室预测，2011—2020年，电网智能化可使全社会最高用电负荷下降约4900万kW，假设每下降1kW少建设1kVA变电容量，按3700元/kVA电网设备投资造价测算，可减少电网建设投资需求约1800亿元[3]。

（3）提升电网输送效率，降低线损。以远距离、大容量、低损耗的特高压电网为骨干网架的坚强智能电网，将大大降低电能输送过程中的电量损失；智能调度系统和灵活输电技术对智能站点的控制以

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电网的建设将促进分布式能源的广泛应用，也可在一定程度上降低电力输送产生的网损。据分析测算，2020年坚强智能电网可减少线损约72亿kW·h，按平均每千瓦时电量消耗燃料的费用约0.216元计算，全社会将节约燃料费用约15.6亿元。

（4）提高终端用电设备的能源利用效率。通过智能交互终端，用户可根据自己的用电习惯、电价水平以及用电环境，给各种智能家电设备设定参数，进而提高终端用能设备的电能利用效率，实现节电。据分析测算，2020年坚强智能电网可节约用电量约445亿kW·h，按平均每千瓦时电量消耗燃料的费用约0.216元计算，全社会将节约燃料费用约96亿元。

（5）提高供电可靠性，减少停电损失。坚强智能电网借助智能化设备和先进技术能够实现配电自动化，各种传感器将实时监测电压、电流等电气参数和重要部件的运行状况，提供更为准确的电网健康状况信息。系统抵御故障的能力将极大地提高；当发生故障时，也可以将影响控制在最小范围，并使故障造成的损失最小化。据估算，2020年坚强智能电网可以使全社会停电损失减少约190亿元。

（6）改善电能质量。坚强智能电网通过安装在全网的传感器组件反馈信息，能够迅速识别电能质量问题，并准确提出解决电能质量问题的方案。初步估算，2020年坚强智能电网改善电能质量可带来经济效益约为31.6亿元。

（7）推动电动汽车发展，提高能源供应安全，实现节能减排效益。坚强智能电网为蓄电式交通工具的大规模使用提供了优化控制和服务平台。假定2020年在智能电网相关技术带动下，据有关部门研究，我国电动汽车拥有量将达到3000万辆；按照每辆电动汽车每年行驶1万km，3000万辆电动汽车每年可以减少汽油消耗约2250万t，减少CO

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排放4800万t。

（8）促进新产品开发和新服务市场的形成，带动社会经济发展。除上述直接效益外，坚强智能电网的建设，可有效带动电气机械及器材制造业、金属冶炼及压延加工业、金属制品业等相关传统产业的发展，同时能够推动与智能电网相关的新能源、

测算，2011—2020年，国家电网公司电网智能化建设可带动全社会相关行业产出增加约1.5万亿元，每年拉动就业14.5万人，增加居民劳动报酬约36亿元/年。

22020年坚强智能电网发展情景及总体效益

2020年，全国将实现坚强的交直流互联，形成“三华”电网、西北电网、东北电网和南方电网4个同步电网，各同步电网间通过直流实现异步联网。“三华”受端电网形成强大的能源资源配置平台，为大规模接受区外来电创造了条件。可通过±800kV、±1000kV直流等先进输电技术，实现蒙古、俄罗斯、哈萨克斯坦等国外电力及我国新疆等电力的大容量输送；山西、陕西、宁夏煤电通过特高压实现向“三华”电网大规模送电；新疆、酒泉、内蒙古等地区通过风火“打捆”的方式，利用特高压外送通道向“三华”电网大规模送电。坚强智能电网发展情景下将实现大规模跨省跨区电力输送[4]。清洁能源并网与协调控制技术进一步完善和提高，大容量储能技术实现突破，得到规模化应用，电网接纳清洁能源发电的能力大幅度提高，到2020年实现全国电网接入风电规模1.5亿kW、光伏发电2000万kW、抽水蓄能发电5300万kW，电网优化配置资源能力超过4亿kW。

智能化关键技术和设备得到广泛应用，通信和信息平台全面建成，输电、变电、配电、用电以及调度环节基本实现全面智能化，电网整体智能化水平大幅提高，有效促进电力系统运行效率、电网可靠性和电能质量的全面提升，到2020年，电能占终端能源消费比重较大提高，达到约26%。

电动汽车配套基础设施、智能用电小区/楼宇以及“多网融合”等新型用电服务全面展开，关键技术和设备不断得以完善与创新，新型商业模式得以建立并被广泛接受，智能电网产业链趋于完整，形成巨大的市场空间。

根据以上发展情景，2020年在坚强智能电网基

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发电环节效益和其他社会效益合计约为1890亿元，具体构成如图1所示。

3政策建议

建设坚强智能电网，充分发挥电网在能源资源优化配置、服务国民经济发展中的作用，对我国经济社会健康、协调、可持续发展具有十分重要的现实意义。作为对我国产业技术升级、能源开发和利用方式转变有深远影响的综合工程，坚强智能电网建设需要电网企业、发电企业、设备制造、科研机构等相关单位的积极投入和广泛参与，需要政府的宏观引导和有力协调，需要集合各方力量共同推进。

3.1将坚强智能电网发展规划上升至国家战略

建议国家将坚强智能电网规划纳入国民经济发展规划和国家能源战略，制定国家发展智能电网的战略目标，在国家总体战略目标下制定电源、电网、清洁能源等各项规划，并通过法律法规等保障措施，确保坚强智能电网规划目标的实现。

3.2完善政策支持体系

建议国家制定、完善智能电网相关的财税支持政策体系。在科技项目研发、试验示范工程及推广应用等方面给予政策激励和税收优惠，在新能源消纳和经济补偿等方面制定全面均衡的配套政策。完善促进用户与智能电网实现互动的电价机制及相关

建议国家加快智能电网相关技术标准的制定和实施。制定并严格执行清洁能源并网技术规定，明确有功调节、无功控制、低电压穿越等方面的技术要求；建立新能源发电设备检测认证体系；完善清洁能源并网运行规范与流程；研究制定电网、用户互动操作的标准和规范；建立电动汽车及其基础设施技术标准。

3.4加快自主创新步伐

建议国家出台配套措施，加快推动坚强智能电网技术自主创新，带动相关产业升级和科技水平进步。通过创新发展，掌握智能电网领域核心技术，占领相关产业的技术制高点，提高我国智能电网技术的综合竞争力，变智能电网的发展机遇为经济发展动力，通过先进技术推动国民经济发展。

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图12020年坚强智能电网各项预期收益的构成

（责编/李秀平）6