我國輸電主干線路布局優(yōu)化：考慮可再生能源發(fā)展和輸電技術選擇

發(fā)布時間：2020-07-17 10:47

【摘要】：近年來,我國可再生能源發(fā)展迅猛,但電力“供-輸-需”的失衡造成嚴重的窩電和棄風棄光現(xiàn)象,可再生能源無法得到更大規(guī)模開發(fā)和有效利用,導致能源綠色轉型步伐緩慢,質量偏低等問題。針對這些問題,本文將我國分為六大區(qū)域,設定三種電力需求情景,考慮六種發(fā)電技術、九種輸電技術;兼顧停電事故對輸電網(wǎng)造成的電量損失最小目標和發(fā)電裝機、跨區(qū)域輸電主干線路建設的綜合成本最小目標,建立輸電主干線路布局多目標優(yōu)化模型。同時考慮地區(qū)間的電力供需、輸送容量、輸電距離、輸電方向、區(qū)域可再生能源裝機容量潛力、和電源結構等約束。應用混合編碼的多目標求解算法PSO-NSGA-II對模型進行求解。結果表明電力開發(fā)和跨區(qū)域輸電將同步和協(xié)調發(fā)展。中等電力需求情景、同等偏好下:第一,我國電力大規(guī)模跨區(qū)域輸送,其總輸送容量于2040年達到400吉瓦,較2016年增長4倍以上;西電東送、北電南送格局清晰,西北和東北區(qū)域為電力凈輸出區(qū)域;以華東為代表的其他區(qū)域成為電力凈輸入?yún)^(qū)域�？鐓^(qū)域輸電通道的迅速發(fā)展為可再生能源的開發(fā)和合理消納提供了重要支持。第二,2016-2040年間,我國新建投運64條超高壓及以上跨區(qū)域直流輸電主干線路,其中2022-2025和2037-2040年間為輸電主干線路建設高峰期,其分別建成投運了13和11條線路。在本文考慮的5類(分9種)輸電技術中,特高壓±800千伏輸電技術成為輸電主干線路建設的主要技術,新增輸送容量達217吉瓦,占比達68%;超高壓±500千伏輸電技術仍發(fā)揮重要作用,為距離較近區(qū)域間的電力輸送提供有力支持。第三,在2016-2040年間,我國能源供給側發(fā)生結構性變革,火電裝機容量和發(fā)電量占比將于2040年分別降至39.4%和48.9%以下;可再生能源發(fā)展迅速,風電和光電逐步成為我國電力生產(chǎn)的主力,其裝機容量占比分別達到21.9%和19.5%。第四,三北區(qū)域成為電力生產(chǎn)和供應的主要區(qū)域,風電和光電集中于三北區(qū)域,水電集中于華中和南方區(qū)域,核電同樣得到較大規(guī)模發(fā)展,集中于華東、南方和華中區(qū)域。第五,停電事故損失因素并未抑制電力大規(guī)�？鐓^(qū)域的輸送,但電力輸送流向呈現(xiàn)出減少電力中轉,避開停電事故高發(fā)區(qū)域的趨勢。此外,不論在電力開發(fā)或跨區(qū)域輸送方面,三種電力需求情景下優(yōu)化出的結果均具有高度地一致性�？稍偕娏ρb機容量和發(fā)電量占比均可達到53%和37%以上;而跨區(qū)域電力輸送總容量則分別達到601(高速)、400(中速)和295(低速)吉瓦。優(yōu)化結果僅存在數(shù)量上的差異,并無結構性的變化,體現(xiàn)了本文模型的有效性和穩(wěn)定性。
【學位授予單位】：中國地質大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TM72;F426.61
【圖文】：

全口徑,發(fā)電量,容量,電力

圖 1.1 我國全口徑電力裝機容量與發(fā)電量國可再生能源資源與負荷中心逆向分布的國情決定了西電東送和北電配置格局，輸電通道建設的不成熟以及輸電效率低下是造成可再生電的主要原因。如圖 1.2，對于可再生能源，水能開發(fā)集中在華中和南方區(qū)光能開發(fā)則集中在三北區(qū)域。可再生電力遠離負荷中心且資源所在地后，電力消納能力有限，而華東等負荷中心區(qū)域電力生產(chǎn)能力不足但高。這一矛盾使得可再生電力只有通過大規(guī)模跨區(qū)域輸送，才能得到在國家大力支持下，自 2000 年以后，我國超高壓、特高壓直流輸電工到了快速發(fā)展。截至 2018 年，我國跨區(qū)域直流輸送能力達到 192 吉1.2 可以看到，西電東送、北電南送的格局明顯。西北區(qū)域是我國主要區(qū)域，具有向外輸送大量電力的能力，華東區(qū)域是我國主要的電力輸華中區(qū)域則承擔起了“中介”的作用。輸送通道的建設讓電力從發(fā)電端端成為可能，為促進可再生電力有效利用提供保障。然而，即使以電2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018year

吉瓦,輸送容量,電源,區(qū)域

在國家大力支持下，自 2000 年以后，我國超高壓、特高壓直流輸電工程的建設得到了快速發(fā)展。截至 2018 年，我國跨區(qū)域直流輸送能力達到 192 吉瓦，結合圖 1.2 可以看到，西電東送、北電南送的格局明顯。西北區(qū)域是我國主要的電力輸出區(qū)域，具有向外輸送大量電力的能力，華東區(qū)域是我國主要的電力輸入?yún)^(qū)域，而華中區(qū)域則承擔起了“中介”的作用。輸送通道的建設讓電力從發(fā)電端輸送到用電端成為可能，為促進可再生電力有效利用提供保障。然而，即使以電網(wǎng)運行小時數(shù)達 5000 小時，電力滿負荷輸送和百分之百消納計算，2018 年我國跨區(qū)域輸送電量為 0.96 萬億千瓦時，僅貢獻了全社會用電量的 14%。而實際情況則遠未達該比例，《浙福特高壓交流等十項典型電網(wǎng)工程投資成效監(jiān)管報告》指出部分工程輸電能力發(fā)揮不充分

超高壓直流輸電