黄孟哲 黄国政

摘   要：本文针对目前电网的快速发展面对的问题提出了大胆的构想，提出通过建设不同水平面的巨大水体来存贮、输送、产生电能，解决电力传输距离越来越长、电压越来越高、电网越来越大所隐藏的风险。该构想是对未来的一种展望，希望能起到抛砖引玉的作用，其可实现性有待相关专家进一步探讨。

关键词：电力系统  生态能源电网  电力输送

中图分类号：F426.61                               文献标识码：A                        文章编号：1674-098X（2020）01（a）-0252-02

1  我国电力系统现状

改革开发以来，随着我国经济的高速发展，对于能源的需求与日俱增，2017年能源消费总量达到了44.9亿t标准煤，其中，煤炭消费占能源消费的比重为60.4%，其中绝大部分煤炭都转化成电力能源。电网的规模也随之快速扩大，为了提高电力能源的传送效率，输电线路电压等级不断提升，全国已构建了一个特高电压等级的特大型电网。

截至2017年年底，全国全口径发电装机容量177708万kW，其中，水电34359万kW（其中抽水蓄能发电2869万kW），占19.3%;火电110495万kW（主要为煤电），占62.2%;核电3582万kW，占2.1%;并网风电16325万kW，占9.2%;并网太阳能发电12942万kW，占7.3%;全国人均装机规模1.28kW，超过世界平均水平，电力供应能力持续增强。

为了满足庞大的电力输送，电网规模不断扩大，跨省区输送能力大幅提升，并且电网的发展速度正在不断加快，以2017年为例，全国新增110kV及以上交流输电线路长度和变电设备容量58084km和32595万kVA，其中，220kV及以上线路长度69万km，变电设备容量40亿kVA。2017年全国电网工程建设完成投资5373亿元。

2  电网存在的问题和潜在的风险

目前，我国主要是采取提高电压等级的方式来进行电力的远距离输送，一般有交流特高压和直流特高压两种技术[1]。传统的大电网输电存在一些问题。

（1）投资规模大且损耗明显：随着输电设备电压等级的提高，投资成本急剧增加，输电线路的建设消耗大量的钢铁和水泥，高能耗加重对环境的污染[2];输电距离远导致电能即使是提高電压也在输送过程中损耗巨大，升压降压的过程也增加了电能损耗，造成资源的极大浪费。

（2）供电安全性降低：随着电网复杂程度的增大，电网也变得更为脆弱，运行风险加大，一是电网运行管理技术难度和安全风险明显加大;二是大容量重要输电通道突发故障会对两端电网安全运行造成较大压力;三是重要直流输电通道故障与交流电网故障相互影响，加剧安全风险[3];四是重要输电通道安全稳定控制系统存在较大安全风险。

（3）环境代价大，维护成本高：大电网需要线路走廊，高压铁塔、变电站等会对自然环境产生不可逆转的破坏;维护电网的费用会随着人力成本的提升而不断增加。

3  利用水体构建生态能源电网

利用水构建生态能源电网的构想，即建立一个不同海拔高度的多级水体网络，其能够覆盖我国的能源基地和负荷中心，能源基地和负荷中心附近部署有该水体网不同层级的节点，利用不同水平高度的水体实现能源的转化、储存和传输。其核心是将多种能源直接转化为水的势能，然后利用水的自然特性进行能源输送，在负荷中心区域利用不同水平高度的水体的水位高度差将水的势能重新转化为电能，接入区域电网，供给用户使用。生态能源电网构建的主导思想是“整体规划、化整为零、分步实施”。

（1）整体规划。在全国范围根据各地的地理条件、能源分布、负荷分布和现有河流、湖泊、水库、水渠情况等，规划拟建设水体层级数、水平高度、水体库位置等，制定各级水体的建设规范、水体接入标准、能源转换站点建设规范、接入标准等。

（2）化整为零。根据规划制定的建设规范和标准，各地区可根据自身情况开展建设，一个片区一个片区地建设，根据地理条件确定所在片区的水体层级，后开展建设的水体库应考虑接入以之邻近的等水平面水库，逐步形成区域水体，形成网状结构，不断延伸。

（3）分步实施。生态能源电网的建设是一个长期的目标，需要一步一步实施。早期可先在运输条件差、能源丰富、水体容库建设方便的地方建设能源输入点，如煤矿场、风电场、光伏电场附近;在离负荷中心近、电力能源需要长距离输送的地方建设发电站点;有经验后逐步扩大实施。

4  生态能源电网的优点

（1）降低电网复杂程度，供电更为可靠。由于负荷的传输通过水的流动实现，不需要电网连接，避免了电网局部突发故障影响全网安全;另一方面各部分电网的规模缩小，复杂程度降低，减轻了电网运行管理难度和安全风险，提高了电网的可靠性。

（2）实现大容量能量的储存，打破电网发输供同步的限制：各种能源可不受限制地将产生的能量通过把下位水库的水抽到上位水库而存储其能量;负荷侧的水电机可根据用电需求随时产生电能，满足用户的需要。

（3）无需特高压、长距离输电，减少电能损耗。其它能源可直接用于抽水储能，因此可以减少传统高压电长距离升压输电的环节，发电机组直接可连接抽水机组，减少了电能耗损，提高能源利用率。

（4）对环境友好。由于不需要高压输电，减少了高压电线对空间的占用和对周围环境构成的威胁。而建设水库在供发电的同时也能为区域提供灌溉、供水、航运和防洪等功能，充分利用水资源。

5  构建生态能源电网应解决的问题

（1）水体分散建设时，如何保证建立水体的统一水平高度。整个构想实施的基础是建立一个以容量巨大的不同水平高度的多层级的水库群为核心，因此各地区分散建设时，必须采用统一的标准，有严格的审查和验收制度，确保每个点的建设都符合规范要求。

（2）同层级水体之间连通的问题。在建立节点水库后，因为构想中能源电网的能源传递是利用同层级的水库水位相同的原理，在能源基地处抽水蓄能，在负荷中心处用水发电。但是不同地区的节点水库虽在同一水平面，它们之间的区域并不是平整的，而是有很多复杂的地理环境，并不能简单地直接连通，需要利用不同的地形，合理配置虹吸渠等措施，使整个层级的水网连通。

（3）不同层级水体之间建设的配合问题。能源电网通过不同层级间水体的能量转换来实现功效，建设时需考虑不同层级间水体的配套建设，以实现能量转换利用的最优。

（4）当出现意外导致水体缺堤时，如何阻断破坏的扩散，减少损失是值得深究的问题。因为整个水体网络的规模巨大且相互连通，如果遇到意外情况，例如地震等地质灾害导致某处缺堤，所释放出的破坏力将不堪设想。为了应对这种极端情况，必须要有应急预案。可以通过在不同区域设置阻隔设施，当一处区域的水库缺堤时，这些设施可以及时将该区域的水体与其他区域隔绝开来，既阻断灾难的蔓延，也便于修复。预防方式有很多，此处仅提一点拙见，以抛砖引玉。

6  结语

随着国民经济进一步发展，对电力的需求日益增加，按现有的电网结构发展，电网将会变得越来越庞大。本文提出的生态能源电网构想，尽管看起来离实现还很遥远，但它也许是解决正在发展的电网存在难题的一个方案。

参考文献

[1] 马实一，李建成，段聪，等.基于电力市场背景的风-光-抽水蓄能联合优化运行[J].智慧电力，2019（8）：43-49.

[2] 邬雄.持续开展特高压电磁环境研究 确保其友好性和安全性[J].安全与电磁兼容，2018（1）：9-10.

[3] 张丽萍.论提升特高压电网输电能力的方法[J].科技经济导刊，2019（18）：77.