編者按：國網(wǎng)能源院電網(wǎng)發(fā)展綜合研究所主要聚焦于電網(wǎng)發(fā)展規(guī)劃與投資政策、智能電網(wǎng)政策與效益、電網(wǎng)精準投資策略、電網(wǎng)投資效益評價與項目后評價等領(lǐng)域，從理論方法、政策機制、發(fā)展規(guī)劃等方面開展研究，實現(xiàn)從理論研究到落地應(yīng)用的貫通。本專欄將圍繞電網(wǎng)發(fā)展規(guī)劃關(guān)鍵問題，從理論研究、政策解讀、理念探討和典型實踐等方面展開，結(jié)合相關(guān)成果和研究思考與讀者進行交流分享。
文章導(dǎo)讀：當(dāng)前全球正面臨百年未有之大變局，世界能源版圖與治理格局深度調(diào)整?！笆濉逼陂g，我國清潔低碳、安全高效的能源體系穩(wěn)步發(fā)展，清潔化率、電氣化率等關(guān)鍵轉(zhuǎn)型指標顯著提升，電網(wǎng)在其中發(fā)揮了關(guān)鍵作用。圍繞國家發(fā)展戰(zhàn)略目標，基于能源安全新戰(zhàn)略要求，我國電網(wǎng)中長期發(fā)展將在形態(tài)、技術(shù)、功能等方面持續(xù)升級，在推動能源可持續(xù)發(fā)展和促進經(jīng)濟社會發(fā)展中將發(fā)揮日益重要的作用，成為承載和推動能源革命和新一輪工業(yè)革命的重要平臺。本文基于電網(wǎng)發(fā)展歷史特征，系統(tǒng)考慮中長期發(fā)展的形勢要求，從高比例清潔能源并網(wǎng)技術(shù)、先進輸變電技術(shù)、智慧配電網(wǎng)等方面探索我國中長期電網(wǎng)形態(tài)的趨勢演變特征。
中長期我國電網(wǎng)形態(tài)演變趨勢
執(zhí)筆人：謝光龍、韓新陽、靳曉凌、神瑞寶
國網(wǎng)能源院電網(wǎng)發(fā)展綜合研究所
當(dāng)前全球正面臨百年未有之大變局，世界能源版圖與治理格局深度調(diào)整，氣候變化加劇、傳統(tǒng)化石能源供應(yīng)日益趨緊，能源清潔低碳發(fā)展成為世界各國能源轉(zhuǎn)型的戰(zhàn)略選擇。黨的十九大報告明確提出，要推進能源生產(chǎn)和消費革命，構(gòu)建清潔低碳、安全高效的能源體系。圍繞國家中長期發(fā)展目標，我國能源體系穩(wěn)步發(fā)展，清潔化率、電氣化率等關(guān)鍵轉(zhuǎn)型指標顯著提升，電網(wǎng)在其中發(fā)揮了關(guān)鍵作用?；谀茉窗踩聭?zhàn)略要求，我國電網(wǎng)中長期發(fā)展將在形態(tài)、技術(shù)、功能等方面持續(xù)升級，滿足經(jīng)濟社會需求和資源環(huán)境要求，充分發(fā)揮科技創(chuàng)新帶來的驅(qū)動作用。
一、電網(wǎng)發(fā)展的歷史演變特征
回顧歷史，經(jīng)濟社會發(fā)展需求與技術(shù)變革創(chuàng)新是大電網(wǎng)發(fā)展的主要驅(qū)動力，并且在不同階段呈現(xiàn)了不同的特征。
階段一（19世紀末至20世紀中期）：電機、電燈等電氣設(shè)備發(fā)明和技術(shù)進步推動了電網(wǎng)的出現(xiàn)和發(fā)展。1882年7月26日上海外灘到招商局碼頭第一個小電網(wǎng)成為中國電力工業(yè)發(fā)端。隨著工業(yè)化進程加快，電氣化時代起步。1944年12月，220千伏松撫線輸電線路建成并投入運行，形成了全國第一個跨省超高壓電網(wǎng)-東北主網(wǎng)。該階段的輸電電壓等級在220千伏及以下，采用簡單保護和經(jīng)驗型調(diào)度，自動化程度較低，資源配置以分散的、小范圍平衡為主。
階段二（20世紀中期至20世紀末）：電工技術(shù)取得快速進步，電氣化設(shè)備快速普及，電氣化水平不斷提高。第二次世界大戰(zhàn)之后全球經(jīng)濟規(guī)模快速擴張帶來電力需求快速增長，帶動電網(wǎng)規(guī)?？焖贁U張、技術(shù)快速提升、最高電壓等級不斷提升，資源配置向大范圍優(yōu)化方向發(fā)展。1972年我國自力更生建設(shè)的第一條330千伏超高壓劉（家峽）天（水）關(guān)（中）輸電線路建成投運。1981年我國第一條500千伏平（頂山）武（昌）線路建成投運。2005年我國第一條750千伏輸變電示范工程正式投運，從青海官亭至甘肅蘭州東長達140公里。該階段出現(xiàn)了330千伏及以上超高壓交流輸電，高壓直流輸電獲得應(yīng)用，實現(xiàn)了較復(fù)雜的保護與調(diào)度，自動化程度較高，信息技術(shù)得到充分應(yīng)用。
階段三（21世紀初至今）：新能源發(fā)電、低碳與能效技術(shù)、信息通信技術(shù)在能源電力領(lǐng)域應(yīng)用加快；可持續(xù)發(fā)展與綠色低碳成為全球發(fā)展的主旋律，風(fēng)電、太陽能發(fā)電開始進入規(guī)?；l(fā)展階段；互聯(lián)電網(wǎng)規(guī)模進一步擴大，追求更大范圍的互聯(lián)效益與資源配置效率。截至2019年底，我國風(fēng)電和太陽能發(fā)電累計裝機容量分別達到2.1億千瓦和2.04億千瓦，均居世界第一；截至2020年7月，全國在運特高壓線路達到“十交十五直”，特高壓交流送電能力達到1.62億千瓦，華北電網(wǎng)形成“兩橫三縱一環(huán)網(wǎng)”1000千伏區(qū)域交流主網(wǎng)架，華東電網(wǎng)圍繞長三角地區(qū)形成1000kV交流環(huán)網(wǎng)，并向南延伸至福建，華北-華中通過1000kV長治～南陽～荊門線路互聯(lián)，同時構(gòu)成了“七縱八橫”共十五條特高壓直流輸電通道，電網(wǎng)資源配置能力不斷提升。
二、未來我國電網(wǎng)發(fā)展面臨的形勢要求
一是我國經(jīng)濟發(fā)展由高速、規(guī)模擴張階段進入中高速、高質(zhì)量發(fā)展階段，用電需求增長放緩、用電質(zhì)量要求提高。結(jié)合當(dāng)前世界經(jīng)濟發(fā)展形勢，我國經(jīng)濟發(fā)展進入新階段，GDP增速由過去長期保持的10%以上的高速增長，降低到目前6%左右的中高速增長。由于經(jīng)濟增速的放緩，能源電力需求也相對放緩，電力需求增速已經(jīng)由2010年的14.8%下降至2019年的4.5%。隨著產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整，能源需求重心逐步轉(zhuǎn)向生活消費側(cè)。落后產(chǎn)能、高耗能產(chǎn)業(yè)逐漸退出，高端制造、現(xiàn)代服務(wù)業(yè)占比逐漸增大，電力負荷對高質(zhì)量供電的需求日益增加，電網(wǎng)發(fā)展相應(yīng)由規(guī)模擴張階段向提高供電可靠性和服務(wù)質(zhì)量轉(zhuǎn)變。
二是城市群發(fā)展模式對電網(wǎng)的資源協(xié)同、管理創(chuàng)新提出了更高的要求。2019年，中央財經(jīng)委第五次會議指出，“經(jīng)濟發(fā)展的空間結(jié)構(gòu)正在發(fā)生深刻變化，中心城市和城市群正在成為承載發(fā)展要素的主要空間形式”，提出“要增強中心城市和城市群等經(jīng)濟發(fā)展優(yōu)勢區(qū)域的經(jīng)濟和人口承載能力，增強其他地區(qū)在保障糧食安全、生態(tài)安全、邊疆安全等方面的功能”，未來電網(wǎng)要主動適應(yīng)城市群發(fā)展模式。以北京、上海為標桿，全國九大中心城市均在編制面向2035年的城市發(fā)展規(guī)劃。2016年和2017年北京、上海陸續(xù)發(fā)布了城市總體規(guī)劃，2019年12月《長江三角洲區(qū)域一體化發(fā)展規(guī)劃綱要》正式頒布。未來的城市發(fā)展將更加注重經(jīng)濟發(fā)展質(zhì)量、資源環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展、城市群的產(chǎn)業(yè)協(xié)同創(chuàng)新。同時，不同的城市定位有差異，北京的四大中心，上海的創(chuàng)新、人文、生態(tài)，河南的城鄉(xiāng)一體化發(fā)展。因此未來電網(wǎng)發(fā)展需要因地制宜，在安全保障區(qū)域差異化發(fā)展要求的基礎(chǔ)上，積極開展智能化、以人為本的現(xiàn)代電網(wǎng)建設(shè)。
三是能源轉(zhuǎn)型發(fā)展目標任務(wù)艱巨，要全力貫徹落實能源安全新戰(zhàn)略。2015年11月，習(xí)近平總書記在巴黎氣候大會上承諾：2030年左右使二氧化碳排放達到峰值并爭取盡早實現(xiàn)；2030年單位國內(nèi)生產(chǎn)總值二氧化碳排放比2005年下降60%－65%，非化石能源占一次能源消費比重達到20%左右，森林蓄積量比2005年增加45億立方米左右。2016年底，國家能源局印發(fā)《能源生產(chǎn)和消費革命戰(zhàn)略(2016-2030)》，提出2030年我國能源強度目標是達到目前世界平均水平，能耗總量控制在60億噸標煤以內(nèi)，非化石能源占比達到20%。為實現(xiàn)上述目標，能源電力行業(yè)將在生產(chǎn)、消費、技術(shù)、體制等方面全面落實國家能源安全新戰(zhàn)略，推動構(gòu)建清潔低碳、安全高效的現(xiàn)代能源體系。一方面要大規(guī)模開發(fā)非化石能源支撐能源供需平衡，注重集中式與分布式可再生能源的協(xié)同發(fā)展；另一方面終端能源消費清潔化、多元化、個性化趨勢顯著，對電網(wǎng)規(guī)劃運行帶來挑戰(zhàn)。
四是能源革命與數(shù)字革命深度融合發(fā)展，電網(wǎng)數(shù)字化轉(zhuǎn)型發(fā)展迎來重大機遇與挑戰(zhàn)。新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革正在重塑全球經(jīng)濟結(jié)構(gòu)，尤其是以人工智能、量子通信、移動通信、物聯(lián)網(wǎng)、區(qū)塊鏈為代表的新一代信息技術(shù)加速突破應(yīng)用，深刻改變著能源電力和經(jīng)濟社會發(fā)展，技術(shù)之間交叉融合，產(chǎn)業(yè)界限越來越模糊，互聯(lián)網(wǎng)與能源產(chǎn)業(yè)跨界融合已成為新常態(tài)和大趨勢。這為以數(shù)字技術(shù)應(yīng)用加速推進能源革命，提供了重要發(fā)展機遇，未來電網(wǎng)將與大云物移智等新技術(shù)深度融合，但在帶來技術(shù)紅利的同時，也產(chǎn)生了網(wǎng)絡(luò)安全和客戶隱私保護的新挑戰(zhàn)。
三、中長期我國電網(wǎng)發(fā)展趨勢特征
在能源供應(yīng)形勢、氣候環(huán)境挑戰(zhàn)、新一輪能源革命和能源體制改革、數(shù)字經(jīng)濟發(fā)展的背景下，未來電網(wǎng)的戰(zhàn)略定位亟需突破原有電力基礎(chǔ)設(shè)施的范疇和基本定位，在推動能源可持續(xù)發(fā)展和促進經(jīng)濟社會發(fā)展中將發(fā)揮日益重要的作用，積極消納高比例清潔能源，必將成為承載和推動能源革命和新一輪工業(yè)革命發(fā)展的重要平臺。
一是非化石能源發(fā)電占比逐步提升，大型集中式和分布式電源協(xié)調(diào)發(fā)展下的并網(wǎng)安全性和可靠性要加強。為適應(yīng)風(fēng)力、太陽能發(fā)電的規(guī)?；_發(fā)利用，要提高并網(wǎng)電站的安全穩(wěn)定運行水平，特別是極端氣候下新能源并網(wǎng)接入裝備水平。持續(xù)提升新能源發(fā)電設(shè)備控制水平，提高預(yù)測精度，建立新能源發(fā)電先進控制系統(tǒng)，使可再生能源發(fā)電具有可控制的特征，并盡可能平滑新能源發(fā)電功率輸出，降低間歇式能源發(fā)電對電網(wǎng)運行的沖擊，減少對電網(wǎng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)、備用容量、調(diào)節(jié)電源等方面的要求，提高電網(wǎng)對新能源發(fā)電的消納能力。
二是依托現(xiàn)有超/特高壓交直流輸電網(wǎng)絡(luò)布局，融合柔性交直流輸電為代表的先進輸電技術(shù)，積極開展高效智能的輸變電技術(shù)創(chuàng)新應(yīng)用。未來20至30年，我國輸電骨干網(wǎng)仍將基本保持超/特高壓交直流輸電網(wǎng)模式，為適應(yīng)未來接納大規(guī)?？稍偕茉措娏透鞣N電源大范圍電能傳輸、互補的需求，遠期階段多端直流輸電和直流輸電網(wǎng)技術(shù)將會得到發(fā)展，要大力開展交直流電網(wǎng)的規(guī)劃、運行和控制的系統(tǒng)研究。輸電技術(shù)將向交直流混聯(lián)網(wǎng)格化、潮流及故障電流控制復(fù)合化、輸電損耗控制最優(yōu)化方向發(fā)展，輸變電設(shè)備向高集成化、高可控性、高可靠性和智能化方向發(fā)展，電網(wǎng)狀態(tài)監(jiān)測水平和防災(zāi)減災(zāi)水平將穩(wěn)步提升。
三是有序建設(shè)具有綠色低碳、安全可靠、高效互動、智能開放、平衡普惠等特征的智慧配電網(wǎng)。以現(xiàn)代化配電網(wǎng)為基礎(chǔ)平臺，實現(xiàn)信息通信技術(shù)與配電系統(tǒng)的規(guī)劃、運行、控制、管理等環(huán)節(jié)的深度融合，高比例消納分布式可再生能源、高效協(xié)同配用電側(cè)綜合能源系統(tǒng)、靈活接入供用能多元主體。相比于傳統(tǒng)配電網(wǎng)，智慧配電網(wǎng)內(nèi)涵外延更加豐富。形態(tài)上，分布式可再生能源并網(wǎng)發(fā)電規(guī)模擴大，電動車數(shù)量劇增，各類儲能設(shè)施、微網(wǎng)的并網(wǎng)需求增多，以及海量傳感設(shè)施應(yīng)用后帶來供需互動模式多元化、管理精準化、需求多樣化，都讓智慧配電網(wǎng)的形態(tài)更加復(fù)雜。技術(shù)上，信息化、數(shù)字化技術(shù)的升級應(yīng)用對配電網(wǎng)發(fā)展帶來新的機遇與挑戰(zhàn)，“云、大、物、移、智”技術(shù)驅(qū)動著配電網(wǎng)量測、監(jiān)控、運行、管理模式等方面的突破創(chuàng)新。功能上，智慧配電網(wǎng)一方面深度挖掘內(nèi)部潛力、提高管理水平、提升能效，提升融合型基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)水平，支撐智慧能源基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，另一方面加強化對外服務(wù)和互動能力，以人為本，注重平衡普惠功能，有力支撐國家的區(qū)域一體化發(fā)展等相關(guān)政策方針。
