万亿特高压建设背后的能源“大棋局”

实现碳达峰、碳中和,能源是主战场,电力是主力军。

文|华夏能源网 刘洋

攸关“双碳”目标落地,特高压迎来第四次建设高潮。

据媒体报道,2022年特高压项目核准将提速,规划的项目有望全部核准。仅国家电网计划开工的,就有“10交3直”共13条特高压线路。

未来四年,特高压建设更是规模空前。“十四五”期间,国网规划建设特高压工程“24交14直”,涉及线路达3万余公里,变电换流容量3.4亿千伏安,总投资3800亿元。

特高压建设,是推动中国新一轮能源革命的“铁三角”——“新能源+特高压+储能”稳固支架重点关键一环。历经18年的发展,特高压建设克服各种困难,安全性和经济性都已不成为问题。

实现碳达峰、碳中和,能源是主战场,电力是主力军。目前支撑新能源装机发电输送的通道明显不足,需要加快建设特高压以补上新能源输送通道的“短板”。预计到2025年,中国特高压长度有望突破4万公里。

3800亿特高压提速

通常电压按等级可以分为低压、高压、超高压和特高压几种。低压通常是220V和380V,也就是家用电压。高压指的是电压等级在10Kv-220Kv,城市高压电缆一般是地下传输,野外一般是铁塔传输。超高压范围在330Kv-750Kv之间,通常是水力火力发电等输送的电压。

而特高压指的是±1000Kv及以上交流和±800Kv及以上的直流输电,特高压一般用在西电东输等超远距离输送的电压渠道。实现长距离的电力能源外送,作为电力“快递”的特高压直流扮演着重要角色。

自从2006年我国探索特高压示范工程开始,截至目前,中国在运特高压共计29条,分别为13 条交流16条直流,其中,国家电网经营区域运行交流13条、直流12条,南方电网经营区域运行直流4条。截至2020年上半年,中国已全面投运的特高压输电线路总输电能力约合1.54亿千瓦。

“十四五”期间,特高压建设将明显加速。仅国家电网就规划了“24交14直”特高压工程,总计38条,这已经超过“十一五”至“十三五”15年间全部特高压工程建设总量。

另据“十四五”特高压规划专家透露,“十四五”电力规划在2021年12月底已经内部印发,发给各个省发改委能源局及各大央企,预计对外公开的版本要到今年“两会”之后才能正式发布。

作为“新基建”的核心方向,特高压建设为何会突然加速?2022年为何会密集落地?

首先,风、光新能源大发展下,更好满足集中式新能源项目的送电需求。

中国发展新能源思路是两条腿走路,即一方面提倡分布式,一方面提倡西部的集中式。在发展分布式的过程中,目前遇到了很多问题,分布式在政策、补贴以及开发成本等方面的推进不甚理想,尽管“整县光伏”、“风电下乡”蓬勃发展,但电网在配电侧消纳能力较弱,分布式对于“双碳”目标的实现相对来说难以承担主力作用,因而,新能源开发的主体路径还是集中式。

集中式新能源大发展要依赖两个条件,一个是依赖西部包括内蒙、西北五省、东北等资源富集地,一个是将风、光新能源输送至负荷中心的跨省区特高压往外送。在这种情况下,特高压建设必须提速。

其次,加快特高压建设步调,以配合大型风光基地建设。

2021年10月12日,习近平总书记在云南昆明举行的《生物多样性公约》第十五次缔约方大会上提出,“中国将持续推进产业结构和能源结构调整,大力发展可再生能源,在沙漠、戈壁、荒漠地区加快规划建设大型风电光伏基地项目,第一期装机容量约1亿千瓦的项目已有序开工。”到12月份,国家能源局又启动了第二批大型风电光伏基地项目申报,要求2022年开工建设,2023年内建成并网。

以1亿千瓦为建设起点的风光大基地,后续基本上还要按此规模去增长,通道起点大部分都是在戈壁、沙漠地区,如新疆、内蒙、宁夏、甘肃、青海等,这里面积辽阔,风光资源富集,技术可开发量占全国的60%以上,电力外送就要依赖特高压。

按照现在风光大基地上马建设的进度,特高压一定要跟得上。新能源项目的开发基本半年到一年就能上马,但是配套的交流电网工程基本上从前期工作到最后投运,要一年半接近两年的时间,所以今年加快推进特高压去配合新能源基地建设非常有必要。

工期方面,跨省区直流或者交流特高压工期会长一点,因为大量的前期工作设计跨省协调存在不确定性,但是只要拿下批文并具备开工条件的, 跨省区的直流特高压 (主要时间在送受两端的换流站) 一般在18个月到24个月。交流特高压,因为本身是一段一段的,两三百公里有一个换流站,工期8到12个月。

再次,此轮特高压建设还是在经济逆周期时,承担着托底经济的责任。

从相关领导的讲话和定调看,高层对于2022年宏观经济的预期不是特别乐观,一方面西方的疫情基本上已经呈开放趋势,我国还处于动态清零的严格风控模式,今年跟其他国家完全开放经贸、口岸的机会不是特别大,外贸和进出口受到的影响会持续,提高国内的投资进度非常有必要。作为“新基建”的宠儿,特高压提速是自然而然的事情。

按照两大电网公布的“十四五”期间电网计划投资,总和接近3万亿元。2022年国家电网已确定投入5012亿元,特高压工程、配电网、电网数字化建设是投资重点,对经济拉动作用明显。

中国能源革命“铁三角”

2020年9月,中国提出“力争2030年前实现碳达峰,努力争取2060年前实现碳中和”的目标。随后又提出,2030年,中国非化石能源占一次能源消费比重将达到25%左右,风电、太阳能发电总装机容量将达到12亿千瓦以上。

国家能源局数据显示,截至2020年底,全国风电、光伏合计总装机为5.3亿千瓦,这意味着未来十年,风、光装机量预计最低要增长126%。

“十四五”规划纲要提出,建设雅砻江流域、松辽、冀北、黄河几字弯、金沙江上游等九大陆上清洁能源基地和五大海上风电基地。以九大陆上清洁能源基地为代表,“十四五”期间,新能源重点开发地区包括新疆、云贵、藏东南、青海、甘肃、蒙西、东北等地区,距东部负荷中心长达1000-3000公里。

中国大量可再生能源资源分布在西部、西北部,但工业产能和负荷多在中东部、沿海区域,这一实际情况对新能源电力的消纳和长途运输提出了巨大挑战。破解这一困局,就要依靠特高压。特高压输电是当今世界最高效、最经济的远距离输电方式,作为未来重要的新基建,特高压可以将西部大量可再生能源输送到经济发达地区。

根据Wind数据,2021年前三季度,我国东部地区用电量和发电量分别为3.16万亿千瓦时和2.45万亿千瓦时,存在高达7100亿千瓦时的电量缺口。而同期,我国中部和西部地区的发电量均显著高于用电量。

东部地区和中部、西部地区电力供需之间的落差,表明以特高压为载体的“西电东送”、“北电南送”工程还远未达到理想状态。大力发展特高压,持续将中西部地区的电力输送到珠三角、长三角和京津唐等地区,是我国未来优化区域能源供需的重点。

在此背景下,国家能源局2021年4月印发《2021年能源工作指导意见》明确要求,为增强清洁能源消纳能力,在确保电网安全的前提下,推进电力源网荷储一体化和多能互补发展,提升输电通道新能源输送能力,提高中东部地区清洁电力受入比重。加快建设陕北—湖北、雅中—江西等特高压直流输电通道,加快建设白鹤滩—江苏、闽粤联网等重点工程,推进白鹤滩—浙江特高压直流项目前期工作。

当然,光有海量清洁能源和特高压输电线路,还无法支撑起中国新能源革命的战略“铁三角”,在两者之外还要打造新能源革命的“超级充电宝”——储能。“新能源+特高压+储能”,才是推动中国新一轮能源革命的稳固支架。

2021年8月,国家发改委、能源局发布《关于鼓励可再生能源发电企业自建或购买调峰能力增加并网规模的通知》指出,“实现碳达峰关键在促进可再生能源发展,促进可再生能源发展关键在于消纳,保障可再生能源消纳关键在于电网接入、调峰和储能”。

“十四五”“24交14直”特高压的加速上马,不仅为中国新能源革命打造完美闭环,特高压建设还将带动上下游全产业链发展。

特高压产业链可分为上游、中游及下游,上游主要是设备原材料,如大宗原材料、电阻、电容等;中游则主要是特高压电器设备行业,包括直流特高压领域的换流阀、换流变压器,以及电抗器、GIS等;下游主要是电网行业,该领域垄断性较强,以国家电网、南方电网和部分地方电网为主。

赛迪数据显示,2020年我国特高压产业及其产业链上下游相关配套环节所带动的总投资规模超3000亿元,其中特高压产业投资规模近1000亿元,带动社会投资超2000亿元。

以此推算,“十四五”“24交14直”3800亿元特高压全产业链建设高潮,预计将带动社会投资超7400亿元。

前行十八年

我国的特高压,最初萌芽于西电东送。受第一例西电东输取得成功的鼓舞,2004年,国家电网原董事长刘振亚将特高压付诸实施。2006年,晋东南—南阳—荆门1000千伏特高压交流试验示范工程获得国家发改委核准。2009年1月,该工程正式投运。

从那时到现在,中国的特高压经历了三轮建设高潮。

第一轮是2011年至2013年,规划建设“三横三纵”特高压骨干网架和13项直流输电工程,形成大规模“西电东送”“北电南送”格局;第二轮是2014至2016年,国家能源局提出加快推进大气污染防治行动计划12条重点输电通道的建设,推进9条特高压线路建设;第三轮是2018年至2020年,作为“新基建”投资托底经济,特高压迎来快速发展。

这期间,特高压建设亦曾遭遇激烈反对,并几起几落、几经停滞,争议的焦点包括技术可行性、是否安全、是否经济以及个别地方的利益博弈等。

2005年6月,国家发改委召开为期三天的特高压输电技术研讨会,全国200多名电力专家参会。谈及西电东送,大部分与会者赞成特高压,但仍有著名电力专家陈望祥等6人明确表示反对。会后,反对者上书国务院。他们认为,在能源资源分配不均状况下,输电并非唯一途径,从经济性考虑,输煤或许更为可观。

当初国家不愿意贸然大面积铺开特高压,还考虑到交流特高压下电力的安全与稳定。如果用特高压交流将区域电网联起来,一旦某个区域电网发生系统稳定问题,就可能会殃及其他几个区域电网,出现大停电事故。在那种情况下,交流特高压联到哪里,电就可能停到哪里。因此,6个区域电网间必须全部保持异步,而不能是同步。

区域电网之间不能用特高压交流同步的更大的障碍,还有一条政治红线的划定。2000年到2002年,为了电力安全问题,中央专门组织了相关讨论,拿出的最终方案就是全国得是6个异步电网,不能把所有的鸡蛋放在一个篮子里。

在特高压随后的多年建设中,随着技术的突破,安全性和经济性难题都被一一克服,而特高压带来的各地实际利益的博弈却日益显露。

比如说白鹤滩水电站到江苏的直流特高压,2018年就纳入了国家规划,按理说经过半年时间做可研、做初步设计就能够申报核准,但是直到2020年底才开始申报核准,因为从四川白鹤滩到江苏要经过重庆、湖北、安徽、江西,最后才进入江苏境内,每一处的利益都要兼顾到。

直流特高压送端有一个换流站, 受端有一个换流站, 中间这些过路省份跟它完全没有关系, 当时就卡在了湖北,在湖北要贡献出600到800米宽×600公里长这么一个线路走廊给四川和江苏做贡献,而湖北有什么积极性出批文呢?

同样道理,受端省份的火电厂的利益、当地税收,也都受到了特高压输电的侵蚀,不同省份不同主体之间的利益博弈和利益交换需要大量的协调谈判过程。在中央下大决心要在特高压建设上取得突破之后,利益协调终于不再成为大的问题。

然而,特高压工程规划不断加码的同时,国内特高压存量线路整体利用率却长期偏低,这是新的问题。据彭博新能源财经数据显示,2019年,中国特高压输电线路的平均利用率为53%,2016-2018年分别为55%、63%和47%。“十四五”规划亦曾着重提到,特高压要解决利用率低的问题。

18年来,特高压一路走来,不断克服各种困难,到如今已经成为落实碳中和战略的关键一环。实现碳达峰、碳中和,能源是主战场,电力是主力军,这要求中国实现更高水平的电气化,支撑煤炭、石油、天然气尽早达峰。而目前支撑新能源装机发电输送的通道较少,需要大量建设特高压补新能源输送通道的短板。

国家电网数据显示,特高压工程累计线路长度从2011年的2542公里提升至2020年的35868公里,年复合增长率达到34.2%。随着新核准线路建设的陆续推进,新一轮特高压建设高潮到来,2020-2025年我国特高压线路长度将保持稳定增长,预计到2025年有望突破4万公里。

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