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能源局“十二五”电网规划专家组成员 王仲鸿
“十三五”即将来临，中国电网面临计划编制工作。过去近十年，国家电网公司在国家总体规划缺失情况下进行着电网构架建设工作：电网主构架是由最高电压的交流输电线组成，按五横五纵的交流特高压三华电网进行新建工作。从2005年北戴河“特高压输电技术研讨会”开始，有关交流特高压输电技术争论近十年未果，使国家电网没有统一认可的总体规划。三华电网就是把已有的三个超高压区域电网用特高压输电线同步联在一起，受到的质疑有：是否需要？是否比三个超高压网安全？国网推荐的交流特高压技术是否安全、经济？这些是新建电网和输电线的关键问题，也必然会在“十三五”电网规划中出现，并对未来中国电网和工程决策有重大影响。
2014年5月，全国政协还为此召开了调研座谈会，双方专家陈述了正反面理由，俞正声主席总结了三个问题：是否交流特高压还不如交流超高压输电？直流输电是否需要交流特高压输电？三华电网是否安全？会后未见结果，但反映了高层的关注。过去十年中，能源局已核准新建四条交流特高压输电线路，对五条交流特高压输电线工程进行了论证咨询，而且南方电网和内蒙电网都结合规划进行了交流特高压方案的对比论证，为电网规划提供了可检验的丰富工程实践。只要认真严格按照输电工程设计规范进行优选和科学决策，问题本来是可以解决的。南方电网和内蒙电网在2013年都成功完成了2020年的电网规划论证工作，在多方案对比中，淘汰了贵出一倍、又不安全的交流特高压方案，优选了扩建超高压方案（配合直流和超高压输电）。国网提出过八条交流特高压输电线，咨询中介单位主持的对其中五条输电线的论证都存在争议，而且问题相同，与对比方案比，交流特高压输电线既不安全、又贵出一倍。对咨询有质疑的五条输电线，最后采取既有放行、又有搁置的处理，不仅给“十三五”规划留下悬念，而且引发对执行决策程序的遐想。
为什么不能结合已有多条交流特高压输电线的运行和设计进行总结，直面工程的是非？与其他重大工程比（如三峡工程），输电工程比较单纯，它是多个可行方案进行比较的结果，而且有明确的工程数值界定。本文结合已有工程实践和论证历程，为“十三五”电网规划分析和建议如下：
交流特高压电网的安全性
（一）交流特高压输电的运行上限功率达不到设计值。交流特高压输电线的典型设计是双回线600万千瓦，除晋东南示范工程外，其他七条输电线都是这样设计的。但运行值的上限决定于输电线受干扰后的最大输送功率，交流特高压输电线路运行都达不到设计值600万千瓦。根据淮南经浙北到上海交流特高压输电线的仿真计算，在规范故障干扰后，暂稳极限值在400万千瓦左右不等（在不同分段中）。实际输电线的有效利用率不到70%，浪费了输电设备配套能力。
（二）低静稳极限值是交流特高压输电的固有弱点。交流特高压输电的暂稳极限值（实际运行上限值）低于设计值主要在于其静稳极限低，承受不了严重的故障干扰。根据理论分析，交流特高压输电线的典型分段距离为300千米，按静态稳定极限确定（取85%）的运行上限只有626万千瓦，高出设计值仅4%，安全裕度很小，在设计功率（600万千瓦）运行下都承受不了一般故障。对比超高压区域电网，后者都能承受N-1故障冲击达到输电设计值。于是在超高压区域网内新建的交流特高压输电线成为安全短板瓶颈，运行不能达到设计值600万千瓦。这种固有缺点很难解决，任何提高安全的工程措施都会进一步加大已高出一倍的昂贵造价，使交流特高压输电技术更处劣势。
（三）现场试验和输电设计验证了交流特高压输电的不安全性。交流特高压输电的瓶颈是静态稳定，这也为交流特高压示范工程的两次现场试验所证实。扩建前的输电设备配套能力是280万千瓦，而录波图显示平均输电功率达到254万千瓦的振荡超出20%，按运行规程不能运行。扩建后要求输电达到500万千瓦，现场试验录波图显示平均功率达到518.7万千瓦，但输电只达到中间南阳变电站，是试验全长距离（640千米）不到60%。远距输电能力是以距离和功率的乘积为标志的，试验的输电距离只有要求的60%，扩建后的输电能力也没有达到500万千瓦的能力。由录波图可知，扩建前后的功率振荡幅度分别为平均功率的22.8%和10%，不规则的振荡周期高达200秒，这是典型的静态失稳前的特征，而不是通常电网的机电振荡（机电振荡周期约在10秒内）。经理论估算，扩建前后（长治到南阳段）的静态稳定极限为303万千瓦和623万千瓦，运行上限功率分别为257.6万千瓦和529万千瓦，理论分析和现场试验结果相符，都没有能达到要求值。国网宣传交流特高压输电具有500万千瓦的输电能力，不仅与现场试验不符，而且与其提出的七条交流特高压输电线的设计也不符，设计值为双线600万千瓦，相当于一线300万千瓦，而不是500万千瓦。国网负责人还在2014年5月的政协调研协商会上说，交流特高压输电具有4、5倍的超高压（交流500千伏）输电能力，经过对已设计的输电参数比较估算，只有不到2倍，误差在100%以上。这种错误的概念来自把输电能力简单地孤立为输电线部分的等值电抗比较，没有计及输电线以外的电网和变压器电抗，造成误差高达100%，用这样的错误估计来指导推广交流特高压技术，后果可想而知。
（四）五横五纵、三华电网不如原区域超压电网的结构模式安全。三华电网是国网一直坚持的未来电网模式，并且采用切香肠方式在区域超高压网中实施，准备最后互联完成。问题的关键是三华网会带来什么好处？世界最大的超高压同步网已经达到七八亿千瓦，还没有遇到工程技术困难，为什么我们要在约2亿千瓦的三个同步网（华北、华东和华中电网）之上新建一个特高压网、互联合并成一个特高压大同步网？国网用仿真解释说，通过N-1故障检验是安全的。但原超高压区域电网通过N-1安全检验更安全。问题还不仅如此，世界电网面对未来的共同的难题是如何降低大停电发生概率，这是未来发展电网必须考虑的问题，三华电网缺乏详实研究，只简单说可以用计算机监控技术解决。大停电就是大面积的停电，一定是故障连锁发生的结果，虽然概率低，但社会损失是灾难性的，必须应对研究解决。大停电连锁故障就是先行故障引发了后续的连锁故障，这里的关键是如何降低先行故障对电网的冲击，电网结构在这里起着决定性作用。
与超高压电网相比，三华电网的棋盘结构发生大停电连锁故障的概率要大一倍。超高压电网是保证大都市圈负荷的安全建立的，以千万千瓦计的城市圈大负荷中心都是由6、7路以上外来输电供电的，并把它们接在双母线受端环网上，当一路来电故障切断后，会由其余外来输电线和本地发电厂来承担故障转移功率，对每条外来输电通道的冲击与非故障输电路数成反比，即约1/5到1/6。而三华电网为了保证输电能力，必须结成纵横交错的棋盘式结构，每个结点由四路输电线支撑，当一路故障切断后，对其余非故障输电路的冲击是1/3，相对冲击要比超高压电网高约一倍，也相当于发生连锁故障大停电的概率要高一倍。三华电网是把三个超高压电网同步联在一起，相当于把三个鸡蛋放在一个篮子里，发生大停电的损失就会大到三倍。两者综合起来，三华电网的大停电风险损失要大到六倍。
电网是用来保证负荷安全的，但输电线的故障不可避免，都采取隔离和切断故障线路、用其他并联回路来保证负荷供电安全。三华网的安全观是以保证电网安全为中心，新建大容量高电压的网架提高安全。但电网安全不是用大容量、高电压来衡量的，而是在故障干扰下用安全供电能力来衡量的，是对全网进行预设故障下的仿真计算得到的，是可比的量化结果。特高压线的输电容量大，但故障切除后的转移功率也大，对电网安全的冲击也大。三华电网并没有提高电网安全，由于其棋盘式结构反而更不安全。
交流特高压输电工程的经济性
（一）七条交流特高压输电线都有便宜至少一半的代替方案。下表是输电工程论证咨询的比较材料汇总。数据都是由规划设计部门和专家提出的，除了晋东南示范工程（它的实际输电功率待定，而且采用的串补技术也未推广采用），其余交流特高压输电的造价是有规律的，即单价[元/（千米×千瓦）]约在5左右。因为它必须约300千米分段取得超高压网的电压支撑，每段的造价相近，与输电距离弱相关，交流特高压输电工程的单价约为常数5。超高压输电的电价约2元/（千米×千瓦），实用距离已经达到800千米以上，而且要采用串补技术会更便宜。直流输电的单价随距离增加而递减，原因是除两端变电装置昂贵外，其间就是输电线，不需要增加中间变电站费用，所以输电愈远、比较单价和总造价愈便宜。如果在表中进行优选，采用超高压或直流输电代替交流特高压输电线，7条输电线可节约1300亿元（约60%）。相比之下，交流特高压输电没有经济适用距离，应淘汰出局。
（二）南方电网和内蒙古电网规划论证否定了贵出一倍的交流特高压输电方案。两个电网公司在能源局主持下，在2013年都完成了到2020年的电网规划论证工作，通过比较，交流特高压方案都要贵出一倍被淘汰，南方电网和内蒙古电网分别节约1000亿元和500亿元，佐证了采用交流特高压建区域电网也是浪费一倍、不可行。
（三）世界弃用了没有比较经济效益的交流特高压输电技术，普遍推广直流输电解决远距输电。早在上世纪80年代，苏联已建成交流特高压输电工程并投运，之后日本也有建成，但至今世界没有新建和准备新建交流特高压输电工程。国网解释说是没有需求，但中国已有近十年的工程实践表明，该技术既不安全、又不经济，怎么会有需求呢？国网又表示，直流输电需要交流特高压输电工程来保证安全，但世界都没有交流特高压输电，已建的直流输电都在安全运行，没有提出要用交流特高压输电来保证安全。
建议用工程方法解决输电网规划问题
为了做好“十三五”电网规划，有必要回顾过去，找到电网规划在“十二五”未成的原因。国网共提出了八条交流特高压输电工程，其中三条（晋东南示范工程、华东南半环、华东北半环、浙北—福建）未经论证，其余提出论证的五条输电线在论证咨询中都存在争议。五条中批准放行了两条：即华东北半环、华北一纵（锡盟—济南），搁置了三条。这些受到质疑的问题都会在“十三五”电网规划中以不同形式表现出来，解决建议如下：
（一）直面电网和输电工程关键问题。能够妨碍电网规划近十年的争论都是电网建设的根本关键问题，涉及中国电网发展的模式和重大工程的决策问题，“十三五”电网规划也是不能回避的。电网工程界对发展电网、新建特高压直流输电和治理空气污染都是一致赞成支持的、没有异议，争议是为什么只能用交流特高压技术解决问题，而不能采用其他更安全经济的方案（超高压和直流输电方案）？这些比较方案在技术上都是可行的，优选方案的标准只有三个：即需求性、安全性和经济性。
1.需求性。这是规划的前提，如果没有需求，安全经济问题也就不存在。有三个因素影响着电网规划：首先中国已进入经济发展的新常态阶段，对应的是电力发展速度降低、电力弹性系数已转折小于1，超前发展电力的传统思想需要重新定位；二是电力装备的利用率普遍低下，是继续超前建设留有余地，还是节约挖潜优化运行。火力发电厂利用小时已持续下降多年（目前不到5000小时），可以挖潜20%的设备利用率，超高压电网的利用率约为美国的1/3。三是在体制性的驱动下，地方和电力部门都倾向规划高指标，缺失自我约束机制，也没有独立权威的单位负责提出接近真实的预测数据。在雅安—武汉交流特高压输电工程论证中，就存在四川水电是否有大量余电需要特高压外送的质疑，没有单位正面回答。在西部大开发的形势下，大量东送电力能维持多久？中东部地区的经济发展高速度是否能持续？远距送风电和利用本地清洁能源怎么比较？环境污染恶化和排放的政治承担还能搁置核能发电多久？
2.安全性。电网的安全性是个风险评估问题，其中有发生概率问题，也有工程治理代价问题。世界迄今发生25次大停电，而且主要发生在经济发达国家，巨大的社会损失引起对大同步电网的反思，没有一个对策是新建大的特高压同步网，而是相反，提出了非同步互联的分割同步网的建议，值得我们借鉴。国网过去还提出短路电流超标和直流双极闭锁故障安全问题，这些都可以采用一般工程方法解决，也是世界用超高压电网已经解决了的问题。与多浪费数千亿元新建三华网来比较，更为安全、经济和合理。
3.经济性。输电和电网工程比较最后都集中在经济性，因为采用的比较技术都是可行的，如果存在安全上不对等，可以用工程方法解决，差别就变成经济比较问题。交流特高压输电贵出一倍就是这样比较出来的，如果不是垄断价格保护，高出一倍的输电成本是不可能在市场竞标的。如果抛弃经济比较，实际就变成部门利益的平衡和交易，而且打着“政治”招牌掩护着长官的糊涂专断。
（二）结合具体比较方案进行量化标准比较优选。多方案比较是输电工程的规范优选方法，避免了脱离具体工程的感想空论和行政干扰，就是由责任部门提出了可核查和可进行数量比较的多方案，再经论证比较优选。过去有关交流特高压输电工程咨询论证中，常常只提一个交流特高压方案，没有比较方案（如治理空气污染中的四条线），或者回避主要可比方案（如雅安—武汉工程就不比较直流方案）。实质是不敢面对量化比较，保护落后的交流特高压输电技术逃避审查。目前可比的全国电网规划的不同基本方案有二：一是国网提出的新建五横五纵的三华特高压同步网；另一个是扩建超压区域电网，采用直流和超高压解决远距输电，采用异步互联进行网间互济。公开提出的只有一个国网的三华电网，没有超高压扩建方案进行比较。过去也有规划院作为第三方提出方案，但由于利益相关过强（经常收入经费主要来自国网的项目），缺失客观的独立判断。需要科学做好规划比较准备，提出对比方案，否则面对一个方案，又会陷入不作比较的论证程序，最后在暗箱中被迫接受。
（三）总结交流特高压工程实践，在关键问题上统一认识。国家核准了新建五条交流特高压输电线（造价上千亿元），其中有两条输电线（晋东南示范工程和华东南半环）已投入运行，但还没有进行运行后的总结评估。既然交流特高压输电作为高新技术获得国家奖励，又是争议十年的工程技术，按规定应当结合工程实践对项目需求性、安全性和经济性进行总结、统一认识。根据专家统计，在过去的可比同期中，火电厂的单位造价降低30%，而超高压输电工程的单价几乎反而上升了50%。国家市场价格是统一的，除了国网垄断提价外，找不到其他非体制理由。目前工商业电价约1元/千瓦时，成本仅约为一半，差价主要是各种行政规定的费用，完全扰乱了市场经济规律，全面提高了社会产品和服务的成本，严重抑制了国内消费能力和降低出口的市场竞争力。
（四）组成对国家负责的论证专家组用工程方法解决输电电网规划问题。输电和电网属于工程问题，而且涉及面单纯，对社会和环境的负面影响远比其他工程和工业要小得多，是可以用多方案比较优选的典型工程问题。面对国家利益的唯一正确目标，不应存在部门间利益妥协和交易的问题，局部利益只能在国家利益的前提下寻优。在“十二五”期间的交流特高压输电论证咨询会上，不仅反方提出质疑，就是表示支持的专家也不能理解。与会专家心里都明白，只要和直流输电和超高压输电方案比，交流特高压输电线都是既不安全、又不经济。这个道理并非只存在于南方和内蒙古电网，不可能到了华东电网就是非颠倒。对于优选劣指标方案的表态，国网专家解释说经济比较只能对战术问题进行评估，而交流特高压输电是战略问题，是不能靠经济技术比较进行优选。这种统一标准的缺失只会引起审核决策工作的混乱，放大长官专断和权力寻租的空间。国家咨询公司和专家论证会不是通过审核项目程序的摆设或工具，雅安—武汉交流特高压输电工程委托国家咨询公司主持论证，国网不同意工程咨询公司综合得到的否定意见，就可以另议，找到工程院复审仍不能通过，至今仍搁置未定。“十二五”电网规划专家组包括坚持反对交流特高压技术的专家，于是专家组也被搁置放空，另成立新的组织进行电网规划。面对三华电网四五千亿元的巨大经济浪费和安全隐患，至今未能解决。这些都反映了电力旧体制长期习惯和依赖非市场化的行政运作，不仅造成危害损失巨大，而且影响如何正确科学决策工程问题，工作难以为继，呼唤电改及早展开。
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