电力行业分析——输变电部分

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输变电部分包括电力系统中的输电、变电、配电部分,通常又称作电力网络,简称电网。接近负荷处的低电压电网通常又称作配电网,包括变压器、输电线路等变换、输送、分配电力的设备。

一、输电

发电厂与电力负荷中心通常都位于不同地区。在一次能源资源条件适宜的地点建立发电厂,通过输电可以将电能输送到远离发电厂的负荷中心,使电能的开发和利用超越地域的限制。

“十四五”期间,国网规划建设特高压线路“24交14直”,涉及线路3万余公里,变电换流容量3.4亿千伏安,总投资3800亿元。特高压本身具有输电容量大、输电距离远、能耗低、占地少,经济性明显等特点,尤其输电距离长是其最大的特点。由于我国电力资源与负荷不均,我国80%以上的能源资源分布在西部、北部;70%以上的电力消费集中在东部和中部,供需距离相距约800-3000km,由于资源丰富区式经济较落后,人口也比较稀少,产生的电量在那些地区无法完全消纳,且电力资源不易存储,如果没有办法强力输送出去,资源就会浪费。但面对这样大规模长距离的输电,如果用超高压等级输送线路损耗、系统稳定和短路电流问题就会非常严重,所以要采用特高压输电来解决这样的问题。

二、变电

为了减小输电线路上的电能损耗及线路阻抗压降,需要将电压升高;为了满足电力用户安全的需要,又要将电压降低,并分配给各个用户。变电站的自动化与智能化是未来智能电网建设的重要一环。

变电站/换流站:是连接发电厂和电力用户的中间环节,起着升降电压、汇集和分配电能、控制操作等功能。

三、配电

输配电的主体为三部分组成:

国家电网公司:是中国最大的电力企业,主要负责中国大部分地区的输配电服务。国家电网公司涵盖了跨区域的电力输送,并通过其下属的省级电力公司进行地方的电力分配。

中国南方电网有限责任公司:主要负责中国南方五省(广东、广西、云南、贵州、海南)的电力输送与分配。

地方电网企业:在一些特定的区域,如某些省份或自治区,可能会有地方性的电网企业负责当地的输配电服务。

输配电线路:

按用途分为输电线路和配电式线路。按其架设方式分为架空电力线路和地下电缆线路。按其传输电流方式分为交流和直流输电线路。

配电网:

以多层次、多电压等级的形式,降至方便运行又适合用户需要的各种电压向用户供电,达到逐级分配或就地消费的目的。

高压配电网电压等级为110(66)kV35kV,它将来自变电站的电能分配到众多的配电变压器,或直接供给中等容量的用户;中压配电网电压等级为10(20)kV;低压配电网电压等级为380/220V,其功能是以配电变压器为电源,将电能通过低压线路直接配送给用户。

随着我国分布式电源、智能用电、电动类汽车等产业快速发展,配电网负荷也快速增长,对配电网的规划设计、经济运行设备选型、维护检修、自动化控制等也提出了更高要求。

电网系统是能源连接终端用户的重要中间体,电网设备一般分为一次设备与二次设备。

一次设备是供电系统的主体,是用电负荷的载体,高电压或大电流是一次设备的主要特点,包括开关、变压器、电抗器、电容器、互感器、绝缘子、避雷器、直流输电换流阀及电线电缆等。由于该部分设备立足于我国成熟的制造业环境,出海具备竞争力。

二次设备承担电力设备控制及电网自动控制、保护和调度功能,通过自动化技术实现人与一次系统的联系监视、控制,使一次系统能安全经济地运行,分为继电保护、安全自动控制、系统通讯、调度自动化、DCS自动控制系统等。由于该部分涉及重要电力数据,因此出于国家安全原因,系统出海难度较大。

未来一次二次设备的融合,电网智能化、数字化、自动化为必经之路。

根据国家发展改革委和国家能源局发布的《关于新形势下配电网高质量发展的指导意见》,2025年的发展目标是使配电网网架结构更加坚强清晰,供配电能力合理充裕,承载力和灵活性显著提升,具备5亿千瓦左右的分布式新能源和约1200万台充电桩的接入能力。此外,配电网将与大电网兼容并蓄,数字化转型全面推进,开放共享系统逐步形成,支撑多元创新发展。智慧调控运行体系也将加快升级,推广车网协调互动和构网型新能源、构网型储能等新技术。

到2030年,目标是基本完成配电网的柔性化、智能化、数字化转型,实现主配微网多级协同、海量资源聚合互动、多元用户即插即用。这将有效促进分布式智能电网与大电网的融合发展,满足分布式电源、新型储能及各类新业态的发展需求,并为建成覆盖广泛、规模适度、结构合理、功能完善的高质量充电基础设施体系提供支撑,推动实现非化石能源消费目标。这标志着配电网将从传统的"无源"单向辐射网络向"有源"双向交互系统转变,功能上也将从单一供配电服务主体向源网荷储资源高效配置平台转变。

预计2050年,全球电网长度将增加一倍以上,且超过一半的现有电网需要更换。根据这一数据测算,单一变压器这一配件未来的变更空间在260多亿。

变压器的改造预计空间为100亿(“以旧换新”)+150亿(农网系统)+ 12.5亿(户用光伏加装和改造)

因此对这一环节的研究重点标的在于特高压建设、配网智能化、信息化、配网一次扩容、以及叠加出海建设方向。