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国家电网考试必备知识

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发表时间:2019-05-15 10:01


  全球能源战略


      1、全球能源态势:


    (1)经济社会发展对能源的依赖程度前所未有;


    (2)能源生产与消费格局正在发生深刻变化;


    (3)资源和环境对能源发展的约束越来越强;


    (4)能源安全问题受到国际社会普遍关注;


    (5)新一轮能源技术革命正在孕育发展。


      2、全球能源特征:


    (1)能源结构多元化(煤炭、石油、天然气、非化石能源);


    (2)能源开发清洁化(包括提高清洁能源的比重和化石能源的洁净化开发利用。清洁能源包括水能、风能、太阳能等可再生能源以及核能);


    (3)能源配置远程化(化石能源生产和消费的不均衡分布使得能源资源的大范围配置成为必然);


    (4)能源消费电气化(电能具有清洁、高效、便捷的优势。所有的一次能源都可以转换成电能,电能可以较为方便地转换为机械能、热能等其他形式的能源并实现精密控制。国家的电气化水平衡量指标:一是发电用能占一次能源消费的比重,二是电能占终端能源消费的比重);


    (5)能源系统智能化(是指将先进的通信、信息和控制技术与能源生产、运输、消费各环节结合,实现各能源品种协调互补、能源流和信息流高度一体化融合。发达国家着力推进以智能电网为主要内容的能源系统智能化建设);


    (6)能源资源金融化(是指基于传统化石能源资源的有限性和不可再生性,能源资源的市场价格与其生产成本和供求关系逐渐脱节,呈现出越来越强的金融属性的现象,其中以石油价格最为典型。具体体现:一是能源资源成为国际金融市场上一种金融投资和投机品种,能源市场成为金融市场的一部分;二是能源期货价格已经成为能源资源市场定价的主要依据;三是能源体系与金融体系的相互渗透和一体化趋势明显)。


  中国能源战略


  一、能源禀赋


  我国传统化石能源资源以煤为主,石油、天然气等优质化石能源相对不足。我国煤炭剩余储量居世界第3位。我国油气资源勘探处于早、中期阶段,未来还有资源储量增加的潜力。我国可再生能源资源开发潜力巨大,水电技术可开发量为5.4亿千瓦,居世界第一位。


  二、能源生产       我国已形成了以煤炭为基础,电力为中心,石油、天然气、新能源和可再生能源全面发展的能源生产供应体系。


    (1)煤炭生产:煤炭是我国的基础性能源,产量居世界第一位,主要集中在山西、内蒙古、陕西、河南四省(自治区)。


    (2)石油生产:我国石油产量近年来保持平稳增长。我国是世界第5大石油生产国(前4位分别是俄罗斯、沙特阿拉伯、美国和伊朗)。西部和海上是我国未来石油开发的重点,处于勘探的早期和产量的上升期,是保持我国石油稳产的主要区域。


    (3)天然气生产:我国天然气生产正步入快速发展阶段,产量增长较快。供应格局已呈现出“西气东输、海气上岸、北气南下”的局面。产量居世界第7位(前6位分别是美国、俄罗斯、加拿大、伊朗、卡塔尔和挪威)。


    (4)电力生产:改革开放以来,我国发电装机容量和发电量保持快速增长,年均增速超过能源生产增速。我国是世界第2大电力生产国。


  三、能源消费     (国家的电气化水平衡量指标:一是发电用能占一次能源消费的比重,二是电能占终端能源消费的比重。)


    (1)一次能源消费:我国经济社会的快速发展对能源的需求持续增长。我国能源资源禀赋以及立足国内满足需求的能源方针,决定了我国将长期保持以煤为主的一次能源消费结构。(2)终端能源消费:在我国终端能源消费中,优质能源消费需求的增长近年来明显加快,比重逐步增加。煤炭在终端能源消费结构中所占比重持续下降,石油和电力在终端能源消费中所占比重大幅提升。终端煤炭消费逐渐向工业集中,交通行业是最大的终端石油消费行业,工业用电结构呈现明显的重型化趋势。


  四、国际能源合作


  随着国内能源需求的增长,我国由能源净出口国逐渐变为能源净进口国。能源进口的不断增加促使我国能源供应保障策略从自给自足逐步走向立足国内和利用国外资源并举,国际能源合作在我国能源发展中的作用越来越明显,地位越来越重要。在油气领域,我国能源企业不断加快海外投资步伐,主要投资方式有三种:第一种是通过协议或竞标的方式直接获得油气资源的勘探开发权;第二种是通过企业并购的方式获得海外油气资产;第三种是通过贷款或其他援助方式获得资源国提供长期油气资源供应的承诺。在煤炭领域,我国能源企业主要通过投资开矿的形式获取海外煤炭资源。在电力领域,我国能源企业积极开展跨国输电和电力贸易。此外,我国能源企业还通过工程承包、企业并购、资产运营、技术装备出口、管理咨询等方式进入海外电力市场。


  能源战略思路


  一、能源问题的复杂性


    (1)综合性:能源问题关系国家经济社会发展全局,能源的发展设计国家的科学技术、发展阶段、消费习惯、生态环境、外交军事等各个方面。


    (2)差异性:不同国家和地区,能源发展面临的问题和矛盾各不相同。


    (3)长期性:自人类社会诞生至今,能源问题就一直深刻影响着人类的生产生活和社会发展进步。能源技术的重大突破和能源结构的优化调整,从来就不是一蹴而就的,往往需要经历一个长期的、渐进的过程。


    (4)不确定性:回顾历史可以看出,能源发展历程存在着诸多不确定性。这些不确定性既可能是科学技术领域的重大突破或重大发现,也可能是政策法规的重大调整与变更,抑或是某次偶然的事故或危机。


  二、大能源观


  所谓大能源观,是指以系统论的方法,以可持续发展的理念,以全局的、整体的、历史的、开放的、普遍联系的视角去分析和研究能源问题。结合我国实际来看,就是统筹考虑能源发展与经济、社会、环境、外交等方面的关系;统筹考虑满足能源需求、保护生态环境与增强国际竞争力的关系;统筹考虑国际、国内能源资源开发利用的关系;统筹考虑煤、水、电、油、气、核等各种能源之间的关系;统筹考虑化石能源与非化石能源、传统能源与新能源之间的关系;统筹考虑能源开发、输送、消费等各个环节之间的关系。


  三、能源问题解决思路


    (1)推进经济发展方式转变,走中国特色新型工业化道路;


    (2)推进能源发展方式转变,走中国特色能源现代化道路(①推动能源结构由高碳型转向低碳型;②推动能源利用由粗放型转向集约高效型;③推动能源配置由就地平衡型转向大范围优化配置型;④推动能源供应由国内资源保障型转向国际国内资源统筹利用保障型;⑤推动能源服务由单向供给型转向智能互动型);


    (3)推进国际竞争格局转变,营造相对宽松有利的国际环境;


    (4)三个转变之间的关系(经济发展方式转变统领能源发展方式转变,能源发展方式转变保障经济发展方式转变。经济发展方式转变和能源方式转变对国际竞争格局转变提出了要求,国际竞争格局转变对经济发展方式转变和能源发展方式转变提供了支撑)。


  四、能源发展方式转变路径


    (1)坚持能源开发与能源节约并举,提高能源开发利用效率;


   (2)坚持传统能源开发与新能源开发并举,推动能源结构多元化、低碳化;


   (3)坚持利用国内资源与利用国外资源并举,构建内外互补的能源供应格局;


   (4)坚持优化能源布局与优化能源输送方式并举,促进能源大范围高效配置;


    (5)坚持科技创新与体制机制创新并举,激发能源可持续发展的内在动力。


  五、电力在能源战略中的地位


  能源系统是一个复杂系统,涉及煤、水、电、油、气、核等各个品种及其开发、转换、输送、储存、消费等各个环节,以及资源禀赋、技术水平、产业结构、消费模式、国际合作等各个方面。电能在能源系统中居于中心地位。我国坚持以煤炭为主体、电力为中心、油气和新能源全面发展的战略。


  能源战略以电力为中心,是指制定实施能源战略、推进能源发展方式转变,更立足我国煤炭储量大、可再生能源资源丰富、油气资源相对不足的国情,顺应全球能源发展趋势,把电力平衡作为能源平衡的重要支撑,把电力作为一次能源转换利用的重要方向,把电网作为能源配置的重要基础平台,把提高电气化水平作为优化能源结构、提高能源效率的根本举措,通过电力工业的科学发展,促进一次能源资源的清洁高效开发和合理布局,促进能源结构和输送格局的优化调整,缓解日益突出的能源供应压力和生态环保压力,为我国经济社会发展提供可持续的能源保障。


  六、能源战略以电力为中心的意义


    (1)保障能源供应,缓解能源安全压力(①满足能源需求取药重视电力发展;②实现煤炭高效开发利用需要优化发展煤电;③缓解石油供应压力需要发展电能替代。)


    (2)优化能源结构,缓解环境保护压力(①清洁能源需要转变成电力使用;②电力行业是污染物减排的重点领域。)


    (3)提高能源效率,降低能源强度(①电力是经济效率最高的能源品种;②提高电气化水平有利于降低能源强度。)


    (4)改善民生,服务和谐社会建设(①电力发展影响到经济社会各个领域;②电力发展是解决农村能源问题的关键;③电力安全出现问题波及面广、影响大。)


  七、电力发展的核心任务


  以电力为中心推动我国能源发展方式转变,当前重要和紧迫的任务是加快实施“一特四大”战略。所谓“一特四大”战略,是指建设以特高压电网为骨干网架、各级电网协调发展的坚强智能电网,加快空中能源通道建设,实施输煤输电并举,促进大煤电、大水电、大核电、大型可再生能源发电基地的集约高效开发,实行大规模、远距离输电和全国范围优化配置能源资源,为我国经济社会发展提供可持续的电力保障。


  八、实施“一特四大”战略的意义


    (1)保证电力供应的需要;


    (2)集约化开发能源资源的需要;

 

    (3)优化能源输送格局的需要;


    (4)提高能源配置效率的需要;


    (5)保护生态环境的需要。


  九、实施“一特四大”战略的关键


    (1)发展特高压电网是大型电源基地建设的前提与保障(相对来说,以500千伏交流和±500千伏直流为主构成的电网存在远距离输电能力不足、跨大区联网能力和效益有限、短路电流超标等问题,已不能满足电源大规模集约开发、能源大范围优化配置的现实需要,必须发展电压等级更高、资源配置能力更强的特高压电网。)


    (2)发展特高压电网能够充分发挥特高压在远距离输电方面的优势(与现有500千伏输电相比,特高压输电在远距离输电方面具有显著的技术经济优势。从交流输电看,1000千伏交流输送能力是500千伏交流的4~5倍,经济输电距离约为500千伏交流的3倍,线路损耗率为500千伏交流的1/4~1/3,单位走廊宽度的输送容量为500千伏输电线路的2.5~3.1倍。从直流输电看,±800千伏、±1100千伏直流输电能力分别是±500千伏直流的2.3、2.9倍,±800千伏直流经济输电距离约为±500千伏直流的2.7倍,线路电阻损耗是±500千伏直流的2/5,单位走廊宽度输送容量约为±500千伏输电线路的1.6倍。发展特高压电网可以克服500千伏电网在远距离输电方面的不足,促进电力工业安全发展、节约发展、高效发展。)


    (3)发展特高压电网有利于构建结构坚强、功能强大的智能化能源配置平台(一个以特高压为骨干网架、以智能化技术覆盖各个环节的坚强智能电网,不仅仅是电能输送的载体,而且是现代能源综合运输体系的重要组成部分,是具有强大能源资源配置功能的智能化的基础平台。随着与互联网、电视网、广播网等网络全面融合,坚强智能电网的功能定位还将进一步向社会综合服务平台的方向升级,在保障能源安全、促进节能减排、推动经济社会发展方面发挥显著的作用。)


    (4)发展特高压电网可以为国际能源合作提供技术支撑(我国周边国家具有丰富的煤炭、水能等能源资源,具备开展跨国输电的潜力,输电距离远是主要的制约因素。特高压输电是解决这一问题的现实选择。)


  电网发展与互联


  一、电网基本概念


  电力系统是由发电、输电、配电、用电等环节组成的电能生产、传输、分配和消费的系统。电网包括输电、配电和用电环节,用于联系发电厂和电力用户。


  二、电网发展历程


      1875年,法国巴黎建成世界上第一座火力发电厂,标志着电力时代的到来。1882年,爱迪生在纽约建成世界上第一座商用发电厂(装机容量为660kW,采用1.6km 110V直流电缆输电),标志着电力成为一种商品。


  根据电压等级、电网规模、发电机组单机容量和运行技术等特征来划分电网的发展阶段:


    (1)19世界末至20世界中期;(2)20世纪中期到20世纪末。


  三、电网互联现状


  北美、欧洲电网联网始于20世纪20年代,50年代开始快速发展,80~90年代,覆盖广、交换规模大的跨国、跨区大型互联电网基本形成。


  四、电网发展趋势


    (1)能源资源优化配置的能力不断增强;


    (2)系统安全可靠水平不断提升;


    (3)未来电网发展,大规模接纳可再生能源电力和智能化成为电网发展的趋势和方向。


  五、电能的主要特点

 

    (1)不能大规模储存,发电、输电、配电和用电在同一瞬间完成;


    (2)发电和用电之间必须时时保持供需平衡,如果不能保持实时平衡,将危及用电的安全性、连续性及用电质量。


  特高压输电发展动因及研发历程


  一、特高压技术


  电压等级为交流1000千伏及以上和直流±800千伏及以上的输电技术,是当今世界电压等级最高、最先进的输电技术。


  二、特高压输电发展动因


    (1)满足大规模、远距离、高效率电力输送要求


  许多国家和地区都存在能源资源和负荷中心不均衡的情况,这种不均衡既是由能源资源的地理分布所决定的,也是由社会经济发展的历史原因所形成的,客观上要求实现电力大规模、远距离、高效率输送。


    (2)保护生态环境


  发展特高压电网可以推动国家清洁能源开发目标实现及清洁能源的高效利用,发展特高压电网可以促进以电代煤和煤电布局优化,大幅度减少“三华”(东北、华北、西北)电网范围内燃煤消耗,有效利用洗精煤和外来电力,提高已有电厂燃煤质量和利用效率,改善当地环境质量。


    (3)提高电网运行安全性和社会综合效益


  通过构建特高压交流电网,形成“强交强直”的特高压交直流混合电网,可确保特高压直流系统可靠输电。发展特高压输电,有利于在全国范围内实现土地资源优化开发与节约利用。


    (4)提高能源输送保障能力


  输煤与输电是能源输送的两种重要方式,发展特高压输电并不是取代铁路运输,输煤输电应当各有侧重,合理分工,优势互补,协调发展。


  三、国际特高压输电研发历程


  为实现规模经济、降低网损,避免输电设备的重复容量,确保电力系统可靠性,降低输电线路对输电造成的影响,美国、日本、苏联、意大利等过于20世界60年代末或70年代初根据各国电力发展需要开始进行特高压输电的可行性研究。苏联是世界上最早开展特高压输电技术研究的国家之一,也是迄今为止除了中国外唯一拥有特高压输电工程运行经验的国家。乌克兰也是世界上少数具有开发超/特高压设备能力的国家之一。多年来各国开展的一系列特高压输电关键技术和设备制造研究探索工作,为后续特高压输电技术的发展和应用奠定了一定的基础。


  特高压交直流混合电网


  一、特高压输电技术特点


  交流输电工程中间可以落点,具有网络功能,可以根据电源分布、负荷布点、输送电力、电力交换等实际需要构成电网。特高压交流输电具有输电容量大、覆盖范围广的特点,为国家级电力市场运行提供平台,能灵活适应电力市场运营的要求;且输电走廊明显减少,线路、变压器的功率损耗与输送功率的比值较小。


  直流输电工程主要以中间不落点的两端工程为主,可点对点、大功率、远距离直接将电力送往负荷中心。直流输电可以减少或避免大量过网潮流,按照送、受端运行方式变化而改变潮流,潮流方向和大小均能方便地进行控制。


  交流和直流都是电网的组成部分,在电网中的应用各有特点,两者相辅相成;电网的发展不能单纯依靠直流输电,需构建交流、直流相互支撑的坚强电网。直流输电适用于超过交直流经济等价距离的远距离点对点、大容量输电;“背靠背”直流输电技术主要适用于不同频率的系统间的联网。交流输电主要定位于构建坚强的各级输电网络和电网互联的联络通道,同时在满足直流输电的经济等价距离条件下,广泛应用与电源的送出,为直流输电提供重要的支撑。


  二、特高压交直流混合电网特征


  特高压交直流混合电网是指在超高压交流电网的基础上采用了1000kV交流和±800kV及以上直流特高压并联同步或异步输电的输电网。从国际电压等级的发展历史可以看出,电网选用新的高一级电压,应不小于下一级电压的2倍。在500kV电压等级之上引入1000kV,输电能力是500kV的4~5倍,具有技术经济合理性。且1000kV特高压交流输电将为直流多落点馈入系统提供坚强的支撑,可有效降低发生大面积停电事故的风险,有利于节省输电走廊,具有可持续发展的特征。而在交直流并联输电的情况下,利用直流功率调制等控制功能,可以有效抑制与其并列的交流线路的功率震荡,明显提高交流系统的暂态、动态稳定性能。特高压电网承载能力强,能够实现电力大容、远距离输送和消纳,能够保证系统安全运行,具有抵御各种严重事故的能力。


  智能电网相关知识和应用


  一、智能电网的理念和驱动力


    (1)智能电网是将先进的传感量测技术、信息通信技术、分析决策技术和自动控制技术与能源电力技术以及电网基础设施高度集成而形成的新型现代化电网。


    (2)智能电网的智能化主要体现在:


      ①可观测——采用先进的传感量测技术,实现对电网的准确感知;


      ②可控制——可对观测对象进行有效控制;


      ③实时分析和决策——实现从数据、信息到智能化决策的提升;


      ④自适应和自愈——实现自动优化调整和故障自我恢复。


    (3)智能电网的特征:坚强、自愈、兼容、集成和优化等。


      ①坚强。在电网发生大扰动和故障时,仍能保持对用户的供电能力,而不发生大面积停电事故;在自然灾害、极端气候条件下或外力破坏下仍能保证电网的安全运行;具有确保电力信息安全的能力。


      ②自愈。具有实时、在线和连续的安全评估和分析能力,强大的预警和预防控制能力,以及自动故障诊断、故障隔离和系统自我恢复的能力。


      ③兼容。支持可再生能源的有序、合理接入,适应分布式电源和微电网的接入,能够实现与用户的交互和高效互动,满足用户多样化的电力需求并提供对用户的增值服务。


      ④经济。支持电力市场运营和电力交易的有效开展,实现资源的优化配置,降低电网损耗,提高能源利用效率。


      ⑤集成。实现电网信息的高度集成和共享,采用统一的平台和模型,实现标准化、规范化和精益化管理。


      ⑥优化。优化资产的利用,降低投资成本和运行维护成本。


    (4)中国发展智能电网的驱动力主要包括:


      ①充分满足经济社会快速发展和电力负荷高速持续增长的需求;


      ②确保电力供应的安全性和可靠性,避免发生大面积停电事故;


      ③提高电力供应的经济型,降低成本和节约能源;


      ④大力发展可再生能源,调整优化电源结构,提高电网接入可再生能源的能力和能源供应的安全性,满足环境保护的要求;


      ⑤提高电能质量,为用户提供优质电力和增值服务;


      ⑥适应电力市场化的要求,优化资源配置,提高电力企业的运行、管理水平和效益,增强电力企业的竞争力。


  二、坚强智能电网


  坚强智能电网是以特高压电网为骨干网架、各级电网协调发展的坚强网架为基础,以信息通信平台为支撑,具有信息化、自动化、互动化特征,包含电力系统各个环节,覆盖所有电压等级,实现“电力流、信息流、业务流”的高度一体化融合的现代电网。


    “坚强”和“智能”是现代电网的两个基本发展要求。“坚强”是基础,“智能”是关键。


  坚强智能电网是安全可靠、经济高效、清洁环保、透明开放和友好互动的电网。安全可靠是指具有坚强的网架结构、强大的电力输送能力和安全可靠的电力供应;经济高效是指提高电网运行和输送效率,降低运营成本,促进能源资源和电力资产的高效利用;清洁环保是指促进清洁能源发展与利用,降低能源消耗和污染物排放,提高清洁电能在终端能源消费中的比重;透明开放是指电网、电源和用户的信息透明共享,电网无歧视开放;友好互动是指实现电网运行方式的灵活调整,友好兼容各类电源和用户接入,促进发电企业和用户主动参与电网运行调节。


  坚强智能电网的基础技术特征:信息化、自动化、互动化。信息化是坚强智能电网的基本途径,体现为对实时和非实时信息的高度集成和挖掘利用能力;自动化是坚强智能电网发展水平的直观体现,依靠高效的信息采集传输和集成应用,实现电网自动运行控制欲管理水平提升;互动化是坚强智能电网的内在要求,通过信息的实时沟通与分析,实现电力系统各个环节的良性互动和高效协调,提升用户体验,促进电能的安全、高效、环保应用。


  坚强智能电网的技术体系包括电网基础体系、技术支撑体系、智能应用体系和标准规范体系。电网基础体系是电网系统的物质载体,是实现“坚强”的重要基础;技术支撑体系是指先进的通信、信息、控制等应用技术,是实现“智能”的基础;智能应用体系是保障电网安全、经济、高效运行,最大效率地利用能源和社会资源,为用户提供增值服务的具体体现;标准规范体系是指技术、管理方面的标准、规范,以及试验、认证、评估体系,是建设坚强智能电网的制度保障。


  国家电网公司坚强智能电网建设分为3个阶段,按照“统一规划、分布实施、试点先行、整体推进”的原则建设实施。第一阶段(2009~2010年)为试点阶段,第二阶段(2011~2015年)为全面建设阶段,第三阶段(2016年~2020年)为引领提升阶段。


  坚强智能电网的重要意义和主要作用:(1)具备强大的资源优化配置能力;(2)具备良好的安全稳定运行水平;(3)适应并促进清洁能源发展;(4)实现高度智能化的电网调度;(5)满足电动汽车等新型电力用户的服务要求;(6)实现电网资产高效利用和全寿命周期管理;(7)实现电力用户与电网之间的便捷互动;(8)实现电网管理信息化和精益化;(9)发挥电网基础设施的增值服务潜力。


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