美国电网现状概况报告.docx

1、美国电网现状概况报告 The document was finally revised on 2021美国电网现状概况报告美国电网评价体系调研报告第一章 美国电力工业概况 基本情况 经济社会概况美国，全称美利坚合众国（United States of America），是由、50个州、自由邦和等众多海外领土组成的，其主体部分位于中部。1989年至1996年初始版美国总面积列明 9,372,610 km2，1997年修正为963万平方公里（加上五大湖中美国主权部分和河口、港湾、内海等沿海水域面积），人口亿，通用，是一个移民国家。美国大部分地区属于，南部属。中北部平原温差很大，芝加哥1月平均气温-

2、3，7月24；沿岸1月平均气温11，7月28。作为全球唯一一个超级大国，美国是一个经济高度发达的国家，经济总量位居世界第一。根据世界银行统计数据，2010年美国国内生产总值146578亿美元，占全球20%以上；人口约亿，人均GDP为万美元。美国人口占世界的5%，一次能源消费占世界的23%。自20世纪80年代起，美国逐步进入后工业化阶段，至今已有30年。美国的后工业化是一个长期过程，突出地表现为第三产业的迅速发展。80年代以来，国民经济重心向第三产业转移的速度明显加快，制造业重心逐步向高级技术工业转移。根据在美国商务部经济分析局划分，全美可分为八个经济区域中。其中，新英格兰、中东部部区和大湖地区

3、共同构成了美国的制造业带，是美国最早实现工业化的地区。20世纪30年代以前，美国大部分的制造业、商业活动等都集中在这一地区，西部和南部则是比较落后的农业区。二战后，美国政府采取了一系列平衡区域经济发展的措施。西部和南部地区抓住美国大量军事工业转为民用的契机，在联邦政府的扶持下迅速发展了宇航、电子等高科技产业，形成了加州的“硅谷”，北卡罗来纳的“三角研究区”等着名的高新技术产业研究生产基地，并同时带动了区域内金融、地产、服务业等行业的发展，实现了区域经济的繁荣。1965年以来相对落后的美国西部和南部地区经济得到了快速发展，并逐渐拉近了与东北部发达地区的距离。以大湖地区和西南地区为例，西南地区GD

4、P总量从60年代不足大湖地区总量的1/3已经增长到86%。 电力消费情况 （1） 电力消费总量与结构2009年，美国净发电量39500亿千瓦时，净用电量37240亿千瓦时。2010年，初步核定的净发电量为41200亿千瓦时，净用电量38840亿千瓦时。随着经济结构的调整，美国用电结构变化较大。工业用电比重不断下降，商业和居民生活用电比重上升，见下表。（2）人均电力消费美国的人均GDP水平居世界前列，人均电力消费也达到了相当高的水平，在80年代末人均用电量已经超过1万千瓦时。我国当前人均电力消费3132千瓦时，仅相当于美国50年代水平。从时间上看，美国人均用电从3000-5000千瓦时，花了10

5、年时间（1956-1965年）；从人均5000-8000千瓦时，花了9年时间（1966-1974年）；从人均8000-10000千瓦时，花了12年时间（1975-1986年）。从各区域来看，美国人均电力消费存在很大差距。人均用电量最少的三个区域分别是新英格兰、中东部和西部地区，均在10000千瓦时/人以下，这三个区域也是平均电价水平最高的地区。人均用电量最高的是东南部地区，超过15000千瓦时/人，由于这一地区是美国人口最聚集的区域，因此拉高了美国的整体人均用电量。（3） 电力消费弹性从电力消费弹性系数的变化看，在上世纪70年代以前，美国的电力弹性系数远大于1，其中50-60年代高达。尽管这一

6、时期美国已经实现了第三产业在国民经济中占优势地位，第三产业占比%，第二产业占比%，但建筑、汽车、石油、钢铁等高耗能工业快速发展拉动了电力消费的快速增长。直到80年代，美国电力消费弹性系数才低于1，为，此时美国国民经济重心向第三产业转移的速度明显加快，进入后工业化时期。90年代以后，由于制造业继续向海外转移，工业用电比重不断下降，2000-2009年电力弹性系数只有。电力弹性系数的下降一方面是由于美国的产业结构不断调整，附加值较高的第三产业比重不断增加；另一方面，美国的电气化水平已经很高，生产生活中电器已经大量普及，随着技术的进步，高耗能、高耗电产品逐渐退出市场，更减缓了电力消费的增长。 发电情

7、况2009年，美国发电装机容量亿千瓦，人均发电装机容量千瓦。自1950年以来，美国装机容量增速逐步增长，近年来维持在1%年增长左右。自2003年以来，美国人均发电装机容量始终保持在千瓦左右。随着美国发电装机容量增长，火电装机持续增长。其中煤电装机规模自1989年以来保持平稳，在3亿千瓦左右；油电装机规模有所下降，目前不足亿千瓦；天然气发电装机规模在2002年前后出现大幅攀升，目前超过4亿千瓦。2010年美国装机结构见下图，可见，天燃气装机容量比例达%，已经超越煤电。美国电源装机结构分布比例美国的电源分布与其人口分布格局相似，在东部、五大湖区、西南和西部沿海人口稠密地区，电源分布相对密集，体现出

8、了“就地平衡”的布局特点。由于各区域能源资源禀赋和资源价格不同，造成了电源结构的差异。美国是最早发展分布式发电的国家之一，在1978 年颁布公共事业管理政策法后，正式开始推广建设分布式能源系统。美国的分布式能源在2004年的装机为957万千瓦，到2007年已经增长超过1倍，达到2099万千瓦，占全国总装机容量的%。由于天然气价格上涨，美国工业用大容量天然气分布式能源机组（容量为2万千瓦以上）被限制发展，商业、社区和居民用的天然气分布式能源成为发展重点。美国政府计划到2020年，有一半以上的新建办公或商用建筑采用分布式热电冷三联产；同时15的现有建筑改用热电冷三联产。在美国，分布式发电站被定义为

9、从几千瓦到3万千瓦之间的发电装置。大于2万千瓦的分布式发电站通常在当地安装，利用燃气轮机的热电联产装置，同时供电供热。2万千瓦或更大的电站经常与电网连接，并与现行的电力系统和本地电网同步运行。目前，美国的分布式发电装置以天然气利用为主，风电正从分散式发展向集中开发、远距离输送过渡。现有120 多个风电管理机构相互间配合来平衡不同地区的风电发展、输送、运行等问题。为此，美国鼓励风电场在地理分布上更为分散，期望能够借助更大的电网规模获得更多的其他发电资源，以平滑风电出力不稳定问题。 电网概况 电网现状美国电网在早期是由私有和公有公司根据各自的负荷和电源条件组成的一个个孤立电网。随后在互利原则的基础

10、上通过双边或多边协议、或联合经营等方式相互联网，同步运行，逐步形成了目前美国的三大联合电网，即东部、西部和得克萨斯联合电网，3个区域电网主要通过直流背靠背联系，运行频率均为60HZ。东部电网和西部电分别与加拿大电网并网运行，西部的加利福利亚电网和南部得克萨斯电网与墨西哥电网连接。如下图所示。东西部电网以洛基山脉为界。西部电网包括亚利桑那州、新墨西哥州、加利福尼亚州、科罗拉多州、爱达荷州、蒙大拿州、内华达州、俄勒冈州、犹他州、华盛顿州、怀俄明州和加拿大的阿尔伯特省和不列颠哥伦比亚省。西部电网从加拿大西部经美国西部延伸到墨西哥的下加利福尼亚州，电网供电区域较广，除了城市电网，其他区域电网比较松散，

11、运行方面的最大挑战是长距离输电下的如何保持电网的稳定。西部电网2007年，西部电网230kV以上线路万公里，覆盖美国6150万人口，年消费电量5852亿千瓦时。东部电网覆盖美国东北大部，除东部各州及阿拉斯加州和夏威夷的其他州外，还包括加拿大的萨斯喀彻温省、明尼托巴省、安大略省和魁北克省，是美国规模最大而且联系最紧密的电网，运行方面的最大挑战是线路的功率越限。东部电网通过6条直流联络线与西部电网相联，通过2条直流联络线与德州电网相联，通过四条联络线和一套变频变压器与魁北克电网相连。2007年，东部电网230千伏以上线路万公里，覆盖美国21595万人口，年消费电量29410亿千瓦时。德州电网覆盖德

12、州大部，电网频率为60赫兹。德州电网与西部电网通过直流背靠背工程联网；与东部电网通过两条直流联络线互联；与墨西哥电网（非北美联合电网）通过一条直流线路和一套变频变压器互联。2007年，德州电网230千伏以上线路万公里，覆盖2384万人口，年消费电量约2750亿千瓦时。加拿大魁北克电网覆盖魁北克大部，与东部电网通过四条直流联络线和一套变频变压器互联。目前魁北克电网通过直流线路、直流背靠背站和765kV超高压线路向美国境内的新英格兰控制区和纽约控制区输电。 电压等级与规模20世纪50年代到70年代，美国经济快速发展，电力消费年均增速达到%。用电量和用电负荷的快速增长，带动发电机制造技术向大型、特大

13、型机组发展，在此基础上建立的大容量和特大容量电厂，由于供电范围扩大，越来越向远离负荷中心的一次能源地区发展。大容量、远距离输电的需求，使电网电压等级迅速向超高压345、500、765kV发展。1908年，美国建成第一条110kV输电线路；经过15年，于1923年建成投运第一条230kV线路；1954年，美国建成第一条345 kV线路；1964年，建成第一条500kV线路；1969年，建成765 kV线路。由于美国电网情况较复杂，又以私营为主，因而电压等级从 110 kV 到 765 kV 多达 8 级。交流输电最高电压为 765 kV。美国在超高压输电方面，主要发展345，500kV和765k

14、V电压等级的输电线路。 美国的配电电压与输电电压一样趋向高压化。代替以往的4kV 系统，现在以12 kV和13 kV系统为主体，另外还有采用33kV、 kV和69kV电压等级的。家用配电方式一般采用一相三线的120/240 V供电方式。1995年以来，美国主要输电区域的230千伏及以上电网规模基本处于稳定状态。从1995年万公里增加到2007年的万公里，增长9，年均增长。美国230千伏及以上输电线路结构，见下表。美国电网主要联络线以345kV和500kV电压等级为主，2007年美国电网最大负荷亿千瓦。1990年以来最大负荷变化见下图。1990年，电网最大负荷亿千瓦，2000-2004年维持在7

15、亿千瓦左右，2005年以后超过亿千瓦。 美国1990年以来年负荷率处于56%-62%区间。不同年份之间有所波动，2006年年负荷率%。根据EIA公布数据计算，美国2009年负荷率约为%。由于负荷需求波动性较大，调峰发电能力要求较高。美国线路平均输电能力目前暂无数据。以太平洋联络线为例，原双回线全长1520公里，中间分九段，初期输送能力为180万千瓦（单回线为90万千瓦）。为提高输送能力，在全线各线段采用串补（串补度70），建设了与此并联的400千伏直流联络线，并利用直流调制提高交流线路输送能力，以及采用电气制动措施，最终使这双回500千伏联络线的输送能力提高到280万千瓦（单回线为140万千瓦

16、）。 跨区输电美国由于能源资源分布较为均衡，因此区域间电力输送规模较小，电力生产保持就地平衡。见下表。其中，八大经济区域基本保持区域内部电力生产与消费平衡，西南地区和落基山区有少量电力流向西部地区，主要是加利福尼亚州。美国各州用电基本自平衡，发电比较多的州同时也是用电比较多的州。下表中显示了美国发电量前十位的州，这十个州的发电量占全美发电量的%。相应的，这十个州的零售电量占全美国零售电量的%，发电量与售电量分布基本一致。2010年，美国跨区交易电量不足1%。这主要是由于美国资源分布相对均衡，电源装机比较均匀。同时负荷相对集中、密度较大，也有助于就地平衡。但由于美国不同区域之间电力价格存在较大差异，近年来形成了一个自北向南的电力流向。由于西北地区和加拿大魁北克地区的水电价格很低，造成了电力从西