特高壓技術(shù)
特高壓輸電技術(shù)是指交流1000千伏、直流±800千伏及以上電壓等級(jí)的輸電技術(shù)，與較低電壓輸電方式相比具有長(zhǎng)距離、大容量、低損耗、節(jié)約土地資源的優(yōu)勢(shì)。我國(guó)第一條特高壓輸電工程于2009年1月6日正式投入運(yùn)行，標(biāo)志著我國(guó)電力輸送技術(shù)達(dá)到世界領(lǐng)先水平，在世界各國(guó)引起熱烈反響。特高壓輸電技術(shù)解決了我國(guó)電力跨區(qū)域遠(yuǎn)距離輸送的難題，為大規(guī)模開(kāi)發(fā)西部風(fēng)光水可再生能源創(chuàng)造了條件，是我國(guó)能源革命的標(biāo)志性技術(shù)成果和我國(guó)先進(jìn)生產(chǎn)力發(fā)展的重大突破。
◇特高壓技術(shù)徹底扭轉(zhuǎn)了我國(guó)電力工業(yè)長(zhǎng)期跟隨西方發(fā)達(dá)國(guó)家發(fā)展的被動(dòng)局面，誕生了“中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)”，實(shí)現(xiàn)了“中國(guó)創(chuàng)造”和“中國(guó)引領(lǐng)”
◇特高壓輸電技術(shù)解決了我國(guó)電力跨區(qū)域遠(yuǎn)距離輸送的難題，為大規(guī)模開(kāi)發(fā)西部風(fēng)光水可再生能源創(chuàng)造了條件，是我國(guó)能源革命的標(biāo)志性技術(shù)成果和我國(guó)先進(jìn)生產(chǎn)力發(fā)展的重大突破
◇特高壓技術(shù)是世界能源輸送的重要變革，它和我國(guó)的高鐵、航天技術(shù)一樣，都是我國(guó)對(duì)世界工業(yè)作出的重大貢獻(xiàn)。它敲響了世界能源變革發(fā)展的鼓點(diǎn)，將有力推動(dòng)世界領(lǐng)域的能源生產(chǎn)和消費(fèi)變革
11月3日，國(guó)家發(fā)改委正式核準(zhǔn)總投資307億元、輸電容量800萬(wàn)千瓦的白鶴灘—江蘇±800干伏直流輸電工程。
新基建熱潮推動(dòng)下，特高壓工程建設(shè)的新行情仍在繼續(xù)。
近期發(fā)布的《“新基建”之特高壓產(chǎn)業(yè)發(fā)展及投資機(jī)會(huì)白皮書(shū)》預(yù)計(jì)，到2022年，中國(guó)特高壓產(chǎn)業(yè)及其產(chǎn)業(yè)鏈上下游相關(guān)配套環(huán)節(jié)所帶動(dòng)的總投資規(guī)模將達(dá)到4140億元；到2025年，特高壓產(chǎn)業(yè)與其帶動(dòng)產(chǎn)業(yè)整體投資規(guī)模將達(dá)5870億元。
我國(guó)第一條特高壓工程在11年前投入商業(yè)運(yùn)行，這樣一個(gè)有著傳統(tǒng)基建氣質(zhì)的老面孔緣何又能榮升為新基建的一員？
“特高壓是目前世界上最先進(jìn)的輸電技術(shù)，是推動(dòng)電力科技升級(jí)，保證能源供應(yīng)安全、經(jīng)濟(jì)和環(huán)保的戰(zhàn)略性技術(shù)。”在接受《瞭望》新聞周刊記者采訪時(shí)，國(guó)網(wǎng)北京經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院原院長(zhǎng)劉開(kāi)俊談到，特高壓能成為新基建七大領(lǐng)域之一，是因?yàn)槠浯砹私?jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展和產(chǎn)業(yè)提質(zhì)振興的主攻方向，具有產(chǎn)業(yè)鏈長(zhǎng)、帶動(dòng)力強(qiáng)、經(jīng)濟(jì)社會(huì)效益顯著等優(yōu)勢(shì)。
“特別是能夠推進(jìn)包括換流閥、電力電子、新材料等高端裝備制造的發(fā)展，符合國(guó)家產(chǎn)業(yè)升級(jí)的趨勢(shì)。”劉開(kāi)俊說(shuō)。
特高壓輸電技術(shù)是指交流1000千伏、直流±800千伏及以上電壓等級(jí)的輸電技術(shù)，與較低電壓輸電方式相比具有長(zhǎng)距離、大容量、低損耗、節(jié)約土地資源的優(yōu)勢(shì)。
2009年1月6日，我國(guó)第一條特高壓輸電工程正式投入運(yùn)行，標(biāo)志著我國(guó)電力輸送技術(shù)達(dá)到世界領(lǐng)先水平，意義重大。
一方面，特高壓成套輸電設(shè)備的研制成功，改變了我國(guó)在電氣設(shè)備制造領(lǐng)域長(zhǎng)期從發(fā)達(dá)國(guó)家“引進(jìn)技術(shù)、消化吸收”的發(fā)展模式，取得了從基礎(chǔ)研究到工程實(shí)踐的全面突破，實(shí)現(xiàn)了“中國(guó)創(chuàng)造”和“中國(guó)引領(lǐng)”。
另一方面，特高壓輸電技術(shù)解決了我國(guó)電力跨區(qū)域遠(yuǎn)距離輸送的難題，為大規(guī)模開(kāi)發(fā)西部風(fēng)光水可再生能源創(chuàng)造了條件，是我國(guó)能源革命的標(biāo)志性技術(shù)成果和我國(guó)先進(jìn)生產(chǎn)力發(fā)展的重大突破。
電力科技實(shí)現(xiàn)“中國(guó)引領(lǐng)”
2009年之春，晉東南—南陽(yáng)—荊門(mén)1000千伏特高壓交流試驗(yàn)示范工程投入運(yùn)行后，時(shí)任國(guó)家電網(wǎng)公司總經(jīng)理劉振亞訪問(wèn)美國(guó)，并與時(shí)任美國(guó)能源部部長(zhǎng)朱棣文交談。
朱棣文表示“對(duì)中國(guó)搞的特高壓很嫉妒”。他向劉振亞坦言：“這方面你們走到了美國(guó)的前面去了，我們很想和你們分享這個(gè)成果。”
從當(dāng)初的向國(guó)際同行學(xué)習(xí)到如今的引領(lǐng)世界，代表當(dāng)今世界電網(wǎng)科技發(fā)展最高水平的特高壓，已經(jīng)成為“中國(guó)制造”一張閃亮的名片。
從高壓到超高壓，再到特高壓，輸電電壓每提高一個(gè)等級(jí)，都面臨巨大的技術(shù)挑戰(zhàn)。
中國(guó)電網(wǎng)技術(shù)也曾一度沿著“引進(jìn)—消化—吸收—再創(chuàng)新”的路徑摸索前進(jìn)，但到了特高壓，這個(gè)模式行不通了：發(fā)達(dá)國(guó)家雖然趟了特高壓這條道，但發(fā)展水平良莠不齊，也沒(méi)有形成成熟的技術(shù)和設(shè)備，中國(guó)就是拿著錢(qián)也沒(méi)地方買(mǎi)。
依靠自主創(chuàng)新，突破現(xiàn)有工業(yè)基礎(chǔ)、技術(shù)與人才儲(chǔ)備等多種限制，就成為唯一的一條路，一條崎嶇坎坷的路。
早自1986年，中國(guó)就開(kāi)始了對(duì)特高壓技術(shù)的跟蹤研究。此后我國(guó)將特高壓輸電技術(shù)研究連續(xù)列入國(guó)家“七五”“八五”和“十五”科技攻關(guān)計(jì)劃，為特高壓技術(shù)研究積累了寶貴經(jīng)驗(yàn)。特高壓交流輸電技術(shù)研發(fā)先后列入《國(guó)家中長(zhǎng)期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要》和“十一五”國(guó)家科技支撐計(jì)劃。西北750千伏輸變電國(guó)產(chǎn)化示范工程的順利投產(chǎn)和三峽送出±500千伏直流輸電工程的成功實(shí)踐，使我國(guó)輸變電設(shè)備的制造能力和水平有了很大提高，為特高壓技術(shù)裝備研發(fā)和應(yīng)用創(chuàng)造了條件。
即便如此，當(dāng)國(guó)家發(fā)改委于2006年8月批準(zhǔn)建設(shè)晉東南—南陽(yáng)—荊門(mén)1000千伏特高壓交流試驗(yàn)示范工程時(shí)，歷經(jīng)20年探索研究的特高壓技術(shù)依然需要攻克多道難關(guān)。
2008年3月，由特變電工沈變制造的1000千伏變壓器順利設(shè)計(jì)完成。作為特高壓關(guān)鍵設(shè)備，該變壓器凝聚了國(guó)內(nèi)相關(guān)領(lǐng)域科技精英的無(wú)數(shù)心血，一旦試驗(yàn)成功，特高壓工程的核心設(shè)備即大功告成。試驗(yàn)開(kāi)始后，電壓指針向上升起。忽然，伴隨一記悶響的電擊聲，電壓指針歸零！所有人剎那間驚呆了。升壓時(shí)間只有72秒，絕緣被擊穿。第二次試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)，變壓器剛升壓到29秒，“轟”的一聲，電壓指針再次歸零。兩次試驗(yàn)均失敗。
面對(duì)艱難處境，參與人員沒(méi)有退縮動(dòng)搖，而是實(shí)事求是總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，吸取教訓(xùn)，重新上路。最終在2008年6月，重達(dá)400噸、耗資5000萬(wàn)元的變壓器試驗(yàn)取得圓滿(mǎn)成功。
這只是我國(guó)特高壓事業(yè)中一個(gè)小小的插曲。為破解一系列世界級(jí)難題，形成擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的核心技術(shù)，整個(gè)試驗(yàn)示范工程建設(shè)堅(jiān)持“基礎(chǔ)研究—設(shè)備研制—試驗(yàn)驗(yàn)證—系統(tǒng)集成—工程示范”的方針，產(chǎn)學(xué)研用協(xié)同攻關(guān)，聯(lián)合國(guó)內(nèi)電力、機(jī)械行業(yè)的科研、制造、設(shè)計(jì)、高校等100余家單位近5萬(wàn)人，共開(kāi)展180余項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)研究、9大類(lèi)40余種關(guān)鍵設(shè)備研制，在電壓控制、外絕緣配置、電磁環(huán)境控制、成套設(shè)備研制、系統(tǒng)集成、試驗(yàn)?zāi)芰?大方面實(shí)現(xiàn)了創(chuàng)新突破，全面掌握了特高壓交流輸電核心技術(shù)，研制成功了全套關(guān)鍵設(shè)備，刷新了主要輸變電設(shè)備的世界紀(jì)錄，建成世界上電壓等級(jí)最高、輸電能力最強(qiáng)的交流輸電工程。
2013年1月8日上午，人民大會(huì)堂，國(guó)家科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)勵(lì)大會(huì)上，“特高壓交流輸電關(guān)鍵技術(shù)、成套設(shè)備及工程應(yīng)用”榮獲國(guó)家科學(xué)技術(shù)進(jìn)步獎(jiǎng)特等獎(jiǎng)，這是我國(guó)電工領(lǐng)域在國(guó)家科技獎(jiǎng)上收獲的最高榮譽(yù)。“特高壓±800千伏直流輸電工程”也獲得了中國(guó)工業(yè)大獎(jiǎng)。
在劉開(kāi)俊看來(lái)，這兩項(xiàng)技術(shù)是中國(guó)電力事業(yè)發(fā)展的重要里程碑，徹底扭轉(zhuǎn)了我國(guó)電力工業(yè)長(zhǎng)期跟隨西方發(fā)達(dá)國(guó)家發(fā)展的被動(dòng)局面，誕生了“中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)”，實(shí)現(xiàn)了“中國(guó)創(chuàng)造”和“中國(guó)引領(lǐng)”。
優(yōu)化中國(guó)能源格局
11月24日，世界首個(gè)特高壓多端混合直流輸電工程——昆柳龍直流工程昆北—龍門(mén)極2高低端換流器成功解鎖，系統(tǒng)電壓第一次躍升至800千伏，輸送功率穩(wěn)增到800兆瓦，標(biāo)志著特高壓進(jìn)入柔性直流新時(shí)代。
這是世界首次運(yùn)用特高壓混合直流和特高壓柔性直流輸電技術(shù)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離送電，也是中國(guó)特高壓技術(shù)的又一次突破。
工程全部建成后，整體送電容量達(dá)800萬(wàn)千瓦。廣東、廣西受電端容量分別增加500萬(wàn)和300萬(wàn)千瓦，將進(jìn)一步優(yōu)化南方五省區(qū)的能源結(jié)構(gòu)，支撐起更加穩(wěn)定安全的西電東送綠色大電網(wǎng)。
“特高壓是解決我國(guó)能源資源與電力負(fù)荷逆向分布問(wèn)題、實(shí)施國(guó)家‘西電東送’戰(zhàn)略和電力跨區(qū)域大范圍輸送的核心技術(shù)。”劉開(kāi)俊說(shuō)。
與高壓、超高壓輸電方式相比，特高壓優(yōu)勢(shì)明顯。
一是傳輸效率高。1000千伏特高壓交流輸電線路輸送功率約為500千伏輸電線路的5倍；±1100千伏特高壓直流輸電能力是±500千伏輸電線路的4倍。
二是輸電距離遠(yuǎn)，線路損耗低。在輸送相同功率的情況下，1000千伏特高壓交流和±1100千伏特高壓直流的輸電距離分別是500千伏輸電線路的4倍和5倍，而線路損耗則只有500千伏線路的25%。
三是節(jié)約土地資源。當(dāng)輸送電功率相同時(shí)，采用1000千伏線路輸電與采用500千伏的線路相比，單位容量線路走廊占地減少30%，可節(jié)省60%的土地資源。
如此誘人的前景，讓不少?lài)?guó)家都覬覦這一技術(shù)。自上世紀(jì)60年代開(kāi)始，美國(guó)、日本、蘇聯(lián)等發(fā)達(dá)國(guó)家就相繼進(jìn)行過(guò)特高壓輸電技術(shù)研究，并陸續(xù)有項(xiàng)目建設(shè)投入使用。但由于技術(shù)挑戰(zhàn)、運(yùn)營(yíng)效益等問(wèn)題，最終降壓或停止運(yùn)營(yíng)。
西方走不通或不愿走的路，為什么中國(guó)一定要走，而且要走出名堂？一句話，這是由中國(guó)的能源國(guó)情決定的。
“十三五”以來(lái)，我國(guó)全社會(huì)用電量年均增速6.2%，年均新增用電量3600億千瓦時(shí)，一年的新增量相當(dāng)于世界用電量排名第11位的英國(guó)總水平。
展望“十四五”，我國(guó)經(jīng)濟(jì)總體處于工業(yè)化中后期、城鎮(zhèn)化快速推進(jìn)期，電力需求仍會(huì)持續(xù)剛性增長(zhǎng)。預(yù)計(jì)到2025年，全社會(huì)用電量在9萬(wàn)億至10萬(wàn)億千瓦時(shí)之間，年均增速4%～6%。
在電力需求持續(xù)上升的背景下，我國(guó)的能源結(jié)構(gòu)并不合理。“多煤少油缺氣”的格局不僅導(dǎo)致能源利用效率低，還加大了環(huán)保壓力。業(yè)內(nèi)人士分析，要改變這一狀況，至少可以從兩個(gè)方面發(fā)力：一是促進(jìn)煤炭的高效清潔利用，減少中東部環(huán)境壓力；二是提高水電風(fēng)電光伏等清潔能源的占比。
當(dāng)前及未來(lái)一段時(shí)期，煤電仍是我國(guó)的主力電源。但目前全國(guó)一半以上的燃煤裝機(jī)分布在東部地區(qū)，東部區(qū)域已沒(méi)有足夠的土地資源和剩余環(huán)境容量繼續(xù)大規(guī)模建設(shè)燃煤電廠?？紤]到我國(guó)70%以上的煤炭資源保有儲(chǔ)量分布在山西、內(nèi)蒙古、陜西、新疆等地區(qū)，因此未來(lái)新增燃煤電廠將更多向環(huán)境容量相對(duì)較大的西部和北部地區(qū)布局。此舉不僅可以緩解東部地區(qū)的環(huán)境壓力，還可以通過(guò)煤電基地實(shí)現(xiàn)煤炭的集約高效開(kāi)發(fā)和集中治理，減少污染物排放。
與此同時(shí)，清潔能源在我國(guó)能源消費(fèi)中的比例也將逐步提升，預(yù)計(jì)到2050年我國(guó)清潔電力發(fā)電量占全部發(fā)電量比重將接近50%。但我國(guó)80%以上的水能分布在四川、云南、西藏等西部地區(qū)，而風(fēng)電光伏也都具備很強(qiáng)的屬地性，只能在資源所在地區(qū)建設(shè)，因此清潔能源的大力發(fā)展也會(huì)使得新增裝機(jī)向西部北部地區(qū)轉(zhuǎn)移。
與能源資源主要集中于西部和北部地區(qū)形成鮮明對(duì)比的是，我國(guó)2/3的能源需求又集中在東、中部地區(qū)。能源資源與用能中心呈逆向分布，二者距離遙遠(yuǎn)，決定了我國(guó)必須要進(jìn)行大規(guī)模能源調(diào)配，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離輸電，而這正是特高壓電網(wǎng)的擅長(zhǎng)之舉。
例如“十三五”期間投運(yùn)的準(zhǔn)東—皖南±1100千伏直流工程輸電距離長(zhǎng)達(dá)3300公里，是目前國(guó)際上輸電電壓等級(jí)最高、輸電距離最遠(yuǎn)的特高壓直流工程，是特高壓工程實(shí)現(xiàn)資源大規(guī)模、遠(yuǎn)距離輸送的典型代表。
“特高壓輸電技術(shù)的研發(fā)成功，為調(diào)整和優(yōu)化我國(guó)能源結(jié)構(gòu)創(chuàng)造了條件。”在劉開(kāi)俊看來(lái)，特高壓技術(shù)可以把煤電基地大規(guī)模建設(shè)的高效低排放的煤電輸送到東中部地區(qū)，實(shí)現(xiàn)跨區(qū)域送電、大規(guī)模長(zhǎng)距離輸電，是推動(dòng)能源資源優(yōu)化配置的合理方式。更重要的是，以特高壓電網(wǎng)為骨干的電網(wǎng)能夠提高新能源并網(wǎng)和消納能力，是加快能源結(jié)構(gòu)調(diào)整、有效防治大氣污染、推動(dòng)生態(tài)文明建設(shè)的重要舉措。
中國(guó)制造“新名片”
作為特高壓技術(shù)的引領(lǐng)者，中國(guó)在特高壓工程建設(shè)方面同樣處在領(lǐng)先位置。
截止到2019年底，我國(guó)特高壓建設(shè)歷經(jīng)十余年推進(jìn)已經(jīng)建成“十二交十四直”共26條特高壓工程，特高壓交直流工程已經(jīng)全面覆蓋我國(guó)七個(gè)區(qū)域電網(wǎng)。
從特高壓交流來(lái)看，2009年1月我國(guó)投產(chǎn)了世界首條商業(yè)運(yùn)營(yíng)的特高壓交流輸電工程。2019年9月有著“萬(wàn)里長(zhǎng)江第一廊”之稱(chēng)的蘇通GIL綜合管廊工程正式投運(yùn)，該工程是世界上首次在重要輸電通道中采用特高壓GIL技術(shù)，同時(shí)也標(biāo)志著世界首個(gè)區(qū)域型特高壓交流環(huán)網(wǎng)——華東特高壓環(huán)網(wǎng)正式閉環(huán)運(yùn)行。截止到2019年底，“三華”地區(qū)已投產(chǎn)特高壓主變?nèi)萘考s1.35億千伏安，輸電線路1.3萬(wàn)公里。
從特高壓直流來(lái)看，2010年6、7月我國(guó)分別投產(chǎn)了±800千伏云廣、向上直流工程，輸送容量分別為500萬(wàn)、640萬(wàn)千瓦，是世界首批±800千伏特高壓直流輸電工程。隨后“十二五”“十三五”期間投產(chǎn)的特高壓直流工程輸送容量進(jìn)一步增大，電壓等級(jí)進(jìn)一步提高。尤其是2019年9月投運(yùn)的準(zhǔn)東—皖南±1100千伏直流，輸電容量達(dá)到了1200萬(wàn)千瓦，是目前世界上電壓等級(jí)最高、輸送容量最大、輸電距離最遠(yuǎn)、技術(shù)水平最先進(jìn)的直流輸電工程。截止到2019年底，國(guó)內(nèi)已有14個(gè)特高壓直流輸電工程投入運(yùn)行，合計(jì)輸送容量1.1億千瓦，輸電線路超過(guò)5萬(wàn)公里。
中國(guó)在特高壓技術(shù)突破和工程建設(shè)方面所取得的成就，也得到了國(guó)際社會(huì)的認(rèn)可。國(guó)際上多家權(quán)威機(jī)構(gòu)對(duì)特高壓輸電技術(shù)的評(píng)價(jià)很高，普遍認(rèn)為特高壓輸電技術(shù)代表了當(dāng)今電網(wǎng)最重要的發(fā)展趨勢(shì)之一，是電力工業(yè)發(fā)展史上的一個(gè)重要里程碑，能夠極大地解決未來(lái)的能源危機(jī)。
“世界范圍內(nèi)存在的能源供需矛盾，客觀上需要跨洲際、更大范圍的資源優(yōu)化配置。”劉開(kāi)俊說(shuō)，隨著國(guó)際社會(huì)對(duì)生態(tài)環(huán)境和氣候變化問(wèn)題關(guān)注的提升，各國(guó)不斷提高能源開(kāi)發(fā)的環(huán)保和排放標(biāo)準(zhǔn)，努力實(shí)現(xiàn)能源開(kāi)發(fā)的清潔化?；谔馗邏杭夹g(shù)的跨國(guó)、跨洲能源輸送和電網(wǎng)互聯(lián)的建設(shè)是一項(xiàng)安全、經(jīng)濟(jì)、高效、成熟的戰(zhàn)略選擇，是實(shí)現(xiàn)全球范圍內(nèi)的資源優(yōu)化配置，解決能源問(wèn)題的長(zhǎng)遠(yuǎn)之策。
目前，俄羅斯、印度、巴西等國(guó)都將特高壓輸電作為能源電力發(fā)展的重要方向，并積極尋求與中國(guó)的技術(shù)合作。
2014年，我國(guó)特高壓直流輸電技術(shù)成功走出國(guó)門(mén)，應(yīng)用在巴西美麗山水電站特高壓直流送出項(xiàng)目中。該項(xiàng)目不僅能解決巴西電源與負(fù)荷不匹配問(wèn)題，滿(mǎn)足近2200萬(wàn)人口的用電需求，而且可以帶動(dòng)當(dāng)?shù)仉娫?、電工裝備和原材料等上下游產(chǎn)業(yè)升級(jí)，為振興巴西經(jīng)濟(jì)提供有力支撐。
該項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)了中國(guó)特高壓直流輸電技術(shù)、標(biāo)準(zhǔn)和設(shè)備的全方位走出去，為后續(xù)海外直流工程的執(zhí)行提供了成熟的經(jīng)驗(yàn)和借鑒，為中國(guó)特高壓技術(shù)服務(wù)國(guó)際市場(chǎng)提供了示范，也成為中國(guó)企業(yè)走向世界的又一張新名片。
“我國(guó)已經(jīng)在世界上率先掌握了特高壓輸電的核心技術(shù)，由我國(guó)確定的特高壓標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)成為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。”在劉開(kāi)俊看來(lái)，特高壓技術(shù)是世界能源輸送的重要變革，它和我國(guó)的高鐵、航天技術(shù)一樣，都是我國(guó)對(duì)世界工業(yè)作出的重大貢獻(xiàn)。它敲響了世界能源變革發(fā)展的鼓點(diǎn)，將有力推動(dòng)世界領(lǐng)域的能源生產(chǎn)和消費(fèi)變革。
