一直以来,国家电网有限公司坚持自主创新,永攀世界电网科技高峰,在特高压、柔性输电、新能源并网、智能电网等领域取得众多具有自主知识产权、引领世界电网技术发展的重大成果。
8月29日,张北—雄安1000千伏特高压交流工程正式投运。该工程是连接雄安新区的首条输送清洁能源的特高压输电通道,为2022北京冬奥会100%使用绿电提供支撑,同时为雄安新区输送大量清洁电能。
什么是特高压?
特高压输电的特点主要是特大、特远和特省。
特大是输送容量大。一回1000千伏输电线路的输送容量大约是一回500千伏线路的5倍,一回±800千伏输电线路的输送容量大约是一回±500千伏线路的2倍左右。
特远是输送距离远。由于特高压输电线路电压等级高,可以降低网损,从而实现远距离输电。
特省是减少线路走廊。随着用电负荷的增长、电网的不断发展,输电线路走廊日趋紧张。采用特高压交、直流输电可以减少线路回路数,节约土地资源。
皖电东送1000千伏淮南—上海特高压交流工程线路。国网交流公司 供图
特高压输电是采用交流电压1000千伏及以上和直流电压±800千伏及以上电压等级的输电技术。特高压输电是在超高压输电的基础上发展起来的,适用于远距离、大规模电力输送和大范围能源资源优化配置,是一种资源节约、环境友好型输电技术。
输电为什么需要这么高的电压?
我国2/3的水电资源集中在西南地区,80%以上的陆地风能资源和太阳能资源集中在西部、北部地区,但70%以上的电力消费集中在东中部地区,能源基地距离负荷中心1000千米至4000千米。针对我国能源资源特点,国家提出了“西电东送”发展战略,也就是需要“电从远方来”。
±800千伏锦屏—苏南特高压直流工程线路。国网直流公司 供图
输电主要有交流输电和直流输电两种形式,两种输电形式相辅相成、相互支撑。
交流输电的自然功率与电压的平方成正比,与线路的阻抗成反比,通过提高输电电压可以大幅提升输电功率。电压等级越高,传输的容量越大;输送的距离越远,经济性越高。
直流输电在电流相同的条件下,输电功率与电压成正比,电压提升可以有效提高输电功率。
技术研究与示范工程建设
中国的特高压技术研究始于20世纪80年代,自2005年开始对交流1000千伏、直流±800千伏特高压输电线路进行研究实验。
中国特高压交流工程在电网设计、设备、建设、科技等多个领域实现了重大创新和突破。“特高压交流输电关键技术、成套设备及工程应用”获得2012年度国家科技进步奖特等奖,国家电网公司引领我国特高压交流工程建设走向世界舞台。
2018年1月8日,“特高压±800千伏直流输电工程”荣获国家科学技术进步奖特等奖。国家电网公司等单位联合科研、高校、设备制造等160多家单位协同攻关,攻克了特高电压、特大电流下的绝缘特性、电磁环境、设备研制、试验技术等世界级难题。
2009年1月6日,晋东南—南阳—荆门特高压交流试验示范工程投入商业运行。工程变电容量600万千伏安,系统标称电压1000千伏,最高运行电压1100千伏。
特高压交流试验示范工程1000千伏湖北荆门变电站。国网交流公司 供图
示范工程成为我国南北方向的一条重要能源输送通道,为世界首个商业化运营的特高压交流工程,是我国乃至世界电力发展史上的重要里程碑。依托该工程,我国具备了全面推广应用特高压输电技术的条件。
2010年7月8日,向家坝—上海±800千伏特高压直流示范工程投运。工程最大输送容量为700万千瓦,输电距离1907千米。
特高压直流示范工程。国网直流公司 供图
示范工程由我国自主研发、自主设计和自主建设,是我国能源领域取得的世界级创新成果。我国已全面掌握特高压直流规划设计、试验研究、设备研制、工程建设和运行管理等关键技术,并在国内国际上推广应用。
特高压“全家福”
截至目前,国家电网公司已累计建成投运“十三交十一直”特高压工程。
特高压交流工程:
1000千伏晋东南—南阳—荆门
1000千伏淮南—浙北—上海
1000千伏浙北—福州
1000千伏锡盟—山东
1000千伏蒙西—天津南
1000千伏淮南—南京—上海
1000千伏胜利—锡盟
1000千伏榆横—潍坊
1000千伏雄安—石家庄
1000千伏苏通GIL综合管廊
1000千伏潍坊—临沂—枣庄—菏泽—石家庄
1000千伏驻马店—南阳
1000千伏张北—雄安
特高压直流工程:
±800千伏向家坝—上海
±800千伏锦屏—苏南
±800千伏哈密南—郑州
±800千伏溪洛渡—浙西
±800千伏宁东—浙江
±800千伏酒泉—湖南
±800千伏晋北—江苏
±800千伏锡盟—泰州
±800千伏上海庙—山东
±800千伏扎鲁特—青州
±1100千伏准东—皖南
±1100千伏昌吉—古泉特高压直流工程
±1100千伏昌吉—古泉(准东—皖南)特高压直流工程额定电压为±1100千伏,输电容量为1200万千瓦,输电距离为3324千米。工程是目前世界上电压等级最高、输电容量最大、送电距离最远、技术水平最先进的特高压直流工程。
±1100千伏昌吉—古泉特高压直流工程。国网直流公司 供图
工程在设计研究与设备制造方面,攻克了过电压深度控制、电磁环境控制、系统分析与设计等世界级难题,在世界上首次研制成功电压等级和容量之最的换流变压器、换流阀等设备。自主研制成功世界首支1100千伏直流穿墙套管,代表了国际上特高压直流输电技术研究、装备制造和工程应用的最高水平。
古泉换流站。国网直流公司 供图
昌吉—古泉特高压直流工程每8小时20分即可输送1亿千瓦时电能,破解了新疆丰富的能源资源难以大规模开发利用的困局。
1000千伏张北—雄安特高压交流工程
河北张家口地区是国家可再生能源综合示范区,风能、太阳能等能源资源丰富,但本地消纳能力不足,需要大规模送出。1000千伏张北—雄安特高压交流工程投产后,将助力发电侧打造多点汇集和送出的可再生能源消纳模式,保证新能源的安全可靠接入及送出,为2022冬奥会100%使用清洁能源提供坚强特高压网架支撑。
1000千伏张北—雄安特高压交流工程。国网交流公司 供图
该工程研发应用了世界上首套1000千伏特高压交流可控并联电抗器。可控高抗作为一种新型柔性交流输电系统装置,与传统的固定高抗相比,对系统电压的调节效果更好,显著提高系统输送能力和安全稳定水平。可控高抗在本工程的成功应用,填补了国际空白,是特高压和新能源送出技术创新发展的一项重要成果。
张北—雄安特高压交流工程远期最大送电能力可达到每年360亿千瓦时,相当于北京年用电量的1/3,每年可以为雄安新区输送70亿千瓦时清洁电能。
走出国门的特高压
中国的特高压同时在为世界提供着可借鉴的经验和技术。国家电网公司成功中标巴西美丽山水电送出±800千伏直流一、二期项目,实现了中国特高压输电技术、标准、装备、工程总承包和运行管理全产业链、全价值链输出。
美丽山二期±800千伏特高压直流输电项目于2017年9月开工建设,2019年8月投入商业运行,为解决巴西能源供应问题贡献了中国方案。
美丽山特高压直流工程。国网巴控公司 供图
特高压创新工程建设,有力保障了西电东送、北电南供、清洁低碳转型等能源战略的实施,同时,推动“中国制造”向“中国智造”“中国创造”加速跨越。
让我们一起,
不断传承创新基因,
努力实现更大跨越!