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特高压:改变中国能源版图,改写世界输变电技术格局

日期:2021-06-07    来源:中国能源报  作者:张子瑞 苏南 韩逸飞

国际电力网

2021
06/07
08:46
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关键词: 特高压电网 清洁电力 输变电技术

从万米高空俯瞰大地,山中铁塔是云的起点、路的终点,飞架的银线横亘崇山峻岭、蜿蜒大江南北。这是特高压电网将清洁电能源源不断地送向四面八方,为神州大地带去光明与温暖。

从云南的金沙江畔到深圳的珠江口,最快、最忙的“高速”路线是哪一条?既不是飞机航道,也不是高铁线路,而是西电东送工程搭建起的电力高速路——不到1秒钟,来自云南的清洁电力,就通过特高压电网抵达广东用户的桌上案头。

截至2020年底,我国已建成“14交16直”、在建“2交3直”共35个特高压工程,在运在建特高压线路总长度4.8万公里,比绕地球赤道一圈还长。

改革开放前,我国电网的最高电压等级仅为330千伏,如今,我国已拥有世界上电压等级最高的±1100千伏直流输电和1000千伏特高压交流输电线路。短短十余年,我国特高压技术从“没有路”到“蹚出路”、从“跟随跑”到“领头跑”、从“引进来”到“走出去”,改变了中国的能源版图,也改写了世界的输变电技术格局。

从“没有路”到“蹚出路”

在北京,故宫上演的灯光秀,离不开张北的风电光伏;在上海,外滩的流光溢彩,来源于四川大凉山的电力;在广州,“小蛮腰”电视塔的霓虹靠云贵高原的水电点亮……

展开中国的资源地图,可以发现,煤炭、风能、太阳能、水能“深藏”于中国西部,而用电负荷中心远在几千公里外的中部和东部。

仅仅在20年前,解决发电用电区域不平衡、用电供需紧张最简单、最安全的方式仍是拉闸限电。如今,伴随特高压成为契合我国资源禀赋的“超级快递”,电力的跨区域、大容量、远距离传输成为可能。

目前,仅在国家电网经营区,每年4500多亿度电通过34640公里的特高压线路,从遥远的大西北、大西南,跨越中国地理三级阶梯,自西向东,源源注入经济中心,支撑着都市里的璀璨灯光、工厂里的飞转马达、千家万户的日常起居。

从能源中心到负荷中心,汩汩流动的电力像新鲜血液为经济发展提供着澎湃动力。正是通过特高压这一动脉,使西电东送更有效率、更加顺畅。

特高压是指直流±800千伏和交流1000千伏以上的电压等级。2006年国务院印发的《国家中长期科学和技术发展规划纲要(2006—2020年)》第一次把特高压技术写入国家文件,特高压列为国家重点扶持的20项科技发展项目之一。

从2009年我国第一条特高压——晋东南-荆门1000千伏交流特高压项目正式投入运行至今,特高压解决了中国能源资源和负荷逆向分布的困局,实现了能源跨区域大范围的调配。

国网数据显示,±800千伏直流工程输送容量是±500千伏直流工程的2-3倍,经济输送距离提高到2-2.5倍。2020年,在运特高压输送能力达7340万千瓦,同比提高740万千瓦;利用小时数同比提高310小时。

特高压工程不仅传递着光明,还播撒着希望。

四川大凉山曾是全国最贫困的地区之一,从红军长征时的彝海结盟到今日的西电东送,希望的火种薪火相传。正是搭上了电力高速路,促使这里加快走上脱贫致富路。

从“跟随跑”到“领头跑”

特高压工程的探索之路,既是一条服务经济的动力之路,更是一条技术自主化的创新之路。在破解中国能源负荷逆向分布困局的同时,也带动了整个输变电设备制造、技术研发产业链的形成,打造出中国标准,获得了全球标准话语权。

回溯1989年,中国投运的第一条±500千伏直流输电线路——葛洲坝至上海的葛沪直流线路的装备和技术全套购买自外资企业。彼时,我国500千伏交直流电网的设备制造磕磕绊绊,从变压器、高压开关、避雷器、充油电缆到绝缘器材、电缆接头,与输变电有关的设备制造技术都需引进。超高压设备尚且如此,特高压技术装备更是想都不敢想的禁区。

“特高压设备是国际电工设备制造领域的珠穆朗玛峰。”业内人士感慨地说。经验表明,特高压设备大都达到了设计和制造的极限,常规设备的制造、运行经验不能确保对特高压设备特性的精确把握,存在风险。

上世纪60至90年代,前苏联和日本等国先后开展了相关前期试验研究,建设了试验站和试验工程,具有一定技术储备,但由于没有在运行的特高压工程,没有形成特高压设备的商业化供货能力,也没有特高压技术标准和规范。

在这种情况下,以特高压工程建设为依托,我国企业全面主导设备研制全过程,充分调用各种资源和力量,组成由专家委员会和科研、设计、制造、试验、建设、运行单位以及高校组成的常态设备研制工作体系,打破业主与厂家、厂家与厂家之间的技术壁垒,集中力量进行开放式创新。如今,与特高压相关的变压器、开关、绝缘等关键设备均实行了国产化率100%。

柔性直流换流阀被称为特高压直流工程的“心脏”,研发难度极高,目前这颗国产“心脏”已在昆柳龙直流特高压工程龙门换流站稳定“跳动”。

“在西电东送工程和特高压项目的带动下,中国输变电产业链蓬勃发展。特变电工从一家濒临倒闭的街道小厂,发展成为输变电制造行业的龙头企业。”特变电工股份有限公司相关负责人说。

“在建的白鹤滩—江苏工程是‘十四五’开局建设的首个特高压工程。”国网直流公司项目经理邹军峰接受记者采访时表示,“我们在工程建设中强化了科技创新,在世界上将首次研发柔直+常规的混合级联特高压直流输电技术,研发应用能够快速实现毫秒级能量平衡的可控自恢复消能装置,将特高压直流馈入由依赖电网转变为支撑电网,缓解华东电网火电机组减少导致的电压稳定压力,大幅提升华东电网受电能力。”

如今,我国是唯一能自主研发特高压全套设备的国家,也是全球唯一掌握特高压技术以及商业化运营的国家,其安全稳定性得以验证,从未发生过类似于欧美电网大面积停电的事故。

从“引进来”到“走出去”

从超高压技术设备的“引进来”,到特高压技术装备标准的“走出去”,这一“进”一“出”,见证了我国输变电技术的变迁。

梳理特高压发展脉络,仅十几年,我国特高压工程建设就具备了世界最高水平,创造了一批世界纪录。去年底刚投产的南方电网±800千伏昆柳龙直流工程是全球第一条特高压柔性直流工程,创造了世界上容量最大的特高压多端直流输电工程、首个特高压多端混合直流工程、首个特高压柔性直流换流站工程、首个具备架空线路直流故障自清除能力的柔性直流输电工程等19项电力技术领域的世界纪录,每一项都是输电技术领域“无人区”的重要突破。

通过发展特高压,我国装备制造技术水平和输变电技术水平实现了由“中国制造”到“中国创造”的跨越。由168项国家标准和行业标准组成的特高压输电技术标准,让我国在国际电工标准领域话语权显著提升,由此成立的国际特高压直流和交流输电技术委员会秘书处也设在中国。

目前,特高压带动中国技术、装备、工程走出去,成为能源领域“出海”的一张“金名片”。国家电网首个在国外独立投资、建设和运行的特高压工程——巴西美丽山水电±800千伏特高压直流,解决了长期困扰巴西的远距离能源输送难题。

技术没有止境,创新没有终点。“我们在建设中积极响应国家新基建、数字化的要求,探索智慧化管控手段。布拖换流站智慧工地是迄今为止功能最全、覆盖面最广的换流站智慧工地系统,它包含了人员车辆管理、信息采集反馈、安全监管、质量监测、环境监测以及BIM三维数字交底等多种功能,在全站设置高清摄像头,能够做到全天候实时监测。”白鹤滩—江苏±800千伏特高压直流输电工程布拖换流站智慧工地控制指挥中心项目副经理王雪野说。

启航新征程。“构建以新能源为主体的新型电力系统”的号角已经吹响,特高压正在担起新的历史使命。

评论 | 新中国史上浓墨重彩的一笔

在没有成功经验借鉴的背景下,中国特高压历经20年的探索、实践,在没有路的地方硬是蹚出路来,实现了输变电技术和装备的“逆袭”。特高压在中国的落地,靠什么?

特高压在中国能落地,离不开统筹各种资源的体制优势和敢为天下先的创新精神。

从世界电网的发展历程看,输电网已经有100多年历史。输电技术从低电压到高电压等级提升的过程中,发达国家一直处于领先地位。我国自主设计、建造首个330千伏输变电工程比发达国家晚了20年,而在750千伏输电技术方面我们则晚了40年。

之前一直处于“跟跑”状态的中国电网曾一度沿着“引进—消化—吸收—再创新”的路径摸索前进,但到了特高压这一等级,原来的模式行不通了。

发达国家虽然尝试过特高压,但没有成型的技术。在这样的背景下,无论是研发成套工程装备,还是关键参数与技术特性的获取,都只能立足于自主创新。

而当特高压成为国家中长期科技重点扶持的项目之一,各种要素和资源向项目聚集,也推动了特高压在自主创新和研发的道路上实现尽快突破。

可以说,特高压给了中国输变电领域一次跨越式发展与自主创新的历史性机会,而我们成功抓住了这一机会,实现了“弯道超车”。

特高压在中国的落地,离不开重大国家工程的依托。

正是有了“西电东送”这一重大工程,特高压在中国的商业化运营才成为可能。同时,依托特高压项目,反过来又带动了我国输变电技术装备产业链的整体突破。

“西电东送”把煤炭、水能资源丰富的西部省区的能源转化成电力资源,输送到电力紧缺的东部沿海地区,帮助西部把能源资源优势转化为经济优势的同时,也推动了东部的能源结构优化。这客观上要求全国电网互联,在更大范围内进行资源优化配置,实现电力更大规模、更远距离、更高效率的传输。可以说,特高压在中国的商业化应用生逢其时。

特高压既是工程建设,更是自主技术攻关。

能源科技装备事关国家能源安全可持续发展,核心技术既买不来,也用市场换不来,自古只有华山一条路:推进重大技术装备国产化。

政策作引导、政府来协调、工程为依托、国产化装备“首台套”为突破口,通过凝聚起政府、企业、工程的强大合力,我国在1100千伏特高压GIS出线套管用空心复合绝缘子、±800千伏棒形支柱瓷芯复合绝缘子、棒形悬式复合绝缘子等输变电装备领域实现了系列化、批量化突破。

复盘中国能源装备的发展史,无论是核电、燃气轮机、天然气长输管道,还是液化天然气船,每一个重点领域的突破,无不是依托重大工程,以点带面。特高压输变电技术的突破再次印证了这一点。

“大水养大鱼。”中国经济是一片大海,而不是一个小池塘。正是受益于中国市场庞大需求、能源生产和消费的巨大活力,特高压技术才真正有了用武之地,开启了商业化征程。

改革开放之初,我国电力缺口高达上千万千瓦,不少工厂被迫“停三开四”,居民用电无法全部保证,“停电”成为一代人的记忆。

改革开放40多年来,从拉闸限电到村村通电,从可再生能源无人问津到“风光”无限,我国的能源发展实现了前所未有的巨大变化,能源生产和消费总量跃居世界首位,能源保障能力不断增强,能源结构不断优化。在这一基础上,电力大范围的传输才有了现实需要。正是在此大背景下,特高压改变了中国的能源版图,带动了中国输变电技术装备的跃升。

2020年,特高压作为新基建七大领域之一再扛重任。时值建党百年的历史关口,特高压将为支撑中国经济的持续腾飞和民族的伟大复兴担当起更重大的使命。

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