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揭秘中国特高压前世今生

时间: 2023-12-23 12:03:34 |   作者: 导线

  我国特高压在国际上“无标准、无经验、无设备”的情况下,成功实现从“白手起家”到“大国重器”,从“中国创造”到“中国引领”,从“装备中国”到“装备世界”。可以说,建设特高压电网,是我国电力发展史上最艰难、最具创新性、挑战性的重大成就,更是中国乃至世界电力行业发展的重要里程碑。

  在碳达峰、碳中和的大背景下,特高压电网已成为中国“西电东送、北电南供、水火互济、风光互补”的能源运输“主动脉”,破解了能源电力发展的深层次矛盾,实现了能源从就地平衡到大范围配置的根本性转变,有力推动了清洁低碳转型。

  截至2020年底,中国已建成“14交16直”在建“2交3直”共35个特高压工程,在运在建特高压线万公里。

  “现在特高压干成功了,人们说我是‘特高压之父’,我觉得应是‘特高压之负’,胜负的负。这么多年,我因为坚持搞特高压,弄得自己伤痕累累,这些又能跟谁说呢。”国家电网公司原董事长、全球能源互联网发展合作组织主席刘振亚如此感慨。

  未来,以特高压为骨干网架建设全球能源互联网,将推动全球清洁能源基地开发、各洲各国电网互联,促进能源网、交通网、信息网“三网”融合发展,为破解资源紧张、环境污染、气候平均状态随时间的变化、贫困疾病等全球性挑战,实现人类社会可持续发展开辟新道路、作出新贡献。

  ▲800千伏上海庙—山东特高压输电线年底,掌舵国家电网公司两个月的刘振亚和时任国家发改委主要领导,一同参加三峡—广东直流输电工程验收总结会。疾驰的中巴车上,谈及中国缺电的现状,刘振亚深感忧虑,

  大规模、长距离输煤一直是中国能源资源配置的主要方式,铁路新增运力的70%以上用于煤炭运输。本世纪初我国沿长江每30公里就有一座发电厂,长三角地区每年每平方公里二氧化硫排放量达到45吨,是全国中等水准的20倍。这和中国资源禀赋与负荷逆向分布密不可分。中国76%的煤炭、80%的风能、90%的太阳能分布在西部北部,80%的水能分布在西南部,70%以上的电力消费集中在东中部地区,能源富集地区距离东中部电力需求中心1000到4000公里左右。

  建设“电力高速公路”——特高压电网,彻底扭转中国电力发展长期受制于煤炭运力的难题。

  特高压是指1000千伏交流和800千伏及以上直流输电技术,具有输电距离远、容量大、效率高、损耗低、单位造价低、占地省等诸多优势,能够有效解决能源供应不安全、现有电网不安全、生态环境不安全等问题。

  刘振亚这样描述特高压思路的形成:“2000年以前我在山东工作,当时各个地方都是哪里缺电就在哪里建电厂,不重视电网,也很少考虑有没有煤、运力够不够。2000年以后来到北京,从更高层面再看我国能源资源、电力供需,才深刻认识到,就地平衡的电力发展方式,是造成我国煤电运长期紧张,周期性、季节性缺电的根源,要根本解决这一难题,

  必须发展输电容量更大、输电距离更远、更高电压等级的电网,提高电网‘运力’,有朝一日能在全国范围配置电力。”

  事实上,刚刚掌舵国家电网公司的刘振亚,在主持第一次党组会上就提出要发展特高压。会后,国家电网公司就发展特高压向国家递交了一份材料。中国特高压发展的大幕由此正式拉开。

  2005年春节后,国家电网公司启动了可行性研究。2月16日,国家发改委发文(发改办能源【2005】282号)提出“启动我国百万伏级交流、正负80万伏级直流特高压输电技术前期研究工作”。3月21日,国务院领导主持会议,刘振亚作了汇报。这次会议纪要(国阅【2005】21号)明确同意发展特高压电网,并将特高压纳入国家重大装备规划。

  专家们提出的问题大多分布在于四个方面:输煤输电比较、特高压经济性、安全性和电磁环境影响。

  事实上,与500千伏超高压交流输电相比,1000千伏特高压交流输电距离增加了2-3倍,输电容量提高了4-5倍,输电损耗仅为1/3,走廊宽度仅为1/3,单位造价只需70%。

  反对意见仍然集中在特高压的安全性、经济性、可靠性等问题,尤其是对交流特高压技术的应用以及由此出现的交流同步电网、大电网安全性等方面,还有不同意见。2006年春节后,一些人再次提出,慎重考虑发展特高压技术。特高压一度成了敏感话题,开始陷入“专家上书-国家电网公司汇报-政府论证-专家再上书-国家电网公司再汇报-政府再论证”的“怪圈”。

  为此,2014年3月,全国政协组织了一次专题调研。5月15日,全国政协双周协商座谈会专题研究特高压发展有关重大问题。会上,国家电网公司就为何需要发展特高压技术、为何需要构建“三华”同步电网、为什么特高压电网要交直流协调发展等重大问题进行了全面系统汇报。这次会议对特高压发展有很大的推动作用,

  无论如何,全国政协座谈会、、发改委会议、特高压国际会议,在中国特高压发展史上,都是绕不过的思想论战。

  中国电力行业,几十年来已经习惯了跟着欧美发达国家走,有些人首先思维上就有定式,认为外国人搞不成的中国人也搞不成。

  但好像无论特高压发展到什么程度,永远也叫不醒那些装睡的人。于是,在特高压发展不同阶段,总会出现不同声音。早期,有人提出我国不需要特高压,现有电压等级就能满足规定的要求;之后,又提出特高压核心技术中国人解决不了、关键设备造不出来;工程建设阶段,提出电磁环境问题没有办法解决;工程投运后,提出设备不可靠、电网不安全不经济;多条工程安全稳定运行多年后,又提出不需要特高压交流、只需要特高压直流。争论层层加码。正如原电力部部长史大桢所说:“如果要抱着旧观点不放,谁也不会发展,我就希望有些人能够早一点醒过来就行。”

  为了全方面了解特高压发展状况,国家电网公司先后组织专家多次赴日本、俄罗斯等国家当地考验查证。2005年,刘振亚在日本考察期间,甚至专门中途停车徒步上山,听特高压线路噪声。当年日本建设了特高压输电线千伏运行;特高压试验站三台试验用单相变压器,分别由日立、东芝、三菱制造,一直带电试运行。在俄罗斯考察时,看到前苏联时期研发的特高压开关断口多达12个(中国特高压开关断口一般是2个),又笨重又粗糙,这也是受当时的技术和材料所限。

  2004年以来,国家电网公司先后组织几十家科研机构和高校、200多家设备制造企业、500多家建筑设计企业、几十万人参与了特高压基础研究、研发技术、设备研制、系统模块设计、试验验证、工程建设和调试运行等工作,攻克了310项关键技术,解决了过电压与绝缘配合、电磁环境控制、特高压交直流混合大电网安全控制等世界级难题。

  判断电网是否安全,世界各国都是以仿真计算作为评价依据。中国电科院建成了世界最先进的电力系统仿线条线个节点的超大型特高压交直流混合电力系统来进行了全景仿线万多个故障条件和运行方式,充分验证特高压电网的安全可靠性。

  “不逼上绝路,都不知道创新潜力有多大。”特高压的很多关键设备就是这么逼出来的。晶闸管是特高压直流输电的“CPU”,决定了特高压直流的输电能力。当时,有5英寸和6英寸两个方案。多数意见认为,“5英寸晶闸管技术成熟,国内能够生产,而6英寸晶闸管国内外均未生产使用过,靠国内自主研发很困难”“当时,我是坚持采用6英寸方案,国家电网公司内部有些同志其实也有畏难情绪,担心搞不成。但世界上哪有简简单单,就能实现的国际领先?”刘振亚在回忆这段经历时表示。

  中国制定了全球首个具有完全自主知识产权的特高压技术标准体系,形成了特高压交直流工程从设计到制造、施工、调试、运行、维护的全套技术标准和规范。

  特高压的成功带动了我国电工装备制造产业全面升级,实现了我国特高压全面“走出去”。2014年和2015年,国家电网公司先后中标巴西美丽山水电特高压直流送出一期和二期工程,目前两项工程均已建成并保持安全稳定运行。

  当时,国家发布报告称,东北、华北、西北“三北”地区风电并网装机容量和发电量均占全国85%以上,但弃风情况相对来说比较严重。2011年,“三北”地区弃风电量达123亿千瓦时,对应电费损失约66亿元。

  “交流、直流只是功能作用不同,就像男人和女人,只是性别不同,没有优劣之分。”

  如果只发展特高压直流、不发展交流,形成“强直弱交”结构,很容易因交流故障导致直流系统换相失败,甚至多条直流同时故障,导致发生大面积停电事故。2013年9月,国务院《大气污染防治行动计划》提出,力争实现京津冀、长三角、珠三角等区域煤炭消费总量负增长,慢慢地提高接受外输电比例。2014年2月12日国务院研究部署加强雾霾治理的常务会议上明确“实施跨区送电项目”。

  特高压和高铁、5G分别是我国能源、交通、信息通信三大基础产业重大技术创新典范。本世纪初,中国高铁和特高压几乎同时起步,2004年国家出台了“四纵四横”高铁规划,后来又规划了“八纵八横”。5G发展更是如火如荼。

  而电力是管理机构变革次数最多的行业,经历了燃料工业部、水利电力部、能源部、电力部、电监会、能源局等多次变革。

  山头林立,难免会有门户之见。特高压争论多年,随技术问题一个个解决,反对意见最后都会归咎到改革上,这是近20年中国电力行业独有的一个“怪圈”。更有的人觉得,国家电网公司借发展特高压加强电网垄断,而发展特高压交流、搞同步电网,就是加强垄断的“罪证”。

  来看一组数据:南方电网公司先后建成了4条800千伏特高压直流线英寸晶闸管,输电容量都是500万千瓦。国家电网公司第一条800千伏特高压直流输电容量640万千瓦、第二条720万千瓦、后来又提高到800万千瓦、再到1000万千瓦。同样是800千伏特高压直流,输电能力相差了一倍。

  未来,特高压路在何方?新时代又将赋予特高压什么样的历史使命?这样一些问题可以让我们理性思考。

  2020年9月22日,我国在第七十五届联合国大会一般性辩论上宣布碳达峰、碳中和目标迅速引发全球热议。就在同一天,全球能源互联网发展合作组织举办破解气候环境危机国际论坛,正式对外发布《破解危机》和《可持续发展之路》两项成果。半年之后的2021年3月18日,合作组织又发布了中国2030年前碳达峰、2060年前碳中和、2030年中国能源电力发展规划和2060年展望等研究成果,提出了中国碳达峰、碳中和路线图。

  ,特高压不仅是新的输电技术,更是新的资源配置平台、新的低碳发展道路。肩负着能源转型和永续供给、清洁低碳和绿色发展、创新驱动和民族复兴、可持续发展和人类命运共同体建设等多重使命。

  回顾过去,特高压推动了我国电力革命,实现了能源电力发展方式的重大转变。立足现在,我国特高压电网全面建设,积极推动世界能源电力变革转型。展望未来,以特高压电网为核心,加快构建我国和全球能源互联网,促进“三网”(能源、交通、信息)融合发展,将为实现碳达峰、碳中和目标,推动人类社会可持续发展发挥更大作用。