2020年11月28日 星期六
电力运输开上特高压“高速公路”
第42版:水利中华 2020-07-27

电力运输开上特高压“高速公路”

吴雪

±500 千伏葛南线是我国第一条投入商业运行的大容量远距离直流输电线路。

无人机巡检保三峡电力外送。

特高压被称为“电力高速公路”,目前,中国是全球唯一掌握特高压技术,并商业化运营的国家。中国的技术标准,也是全球唯一的标准。

记者|吴 雪

中国有没有真正独步天下的高科技?当然有,特高压技术就是一个。

1888 年,李鸿章花6000 两白银买了套发电设备和电灯,装在慈禧寝宫讨老佛爷欢心的时候,恐怕不会想到,100 多年后,中国特高压技术会领跑世界。特高压被称为“电力高速公路”,目前,中国是全球唯一掌握特高压技术,并商业化运营的国家。中国的技术标准,也是全球唯一的标准。

特高压是指电压等级在交流1000 千伏及以上和直流±800千伏及以上的输电技术,具有输送距离远、容量大、损耗低和效率高等技术优势。据国家电网公司提供的数据显示,一回路特高压直流电网可以送600 万千瓦电量,相当于现有500 千伏直流电网的5 到6 倍,而且送电距离也是后者的2 到3 倍。

目前,中国特高压配套通信网络建设正进入高峰期,2020年计划新建工程10 项,续建工程8 项,总投资金额超10 亿元,数量和规模均创历史新高。中国正是有了这一建造电力输送的“5G” 技术,新疆、内蒙古发的电才能送到北京,三峡水库发的电才能送到上海,云贵川大峡谷里的水电才能送到广州。

当人们在家中轻轻按动开关的时候,灯亮了。你使用的一度电,有可能来自千里之外的高原、水库或峡谷。特高压输电,不仅解决了我国能源与电力负荷逆向分布问题,还实现了国家“西电东送” 的战略。这个看似和生活相去遥远的科技,却实实在在地改变着我们的生活,甚至影响着世界经济版图。

告别“拉闸限电”

去年,印度高温,中央邦一处森林有15 只猴子疑似中暑死亡。今年6 月,据气象部门监测,印度最高气温达到47.4 摄氏度,这一温度出现在拉贾斯坦邦一个名为楚鲁的小县城。自2016 年开始,印度有超过600 人因高温死亡,仅首都新德里就有340多起死亡报告。

印度高温现象不禁让人担忧,这个国家还有近1 亿人无电可用,漫漫长夏该怎么度过。事实上,早在2015 年,中国已经让西藏、甘肃、青海等最后3 万多“无电人口” 用上了电。也是在这一年,印度发电量超过了日本、俄罗斯跃居世界第三,可为什么还有那么多人用不上电?

从技术上看,是因为印度没有中国这么完备的电网和输电技术,特别是长距离输电唯一的解决方法——特高压输电技术。上海电力大学能源电力科创中心副主任赵文彬表示,建发电厂容易,可想把电送出去,并不那么简单。输电电压一般分高压、超高压和特高压。每一次电压等级提升,不是对前一级别的简单放大,而是关键技术和配套设备质的提升。

形象地说,输电线路就像是一条运送电的“道路”。要想送得多,就必须得加大电压或电流,而电流太大会引起电线发热,电在输送的过程中损耗太多,于是就要升高电压来提高输电的效率。没有电就不可能会有工业和社会经济的发展,假如没有啃下特高压输电技术,中国可能和印度的境遇差不多。

赵文彬介绍,从上世纪80 年代开始,我国就对特高压交流输电技术进行初步研究。但由于当时科研力量薄弱、配套条件尚不成熟等原因,这些研究只停留在了蓝图构想层面。每逢夏天用电高峰就频频拉闸限电的记忆,离开我们并没有多少年的时间。“当时电力优先供应给工业生产,其次才是保证居民用电,别说农村,城市也是三天两头停电。” 老一辈上海人回忆,那时的电几乎等同于电灯,家家户户的抽屉里都会备几根蜡烛。

1970 年后,上海建成高桥电厂、金山电厂以及多条220 千伏线路,扩建了闵行、吴泾、闸北电厂。除了闸北电厂至浦东变电站是单回线连接,其他电厂、变电站之间逐步形成220 千伏双回线环网。但这时,电的用量仍然“捉襟见肘”。资料显示,直到2003 年夏天,全国还有22 个省拉闸限电,经济发展也卡在缺电的瓶颈。

后来,改革开放的春风吹遍全国,经济好了,用电量大幅提升,电网建设也进入了一个新的发展时期。为了满足日渐增长的用电需求,上海电力双管齐下,一方面集资开办本地电厂,一方面加强电网建设并大力引进外来电。

1990 年,全国第一条500 千伏超高压直流输电线路葛南线全面竣工投运,全长1045.6 千米,西起宜昌葛洲坝换流站的电力输送至上海南桥换流站,为上海新增了25% 的供电能力,实现了华中、华东两大电网的非同步联网。随着葛洲坝电厂一期和二期工程相继投产发电,一批500 千伏输变电工程在湖北、华中大地相继动工兴建。

1993 年,全国首座220 千伏地下变电站在上海人民广场入地。1994 年底,随着500 千伏南桥至杨高的5106 线建成投运,上海形成500 千伏“C” 型双环网。只能等电来的日子彻底结束。1994 年6 月15 日,上海开通了全国第一条24 小时受理客户故障报修和业务咨询的用电服务热线。热线电话的号码是3292222,上海话谐音是:“三娘舅,亮亮亮亮”。

这门寄予了让老百姓灯“亮”起来的“三娘舅”热线一经推出,即收获热烈反响。当年日平均业务受理就达到200 起,用电高峰时期可达600 至700 起。此后,华北与东北、川渝与华中、华中与华北相继联网。

解决供需矛盾

许多电力权威专家一致认为,我国是一次能源和电力负荷分布极不均衡的国家,上游是“憋”着各种能源资源蓄势待发,下游是急盼用清洁能源换取可持续发展的电力负荷中心。它们之间的距离远达数百甚至上千公里,传统的超高压输电技术难担此任。

中国要解决21 世纪上半叶的电力供应问题,就必须在大力开发水电和火电的同时,实现远距离大容量的西电东送和北电南送,发展特高压输电势在必行,更高电压等级输电实用技术和研究工作,也必须与电压等级的论证同步进行。

早在上个世纪七八十年代,苏联、美国、日本和意大利就先后开始建设特高压输电工程,但都因种种原因,或建成后即搁置,或干脆无法建成。追溯到上世纪80 年代,中国的特高压技术才刚刚起步,并没有成熟的特高压试验方法可以借鉴,也没有现成的工具可以使用,甚至连现场作业的行业标准规范也没有。

1984 年8 月2 日,一场惊心动魄的试验改变了现状。当天,武高所空旷的试验场聚集了前来围观的人群。56 岁的电力人郑代雨穿着铜丝制成的屏蔽服,钻进吊篮升空,完成了1150 千伏的人体带电试验。首次人体带电试验的成功,促进了特高压输电技术的研究工作。

两年后,原武汉高压研究所专家王凤鸣、张一新在其论文《在煤炭基地集中布厂采用特高压线路输电是解决煤炭运输困难的一条重要途径》中提出,在铁路、公路运力紧张的情况下,如何解决晋煤、陕煤等外运问题,并建议发展特高压电网,实现火电外送。

2004 年,国家电网公司提出建设以特高压电网为核心的坚强国家电网的战略构想。之后,国家电网公司联合10 多个行业组织和咨询机构、8 所高等院校、100 多家工程设计和设备制造单位,组织包括30 多名院士在内的专家学者展开全面深入的论证。

建设特高压输电线路,在紧迫的“供需矛盾” 中被提上了日程。2006 年8 月,国家发改委正式批复晋东南至荆门特高压交流试验示范工程项目。2009 年1 月8 日,1000 千伏晋东南—南阳—荆门特高压交流试验示范工程建成投运。这个全世界瞩目的特高压横空出世,让中国成为世界上第一个商业化运营特高压的国家。

2010 年7 月,来自四川金沙江向家坝水电站的电,通过特高压输电线路被送到了2000 公里外的上海。2014 年12 条重点输电通道开始建设,其中,作为纵横在中国南部的电力大动脉,滇西北直流工程每年可向广东输送电量约200 亿千瓦时,建成后能满足深圳全年用电量的四分之一。动辄上千公里的距离,翻山越岭跨江渡河,不仅难度可想而知,在施工、架线、巡线等环节上也不能有一丁点疏忽。

赵文彬介绍,要把特高压的电力从云南输送到2000 公里外的深圳需要一颗“巨型心脏”,而运送这颗“心脏”,需要30多个“镖师” 押运,从江苏出发,经历河运、海运、火车、公路辗转4000 多公里走上整整一个月。换流站里的24 台变压器,也要与四百多超大部件、数百万个电器元件一起,将从水电站输送来的交流电,转换为更适合长途输送且损耗更小的直流电。

换流站建成了,接下来它还要接受60 多万项严苛的检查,由于电压等级太高,所有核心设备的带电表面都必须保证光滑,一旦有一点突起、头发丝或毛刺,都可能在将来通电后产生短路放电的风险,工程师们甚至要爬进直径不到50 厘米的金属管里检查里面是否有毛刺。

两个铁塔之间相隔800 多米的空中架线,也颇具挑战。赵文彬告诉《新民周刊》,在天空中看起来细如发丝的特高压电线,实际直径有3.6 厘米粗,一根1000 米长的电线,重量达到2.4 吨,高空架线,最开始只能沿途砍树、人工牵引引导绳。2010 年开始采用另一种架线方式:一个人驾驶动力伞,带上导引绳,从这座铁塔飞到对面。“这种方式虽然提高了效率,但是一旦遇风力变化和电线缠绕,可能带来巨大的人身安全风险。”

直到2015 年,无人飞行器成为了飞塔架线的神器,工程师们用无人机,牵引最小的细绳飞到对面塔上,塔上的人接住绳后满满拉,接下来将六根大小不一的绳由小到大接起来,循序渐进将越来越粗的绳子牵引过去,最终,重达188 吨的特高压电线就凌空架设好了。

为未来组网

一条特高压输电线路投资不低,动辄几百亿元,但是,它带来的收益,可不止是“西电东送” 这么简单。

据估计,一条1150 千伏输电线路的输电能力可代替5 到6 条500 千伏线路,或3 条750 千伏线路;可减少铁塔用材三分之一, 节约导线二分之一, 节省包括变电所在内的电网造价10%-15%。1150 千伏特高压线路走廊约仅为同等输送能力的500 千伏线路所需走廊的四分之一。

除此之外,特高压对稳增长、调结构、惠民生也有拉动作用。以锡盟—泰州、内蒙古上海庙—山东±800 千伏特高压直流输电工程为例,总投资达475 亿元,将增加输变电装备制造业产值213 亿元,直接带动电源等相关产业投资约1185 亿元,增加就业岗位3.3 万个,每年拉动GDP 增长152 亿元。

输电能力的提高,让中国的发电量迅速增长。1985 年,中国的发电量只排全球第六,前面的美、俄、日、德个个都是制造业大国。到了2011 年,中国就超过美国,成了发电量全球第一名的国家。而到了2015 年,仅江苏一个省,就和德国全国的用电量相当。

2018 年江苏用电负荷连续破亿时,来自西南、华北的电由多条特高压线路送到江苏,最高的时候占到了用电量的1/5。电力供应的充足,让停电成为中国人回忆的同时,更是为中国成为全球制造中心,提供了源源不断的动力。

时至今日,中国特高压输电技术在全世界是独一份,哪个国家想建特高压,都得跟中国联系,而且技术标准,全世界都在用中国标准。就拿巴西历史上第二大水电站“美丽山” 项目来说,电力要输送到2000 公里之外的南方工业区。最终,他们只能找到中国,和国网公司以51%:49% 股比联营发展特高压电网。

由168 项国家标准和行业标准组成的特高压输电技术标准体系,让中国在国际电工标准领域的话语权显著提升。由此推动成立的国际特高压直流和交流输电技术委员会,秘书处均在中国。特高压±800 千伏直流输电工程” 第一完成人、南方电网公司专家委主任李立浧介绍,自主创新提升了特高压的整个产业链。

当时,±500 千伏直流输电工程技术,遭遇各种技术壁垒,到了±800 千伏直流输电技术上,则全靠自主研发。新的技术和设备,也让中国的电力设备制造企业,迅速成了全球最有实力的玩家。以特高压三强之一的许继电气为例,在2011-2014年,得益于特高压的业务推动,许继电气的营收从43 亿元直接翻到了83 亿元,净利润从1.57 亿元跃升到10.6 亿元。

有了技术和资金的优势,作为未来智能电网首要组成部分的特高压业务,在2017 年已经退居为许继的第二大业务,而占了许继总收入36.2%的第一大业务,正是智能变配电系统。这些,都为在即将到来的“能源互联网” 时代,中国领先世界带来了无限可能。

更为重要的是,特高压带来了更清洁的能源消费方式。2012年,一场弥漫1/4 国土面积的雾霾影响着6 亿人的生活,调整能源结构成了大气污染防治的一项重要内容。2016 年,特高压输电作为“十三五” 规划重大项目,写进政府工作报告。2017 年,中国的水电、风电、太阳能发电装机全部成为全球最大规模。

作为电力输送“高速公路”,特高压把这些建在青海、新疆茫茫戈壁上的风电、太阳能,把横亘在金沙江、雅鲁藏布江上的水电,源源不断地输往东部。这些特高压送来的清洁电力,让华北和长三角地区每年减排二氧化硫96 万吨、氮氧化物53万吨、烟尘11 万吨。

国家电网发展策划部专家表示,核电、风电包括作为清洁能源的水电,未来的发展都将有赖于建设特高压电网。未来五年国家电网将投入6200 亿元人民币,建设20 条特高压线路,将西南的水电和西北的风电全部传输到中国东部。

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