中國特高壓輸電技術的出現,使“煤從空中走、電送全中國”成為現實,使“以電代煤、以電代油、電從遠方來、來的是清潔電”成為中國能源和電力發展的新常態,為構建“全球能源互聯網”、落實國家“一帶一路”發展戰略提供了強大基礎支撐——

特高壓:打造電力輸送“超級動脈”

  特殊的時間點,標識著世界電力工業發展史上的重要里程碑。電壓等級的每一次躍升,見證電網發展百余年光輝歷程。

  1891年,世界上第一條高壓輸電線路誕生,它的電壓只有13.8千伏;

  1935年,美國將220千伏電壓提高到275千伏,人類社會第一次出現了超高壓線路;

  1959年,前蘇聯建成世界上第一條500千伏輸電線路,這是人類利用電能水平的一次大跨越;

  20世紀70年代起,美國、前蘇聯、日本等國家開始研究特高壓輸電技術,前蘇聯還建成了一段1150千伏的特高壓試驗線路;

  2009年,世界上第一條1000千伏晉東南-南陽-荊門特高壓交流試驗示范工程投入商業運行。這次領先世界的是中國!

  截至目前,我國已累計建成20多項特高壓工程,單回輸電能力最高達1000萬千瓦,輸送距離達2400公里,刷新世界電網技術新紀錄。

±800千伏上海廟—山東、±800千伏晉北—南京特高壓輸電線路跨越黃河(徐可 攝)

  “我國成為世界首個,也是唯一一個成功掌握并實際應用特高壓這項尖端技術的國家,不僅全面突破了特高壓技術,率先建立了完整的技術標準體系,而且自主研制成功了全套特高壓設備,實現了跨越式發展?!眹译娋W公司黨組書記、董事長舒印彪說。

  “電從遠方來,來的是清潔電”

  ——特高壓破解我國能源資源與電力負荷分布極不平衡的現實難題

  打開中國地圖,不難發現,能源資源與生產力布局呈逆向分布,是我們國家的一大現實國情。

我國能源資源與電力負荷分布極不平衡

  “80%以上的能源資源分布在西部、北部,70%以上的電力消費集中在東部、中部。在一段時期內,這就存在‘冰火兩重天’的局面:一頭是中西部資源大省有電送不出、白白浪費掉,另一頭是東中部經濟大省電不夠用?!眹译娋W公司副總工程師、中國科學院院士陳維江向我們介紹。

  據測算,有多達2.7億千瓦電力需要跨越2000多公里輸送至電力負荷中心,而已有500千伏輸電技術面臨輸電能力不足、損耗高、走廊資源稀缺等一系列突出問題,無法滿足高效送出的要求。

  基于這個國情,發展特高壓這一更先進的輸電技術成為破解難題的必由之路。

  早在2004年,國家電網公司就聯合科研院所、高校、設備制造等160多家單位協同攻關,開展309項重大關鍵技術研究,連續攻克了特高電壓、特大電流下的絕緣特性、電磁環境、設備研制、試驗技術等世界級難題,成功研制世界上通流能力最大的6英寸晶閘管、換流閥、變壓器等一批國際領先的電工裝備,在世界上率先掌握了特高壓大容量輸電系統集成、大電網運行控制等技術,研制成功了全套特高壓設備,建立起完整的特高壓輸電技術標準體系。

  那么,研發出來的特高壓輸電技術,“特”在哪兒呢?

  在采訪中,國家電網公司專家解答說:輸電網電壓等級一般分為高壓、超高壓(直流±500千伏、±600千伏等,交流330千伏-1000千伏)、特高壓(直流±800千伏及以上、交流1000千伏及以上)。電壓越高,輸電效率就越高。特高壓的“特”就特在輸出的電壓特高、輸送的容量特大、傳輸的距離特遠。

  “與傳統輸電技術相比,特高壓輸電技術的輸送容量最高提升3倍,輸送距離最高提升2.5倍,輸電損耗可降低45%,單位容量線路走廊寬度減小30%,單位容量造價降低28%??梢愿踩?、更高效、更環保地配置能源?!敝袊娍圃焊唠妷貉芯克L李鵬說。

空中俯瞰錫盟-泰州±800千伏特高壓輸變電工程泰州換流站(湯德宏 攝)

  另一個大家經常問到的問題是,特高壓交流輸電技術和特高壓直流輸電技術有什么不一樣?

  “特高壓直流好比直達航班、一飛到底,中途不能‘?!?,而特高壓交流則是高速公路,既能快速到達目的地,在中途也有出口、能‘?!?。專家解答,交流與直流從來都是配合使用、相互補充的。交流輸電具有輸電和組網雙重功能,電力的接入、傳輸和消納十分靈活。直流輸電只具有輸電功能,不能形成網絡,主要以中間落點的兩端工程為主,可點對點、大功率、遠距離直接將電力送往負荷中心。

  2008年底,1000千伏晉東南-南陽-荊門特高壓交流試驗示范工程建成,并于次年1月6日投入商業運行。這是世界上首個實現商業化運行的特高壓輸電線路。

  2010年7月8日,向家壩-上?!?00千伏特高壓直流輸電示范工程投入運行,標志著國家電網全面進入特高壓交直流混合電網時代。

  兩條特高壓工程線路投運以來一直保持穩定運行,全面驗證了特高壓輸電的技術可行性、設備可靠性、系統安全性和環境友好性。

  國家對工程作出了高度評價?!疤馗邏航涣鬏旊婈P鍵技術、成套設計及工程應用”和“特高壓±800千伏直流輸電工程”分別摘得2012年度和2017年度國家科學技術進步獎特等獎。

  “榮獲兩個國家科學技術進步獎特等獎,是鼓勵更是激勵?!笔嬗”氡硎?,發展特高壓輸電技術是21世紀以來我國電力工業最艱難、最成功的創新實踐之一,扭轉了我國電力工業長期跟隨西方發達國家發展的被動局面,成為又一張亮麗的“中國名片”。

  “世界上唯一將特高壓輸電項目投入商業運營的國家”

  ——搶占世界電網科技制高點,帶來經濟、環境、社會等多重效益

全球首條特高壓長江綜合管廊在江蘇南通貫通

  8月21日9時許,長江北岸,江蘇南通,巨大的“卓越號”盾構機翻卷著泥漿駛出過江隧道。這一刻,1000千伏淮南—南京—上海交流特高壓輸變電工程蘇通GIL(氣體絕緣輸電線路)綜合管廊隧道工程貫通。這也是特高壓工程首次穿越長江隧道。

  自晉東南-南陽-荊門、向家壩-上海兩條特高壓示范工程投入運營以來,特高壓建設駛入快車道,一項項特高壓工程猶如巨龍縱橫東西南北?!斑\行電壓最高、輸送能力最強、技術水平最高”的指標一次次被刷新:

  2012年12月,錦屏—蘇南±800千伏特高壓直流輸電工程投入運營;

  2016年7月,錫盟—山東1000千伏特高壓交流輸電工程投入運營;

  2017年9月,錫盟—泰州±800千伏特高壓直流輸電工程投入運營;

  2018年5月31日,總長3000多公里的新疆昌吉至安徽古泉±1100千伏特高壓直流工程全線貫通。整個項目建成后,將是世界上電壓等級最高、輸送容量最大、輸送距離最遠、技術水平最先進的特高壓輸電工程。

  ……

國家電網公司在運在建23項特高壓工程,線路長度達3.3萬公里

  目前,我國是世界上唯一一個將特高壓輸電項目投入商業運營的國家。截至今年9月,國家電網公司已累計建成“八交十直”特高壓工程,在建“四交一直”特高壓工程,在運在建23項特高壓工程,線路長度達到3.3萬公里,變電(換流)容量超過3.3億千伏安(千瓦)。

  “國家電網公司已初步建成了特高壓電網架構,形成全國‘西電東送、北電南供、水火互濟、風光互補’能源互聯網新格局、資源優化配置新平臺,為保證電力可靠供應、推動能源轉型和區域經濟協調發展奠定了堅實基礎?!眹译娋W公司特高壓建設部副主任王紹武說。

  特高壓電網,“一頭連著西部清潔能源開發利用,一頭連著東中部清潔發展”。

  2014年5月,包括“四交四直”特高壓工程在內的12條重點輸電通道納入國家大氣污染防治行動計劃,并于2017年底全面建成投運,形成了一幅自北向南、自西向東的清潔電能輸送藍圖:新增跨區輸電能力8500萬千瓦,每年可減少燃煤運輸約1.9億噸,減排二氧化碳約3.2億噸、二氧化硫約100萬噸、氮氧化物約94萬噸,為打贏藍天保衛戰做出了重要貢獻。

±800千伏沂南換流站閥廳直流設備驗收(徐可 攝)

  許繼集團研制出世界首套±800千伏直流輸電控制保護系統,完成世界首套±1100千伏控制保護系統開發,總體技術達到國際領先水平;南瑞集團研發的統一潮流控制器達到國際領先水平……依托特高壓工程建設,中國電工裝備制造企業技術水平大幅提升,創新能力顯著增強。

  特高壓不僅在國內遍地開花,還走出了國門?!敖陙?,國家電網公司先后中標巴西美麗山±800千伏特高壓直流一、二期項目,實現了特高壓輸電技術、標準、裝備、工程總承包和運行管理全產業鏈、全價值鏈輸出,帶動超、特高壓設備出口超過50億人民幣?!眹译娋W公司國際部黨總支書記于軍說。

巴西美麗山±800千伏特高壓直流一期項目

  據介紹,我國在世界上率先建立了由168項國家標準和行業標準組成的特高壓輸電技術標準體系。同時,成功推動了國際電工委員會(IEC)成立專門的特高壓直流和交流輸電技術委員會(TC115和TC122),秘書處均設在中國,占據了技術和標準制高點,顯著提升了我國在國際電工標準領域的話語權。

  “勇攀電力技術珠穆朗瑪峰”

  ——堅定自信又冷靜清醒,把特高壓這張“金色名片”擦得更亮

  看似尋常最奇崛,成如容易卻艱辛。

  談起中國特高壓輸電技術發展歷程,相關參與者都有著說不完的故事。

  “長期以來,電力工業領域,我們一直是跟在西方發達國家后面亦步亦趨。在特高壓以前,我們國家每一個電壓等級的出現都至少晚了西方國家20年?!标惥S江說。

  王紹武講了一個讓他記憶猶新的畫面:“我是2001年參加工作的,當時中國只有一條高壓直流輸電工程,就是±500kV葛洲壩—上海直流工程。這是外國公司參與建設的項目,里面幾乎找不到國產的設備,就連換流站里值班人員的椅子、變電站里的馬桶都是國外整裝進來的?!?/p>

  從跟著別人、一直落后,到較短時間內研發特高壓成功,并取得成熟的實際運用,靠的是什么?

  “一個是我國能源資源大范圍配置的迫切需要,為發展特高壓注入了強大需求動力?!标惥S江說,還有一個關鍵因素,就在于我們國家集中力量辦大事的制度優勢,使政府支持、企業主導、產學研聯合、社會各方廣泛參與的科技創新工作體系高效運轉?!疤馗邏狠旊娫趪H上沒有成熟適用的經驗可供借鑒,面對巨大的創新壓力和工程挑戰,兩大電網公司集聚電力、機械行業300多家單位的專家和資源,開展產學研協同攻關?!?/p>

1000千伏錫盟—山東特高壓輸電線路高空作業(徐可 攝)

  有這樣一個故事。當時研制特高壓變壓器時,參與的兩家企業一開始各自進行技術攻關,分頭研制出了樣品,但是在做試驗時,先后都失敗了。這時產學研協同攻關體系發揮了作用。國家電網公司主導,召集相關企業,聯合國內外專家,一起分析會診,很快找到了問題所在,分析出了原因,然后進行了技術上的改進,最后非常順利地通過了試驗,取得了研制成功。

  研發特高壓,還需要完備的試驗研究體系和嚴謹細致的科學精神,需要敢為人先、堅定自信的精神力量。

  “特高壓電網不是500千伏高壓電網的簡單放大,而是關鍵技術和配套設備質的提升。既面臨高電壓、強電流的電磁與絕緣技術世界級挑戰,又面臨重污穢、高海拔的嚴酷自然環境影響,創新難度極大,一直被喻為輸電領域的‘珠穆朗瑪峰’?!崩铢i說,我們敢為人先,非常注重試驗驗證,用科學的態度開展研究。

科研人員在-20℃溫度下進行長串絕緣子覆冰試驗

  2006年8月以來,國家電網公司先后建成特高壓直流試驗基地、特高壓交流試驗基地、特高壓工程力學試驗基地、高海拔試驗基地、國家電網仿真中心、特高壓直流輸電工程成套設計研發(試驗)中心等“四基地兩中心”,用大量科學嚴密的試驗攻克了一個又一個世界性難題。

  以高海拔試驗基地為例,在基地建成之前,國際上對海拔2000米以上的輸電技術研究尚缺乏系統全面的試驗數據。高海拔試驗基地的建立,為海拔4000米及以上輸變電線路、設備外絕緣和電磁環境特性的研究提供了可能,填補了世界特高壓高海拔試驗研究的空白。

  正是在一大批科研專家、電力工作者的艱辛奮斗下,特高壓輸電技術在中國成為現實,一項項特高壓工程崛起在華夏大地,也培育鍛造出難能可貴的特高壓精神:忠誠報國的負責精神、實事求是的科學精神、敢為人先的創新精神、百折不撓的奮斗精神和團結合作的集體主義精神。

電力建設者迎著朝霞上工

  征途漫漫,由中國書寫的特高壓傳奇還在繼續。

  黨的十九大對我國能源轉型與綠色發展作出重大決策部署,強調“推進能源生產和消費革命,構建清潔低碳、安全高效的能源體系?!薄懊闇适澜缈萍记把?,強化基礎研究,實現前瞻性基礎研究、引領性原創成果重大突破”。

  “在成就面前要始終保持冷靜清醒的頭腦,創新的腳步不能停歇?!标惥S江說,下一步我們將繼續推進特高壓輸電技術研究,實現相關設備徹底國產化,不斷提高其可靠性、經濟性、環保性,建設更多符合實際需要的特高壓工程,把特高壓這張“金色名片”擦得更亮。(中央紀委國家監委網站 蘭琳宗)

視頻
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專訪

國家電網公司副總工程師、中國科學院院士 陳維江

  問:請您簡要介紹一下我國特高壓輸電技術的研發攻關歷程,取得了怎樣的技術成就?

  答:發展特高壓輸電技術是由我國能源資源稟賦特征和持續增長的電力需求決定的,對于保障國家能源安全、轉變電力發展方式、促進能源清潔綠色轉型具有重大的戰略意義。特高壓輸電在國際上沒有成熟適用的經驗可供借鑒,面對巨大的創新壓力和工程挑戰,國家電網、南方電網兩大電網公司集聚電力、機械行業300多家單位的專家和資源,開展產學研協同攻關,攻克了特高壓輸變電系統“過電壓深度限制、絕緣優化配置、潛供電弧抑制、電磁環境控制、設備多物理場優化及試驗檢測”等諸多方面的技術難題。

  中國特高壓輸電技術的研發成功,是世界電力工業發展史上的重要里程碑,取得的技術成就主要體現在幾個方面:一是全面掌握特高壓交、直流輸電關鍵技術,中國由長期跟隨西方發達國家步伐邁向國際領先;二是研制成功全套特高壓交、直流輸電設備,推動我國輸變電裝備制造業全面升級,并邁向世界最高端;三是建成完整的特高壓交、直流輸電技術標準體系,大幅提升我國在國際電工標準領域的話語權和影響力;四是成功將特高壓±800千伏直流輸電技術和裝備輸出國外,應用于巴西美麗山大型水電送出工程;五是國家電網公司在運在建23項特高壓工程,“特高壓交流輸電關鍵技術、成套設計及工程應用”和“特高壓±800千伏直流輸電工程”分別獲得2012年度和2017年度國家科技進步特等獎。

  問:黨的十九大報告提出,要推進能源生產和消費革命,構建清潔低碳、安全高效的能源體系。特高壓輸電技術,在推進綠色發展和能源生產消費革命上有什么重大意義?

  答:為保障國民經濟可持續發展和居民生活質量的穩步提升,統籌考慮東、西部環境承載能力,發展特高壓輸電技術,已經成為在全國范圍內優化配置能源資源、協調環境資源的必然選擇,是建設生態文明和美麗中國的現實而緊迫需要。發展特高壓輸電可以推動國家大規模清潔能源開發及高效利用,促進水電、光伏和風電等清潔能源的跨區域外送,降低“三北”地區棄風、棄光比例,減少西南水電棄水,降低化石能源消費;可以推進以電代煤和煤電布局優化,顯著改善人口密集區域的環境質量;可以大幅節省輸電走廊,節約寶貴的土地資源,形成全國“西電東送、北電南供、水火互濟、風光互補”能源互聯網新格局,為保證電力可靠供應、推動能源轉型和區域經濟協調發展奠定堅實基礎。

  問:在上世紀70年代,美國、前蘇聯、日本、意大利等都著手研制特高壓輸電技術。中國在這方面,起步晚但進展快,目前全世界也只有中國全面掌握并且開始大規模工程應用特高壓輸電技術。從跟跑到并跑,進而領先,我們為何能成功實現這種跨越式發展?

  答:這些發達國家雖然研究過特高壓輸電技術,但由于政治、經濟、技術等多方面因素,未能實現經濟資源和生產技術最大限度的結合,最終特高壓輸電技術沒有得到商業化應用。但是,由于我國存在能源資源分布與經濟發展極不平衡的客觀現實,有能源資源大范圍配置的地緣支撐和迫切需要,有經濟增長的極大潛力,有集中力量開展產學研一體化協同攻關的制度優勢,有三峽500千伏輸電系統及設備國產化的技術基礎,終于憑借廣大科研、技術、裝備工作者的腳踏實地、努力拼搏,一步步在工程建設中實現了特高壓輸電技術的突破,中國的輸電技術在國際上由長期跟隨邁向國際領先。

  問:回顧特高壓輸電技術發展歷程,對于加強自主創新、掌握核心技術,您有怎樣的思考和體會?

  答:特高壓輸電技術給了我國一次跨越式發展與自主創新的歷史性機會,以往經驗告訴我們,之所以能夠快速實現自主創新、掌握核心技術,得益于我國的制度優勢。我們的制度優勢就是集中力量辦大事,特別是配置資源的能力,組織協調的力度,能夠真正實踐產學研協同創新。同時,也需要清醒地認識到,我國的特高壓設備國產化尚未全面實現,尤其是特高壓直流設備,由于國內生產企業及研究單位在該領域起步晚、研究基礎相對薄弱,一些組部件尚未實現自主化供貨,需要在設計理論、材料及器件、設備制造工藝和環境控制等方面,強化基礎研究、技術研發和經驗積淀,繼續發揮自主創新、協同創新的制度優勢,持之以恒、踏實攻關,為全面突破核心技術不懈奮斗。

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