中国特高压输电技术独占鳌头

文/王令朝

电能是一个国家经济、国防和民生最重要的物质基础。通常,这些电能都是通过电网输到千家万户的,而电网里的电是从电厂里的发电机发出来的。由于发电厂大都建在离用户很远的地方,所以电厂的电能要送达用户端,不仅要使用由架空线、电缆等构成的输电网,而且还要考虑输电过程中电能电压的损耗,于是乎,输电技术成为输电网一项必不可少的关键技术。2008年,我国自主研发、设计和建设的具有自主知识产权的1000千伏交流输变电工程(晋东南—南阳—荆门)竣工,这是中国第一条特高压交流输电线路,从此开创了我国远距离、大容量、低损耗的特高压输电核心技术。

从超高压到特高压
特高压输电技术是指用1000千伏及以上的交流电压或用±800千伏及以上的直流电压输送电能的技术。特高压输电技术是在超高压输电技术基础上发展起来的,它是目前世界上最先进的输电技术。
我们知道,输电电压越高,在远距离输电线上的损耗就越少,各方面的经济效能也越高。例如:同等长度的1150千伏特高压输电线路的输电能力是500千伏超高压线路的5~6倍,同时可减少三分之一铁塔用材,节约二分之一金属导线用量,降低10%~15%包括变电所在内的电网造价,以及减少四分之一走廊土地面积。这能够给人口稠密、土地资源宝贵或路径选择困难的国家和地区带来重大的经济和社会效益。

适合中国国情
中国人口众多,且大多数都集中在沿海及中东部经济相对发达地区;西部地区不仅人口少且山多地少,经济也不如中东部地区发达,但煤炭或水力资源较丰富,这些资源可以用来发电。
于是,国家采取输煤和输电两个策略。一是把西部的煤炭通过铁路运到港口,再装船运到江苏、上海、广东等地(简称为输煤);二是用西部的煤炭、水力资源就地发电,再通过输电线路和电网把电送到中东部地区(简称为输电)。实践证明:如果煤矿与发电厂的距离超过1000千米,采取输煤策略投入的成本非常高;相比之下,输电策略更为经济。
特高压输电的优点是输送容量大、送电距离长、线路损耗低、占用土地少。有专家这样比喻:超高压输电线路是“电力省级公路”,顶多就算是“电力国道”,而特高压输电线路是“电力高速公路”。
建设特高压电网还有很多好处:一是能把中国电网紧密地连接起来,使建在不同地点的不同发电厂(比如火力发电厂和水力发电厂)互相支援和补充,这在工程上叫“实现水火互济,取得联网效益”;二是能促进西部煤炭资源、水力资源的集约化开发,降低发电成本;三是能保证中东部地区不断增长的电力需求,减少在人口密集、经济发达地区建火电厂所带来的环境污染;四是能促进西部资源密集、经济欠发达地区的社会和谐发展。

创造多项世界之最
2019年9月,准东—皖南±1100千伏特高压直流输电工程正式投运。该工程起于新疆昌吉州昌吉换流站,止于安徽宣城市古泉换流站,途经新疆、甘肃、宁夏、陕西、河南、安徽六个省(自治区)。作为我国“疆电外送”的第二条特高压输电工程,准东—皖南±1100千伏特高压直流输电工程将推动新疆能源基地的火力发电、风力发电、太阳能发电捆绑外送,以保障华东地区电力可靠供应,并对大气污染防治、拉动新疆经济增长等具有十分重要的作用。专家指出:线路投产后,每年可以有效减少燃煤运输量3024万吨,减排烟尘2.4万吨、二氧化硫14.9万吨、氮氧化物15.7万吨。
作为中国特高压输电技术的代表,准东—皖南±1100千伏特高压直流输电工程创造了4项世界之最:
一是电压等级最高:在世界上首次采用±1100千伏直流输电电压等级的线路,是普通居民用电电压的5000倍,每1000千米输电损耗仅为1.5%。
二是输送容量最大:输送功率1200万千瓦,每10小时输送电量即可为我国所有电动汽车充满电,可满足华东地区5000万户家庭的用电需求。
三是输送距离最远:线路全长约3300千米,约12根这样的电线就能绕地球赤道一周。
四是技术水平最先进:成功研制出±1100千伏换流变压器、换流阀等关键设备,首次采用±1100千伏户内直流场和送端换流变现场组装方案,刷新了世界电网技术新高度。

走出国门
特高压输电技术解决了我国电力跨区域远距离输送的难题,为大规模开发西部可再生能源创造了条件,是我国能源革命的标志性技术成果和我国先进生产力发展的重大突破。据统计:截至2020年4月,我国已投运25个特高压项目,累计输送电量超过1.7万亿千瓦时,位居世界第一。2020年6月发布的《“新基建”之特高压产业发展及投资机会白皮书》预计:到2022年,中国特高压产业及其产业链上下游相关配套环节所带动的总投资规模将达到4140亿元;到2025年,特高压产业与其带动产业的整体投资规模将达5870亿元。
特高压输电技术是世界能源输送的重要变革,是我国对世界工业做出的重大贡献。中国在特高压输电技术突破和工程建设方面所取得的成就得到了国际社会的认可。曾任国际电工委员会(IEC)主席的克劳斯·乌赫勒指出:世界上许多国家都存在能源资源分布不均的情况,中国的特高压输电技术在世界上处于领先水平,作为国际标准电压,中国的特高压电压标准将向世界推广。目前,俄罗斯、印度、巴西等国都将特高压输电作为电力发展的重要方向,并积极寻求与中国的技术合作。
几十年来,中国远距离输电技术突飞猛进,不仅在输电技术上实现了从高压到超高压、从超高压到特高压的飞跃,而且中国电力技术和设备已经开始输出到国外,实现了中国创造和中国引领。
世界各国输电技术发展概况
苏联1150千伏工程
苏联于1985年8月建成了埃基巴斯图兹—科克切塔夫线路以及2座1150千伏变电站,并按照系统额定电压1150千伏投入工业运行。

日本1000千伏变电站
日本于1988年开始建设1000千伏输变电工程,1999年建成2条总长度430千米的1000 千伏输电线路和1座1000千伏变电站。

意大利1050千伏试验工程
意大利于1995年10月建成了1050千伏试验工程。至1997年12月,在系统额定电压1050千伏下运行了2年多时间,取得了一定的经验。

巴基斯坦±660千伏直流输电工程
2020年10月,由中国援建的巴基斯坦±660千伏默蒂亚里—拉合尔直流输电工程投入运行。该工程采用了我国“交直流断面连锁防控”和“单换流器快速隔离与自动重启”等核心技术,成为我国出口特高压输电技术的样板。

转载请注明 文章来源:《科学画报》

〖 欲看更精彩文章、图片,请购买科学画报。每月月初出版发行,铜板纸彩色印刷,每本售价12.00元 〗 

`
《科学画报》2021© 版权所有 沪ICP备05024827号 沪公网安备31010102003350