穿越從四川宜賓到上海的1900公里距離，世界最長、最大的直流輸電工程投入運(yùn)行。 7月8日，世界首個電壓等級最高、輸送容量最大、送電距離最長、技術(shù)水平最高的直流輸電工程——向家壩—上海±800千伏特高壓直流輸電示范工程正式投入運(yùn)行。這是繼去年初特高壓交流試驗(yàn)示范工程成功投產(chǎn)之后，我國能源領(lǐng)域取得的又一世界頂級創(chuàng)新成果。它是一個時(shí)代的標(biāo)志，既標(biāo)志著我國在全面攻克特高壓交、直流兩大前沿領(lǐng)域世界性難題的基礎(chǔ)上，搶占了世界電力技術(shù)制高點(diǎn)；同時(shí)又宣示著一個時(shí)代的來臨。
解開煤電運(yùn)魔咒：從就地平衡轉(zhuǎn)向統(tǒng)籌平衡
通過加大輸電比重，變過度輸煤為輸煤輸電并舉，從西部、北部能源基地向東中部負(fù)荷中心遠(yuǎn)距離、大規(guī)模輸電，才是治本之策。
“以煤為主的能源格局在較長時(shí)間內(nèi)不會發(fā)生根本變化”，對我國能源結(jié)構(gòu)的這一基本判斷，幾乎成為業(yè)內(nèi)外人耳熟能詳?shù)囊痪淇陬^禪。
就像每年都要考驗(yàn)我們一回的鐵路春運(yùn)一樣，電煤的大范圍調(diào)運(yùn)數(shù)十年來一直都是我們原本捉襟見肘的鐵路、公路運(yùn)力的一道解不開的魔咒。鐵路運(yùn)輸長期忙于煤炭大搬家，其背后的深層原因在于，長期煤電為主形成電力發(fā)展注重就地平衡、分區(qū)平衡之勢——70%的燃煤電廠分布在東中部負(fù)荷中心（不含山西），而這些地區(qū)探明的煤炭儲量僅占12.6%（不含山西）。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2009年，全國煤炭產(chǎn)量的近60%通過鐵路外運(yùn)；運(yùn)煤占用鐵路運(yùn)力資源比重不斷上升，到2009年達(dá)到51.2%，比2000年提高了12.6%�！叭鳌保ㄉ轿�、陜西、蒙西）輸煤對輸電比例按電煤外調(diào)口徑計(jì)算為15∶1，通過輸電方式配置的煤炭資源不足7%。華中四�。ㄏ�、鄂、豫、贛）和華東地區(qū)按電煤輸入口徑計(jì)算的輸煤對輸電比例分別為13∶1和48∶1。由于運(yùn)輸中間環(huán)節(jié)多、調(diào)控難度大，煤炭輸入?yún)^(qū)的電煤供應(yīng)極為脆弱，一旦遭遇惡劣天氣等突發(fā)因素，極易造成供需失衡、煤炭價(jià)格失控。
隨著土地、資源、環(huán)保、運(yùn)力等制約因素的增多和影響程度的增大，當(dāng)前，局部地區(qū)自求平衡的電力發(fā)展方式已經(jīng)難以為繼。
從這個角度，把電網(wǎng)發(fā)展納入能源發(fā)展全局來考慮，無論從當(dāng)前還是長遠(yuǎn)看，通過加大輸電比重，變過度輸煤為輸煤輸電并舉，從西部、北部能源基地向東中部負(fù)荷中心遠(yuǎn)距離、大規(guī)模輸電，才是治本之策，才能實(shí)現(xiàn)能源資源在更大范圍內(nèi)優(yōu)化配置、統(tǒng)籌平衡。當(dāng)前，各類大型能源基地正在大規(guī)模建設(shè)，尤其是西南大水電、北部大煤電以及西部和北部千萬千瓦級大風(fēng)電基地的開發(fā)，都亟須通過特高壓電網(wǎng)實(shí)現(xiàn)電力規(guī)模外送和消納。
去冬今春以來，在華中、華東等地區(qū)再次出現(xiàn)的煤電運(yùn)緊張中，特高壓試驗(yàn)示范工程對于緩解電力供需矛盾發(fā)揮出重要作用。加快特高壓發(fā)展的重要性和緊迫性得到實(shí)踐驗(yàn)證。
資源與負(fù)荷逆向分布：清潔能源呼喚特高壓
通過特高壓跨區(qū)聯(lián)網(wǎng)、構(gòu)建“三華”同步電網(wǎng)以及加大調(diào)峰電源建設(shè)，全國風(fēng)電開發(fā)規(guī)模有望達(dá)到1.5億千瓦。
一個基本的共識是，要實(shí)現(xiàn)2020年非化石能源占一次能源消費(fèi)總量15%的既定目標(biāo)，水電、核電、風(fēng)電、太陽能發(fā)電裝機(jī)容量分別應(yīng)達(dá)到3—3.5億千瓦、8000萬千瓦、1.5億千瓦和2000萬千瓦左右。
但我國80%的水能資源分布在川、云、藏等西南部地區(qū)，風(fēng)能資源主要集中在華北、西北、東北等“三北”地區(qū)和東部沿海，國家規(guī)劃的甘肅酒泉、新疆哈密、河北、蒙西、蒙東、吉林、江蘇沿海等7個千萬千瓦級風(fēng)電基地，有6個位于“三北”地區(qū)，適宜規(guī)�；虚_發(fā)的太陽能發(fā)電主要分布在西部和北部的沙漠、戈壁等偏遠(yuǎn)地區(qū)。能源資源與中東部能源消費(fèi)中心這種逆向分布的特點(diǎn)，決定了必須建立大容量、遠(yuǎn)距離的能源輸送通道，在全國范圍配置和消納清潔能源。
我國西部、北部地區(qū)的清潔能源基地與中東部負(fù)荷中心地區(qū)的距離一般為800—3000公里，依靠現(xiàn)有輸電技術(shù)很難滿足大規(guī)模、遠(yuǎn)距離輸送需求。加快建設(shè)特高壓電網(wǎng)，則將極大促進(jìn)清潔能源的開發(fā)與利用。根據(jù)有關(guān)研究結(jié)果，如果僅考慮在本省內(nèi)的風(fēng)電消納能力，2020年全國可開發(fā)的風(fēng)電規(guī)模為5000萬千瓦左右；通過特高壓跨區(qū)聯(lián)網(wǎng)、構(gòu)建“三華”同步電網(wǎng)以及加大調(diào)峰電源建設(shè)，可以大幅增加清潔能源的消納能力，全國風(fēng)電開發(fā)規(guī)模有望達(dá)到1.5億千瓦。
直流輸電電壓、電流雙提升：創(chuàng)一批世界紀(jì)錄
目前，特高壓直流輸電技術(shù)已申請專利214項(xiàng)，已授權(quán)92項(xiàng)。
用平均高達(dá)65米、重達(dá)62噸的3939基鐵塔，把額定電壓±800千伏、額定電流4000安培的強(qiáng)大電力從四川宜賓復(fù)龍換流站送到1907公里之外的上海奉賢換流站，途經(jīng)川、渝、鄂、湘、皖、浙、蘇、滬8省市，4次跨越長江，是一項(xiàng)前無古人的壯舉。完成這樣的壯舉，需全面破解特高壓直流工程系統(tǒng)方案、過電壓與絕緣配合、電磁環(huán)境控制、成套設(shè)計(jì)和設(shè)備制造的一系列世界性難題，創(chuàng)造一大批世界性紀(jì)錄，同時(shí)也就意味著站上世界直流輸電技術(shù)的制高點(diǎn)。
向上工程率先實(shí)現(xiàn)了直流輸電電壓、電流雙提升。不僅將輸送電壓提升至800千伏，同時(shí)在全球范圍內(nèi)首次采用6英寸晶閘管技術(shù)，將額定電流提升至4000安培，額定輸送容量達(dá)到640萬千瓦，最大連續(xù)輸送容量達(dá)到720萬千瓦。輸送容量的提升，還極大提高了工程的經(jīng)濟(jì)性，使單位容量送電距離的造價(jià)水平低于±500千伏直流工程。
為全面支撐關(guān)鍵技術(shù)研究，國網(wǎng)公司投資建設(shè)了世界一流的特高壓直流試驗(yàn)基地、高海拔試驗(yàn)基地、桿塔試驗(yàn)基地、特高壓直流輸電工程成套設(shè)計(jì)研發(fā)（實(shí)驗(yàn)）中心、大電網(wǎng)仿真中心，擁有了世界最高參數(shù)的高電壓、大電網(wǎng)試驗(yàn)和大電網(wǎng)仿真條件，試驗(yàn)研究能力達(dá)到了世界領(lǐng)先水平。共完成重大關(guān)鍵技術(shù)和工程專項(xiàng)研究130項(xiàng)，全面涵蓋規(guī)劃、系統(tǒng)、設(shè)計(jì)、設(shè)備、施工、調(diào)試、試驗(yàn)、調(diào)度、運(yùn)行等，成功解決了特高壓直流輸電關(guān)鍵的技術(shù)難題，取得了一大批具有世界領(lǐng)先水平的技術(shù)成果，全面掌握了特高壓直流輸電核心技術(shù)。目前，特高壓直流輸電技術(shù)已申請專利214項(xiàng)，已授權(quán)92項(xiàng)。
通過向上工程，完整建立特高壓輸電技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系。截至目前，共發(fā)布特高壓直流技術(shù)企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)57項(xiàng)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)8項(xiàng)，立項(xiàng)編制國際標(biāo)準(zhǔn)4項(xiàng)、國家標(biāo)準(zhǔn)14項(xiàng)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)7項(xiàng)。
向上工程引入三維設(shè)計(jì)技術(shù)，便捷地實(shí)現(xiàn)了閥廳設(shè)備布置及空氣間隙校核。通過采用GIS設(shè)備、交流濾波器“田”字形布置、閥廳面對面布置、換流變安裝廣場寬度優(yōu)化等措施，使換流站總平布置緊湊，配電裝置功能分區(qū)明確，占地面積縮小，大大節(jié)省了土地資源。提出雙換流器并聯(lián)融冰理念并成功實(shí)現(xiàn)工程應(yīng)用，通過簡單的運(yùn)行方式倒換即實(shí)現(xiàn)線路阻冰、融冰功能。采用6×720平方毫米大截面導(dǎo)線、選用低噪聲設(shè)備、換流變使用box-in降噪設(shè)計(jì)、圍墻加裝隔音屏障等方案，使工程真正實(shí)現(xiàn)“環(huán)境友好型”。
向上工程單位走廊輸電能力約為±500千伏直流工程的1.5倍，單位長度單位容量線路電阻損耗約為±500千伏直流工程的40%。工程總投資為232.74億元，每千瓦每公里造價(jià)1.91元／(千瓦·公里)，具有明顯的技術(shù)經(jīng)濟(jì)優(yōu)越性；兩端換流站總投資為110.38億元，單位輸送容量造價(jià)1725元/千瓦，相比±500千伏直流工程（三滬工程）單位輸送容量造價(jià)1680元／千瓦僅增加2.7%，基本達(dá)到同等造價(jià)水平。
極限挑戰(zhàn)：裝備制造業(yè)大跨越
整個工程設(shè)備國產(chǎn)化率達(dá)到67%，實(shí)現(xiàn)了民族裝備制造業(yè)的產(chǎn)業(yè)升級和跨越式發(fā)展。
同特高壓交流示范工程一樣，其關(guān)鍵設(shè)備研制的國產(chǎn)化能力問題始終是社會關(guān)注的焦點(diǎn)。
據(jù)介紹，特高壓直流設(shè)備絕緣水平高，通流能力大，使用的800千伏、30萬千伏安級特高壓換流變壓器，通流能力4500安培的6英寸晶閘管，單閥組容量180萬千瓦的換流閥，額定電流4000安培的低噪聲干式平波電抗器、直流穿墻套管、直流斷路器和隔離開關(guān)，基于實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的換流站控制保護(hù)系統(tǒng)等關(guān)鍵設(shè)備均為世界首創(chuàng)，研制難度極大，是對電力電子技術(shù)、電工技術(shù)、材料技術(shù)、高壓試驗(yàn)技術(shù)和控制技術(shù)的極限挑戰(zhàn)。特別是兩大系列、8種型號換流變的研發(fā)，涉及電場分布技術(shù)、磁場分布技術(shù)、發(fā)熱和傳導(dǎo)計(jì)算、諧波分析、油紙兼容和電化學(xué)技術(shù)、直流電場和交流電場疊加交互作用分析等技術(shù)。
通過向上工程的全面嚴(yán)格驗(yàn)證，代表國際領(lǐng)先水平的全套特高壓直流設(shè)備研制成功，創(chuàng)造了一大批世界紀(jì)錄：除直流輸電用6英寸晶閘管外，換流變壓器電壓等級最高、單臺容量最大，換流閥單閥組容量最大，低噪聲干式平波電抗器、直流穿墻套管、直流斷路器和隔離開關(guān)通流能力最大，均創(chuàng)造了世界之最。其中，特高壓換流變、換流閥等重要設(shè)備研發(fā)屬于世界級技術(shù)難題，采用國內(nèi)外聯(lián)合研發(fā)的方式，換流變由國內(nèi)外廠家聯(lián)合制造供貨，平波電抗器和交流設(shè)備則完全立足于國內(nèi)自主研制。整個工程設(shè)備國產(chǎn)化率達(dá)到67%，國內(nèi)相關(guān)廠家依托工程掌握了特高壓直流設(shè)備制造的核心技術(shù)，具備了絕大部分特高壓設(shè)備批量生產(chǎn)的能力，實(shí)現(xiàn)了民族裝備制造業(yè)的產(chǎn)業(yè)升級和跨越式發(fā)展。
來源：科技日報(bào)
