从万米高空俯瞰大地,山中铁塔是云的起点、路的终点,飞架的银线横亘崇山峻岭、蜿蜒大江南北。这是特高压电网将清洁电能源源不断地送向四面八方,为神州大地带去光明与温暖。
从云南的金沙江畔到深圳的珠江口,最快、最忙的“高速”路线是哪一条?既不是飞机航道,也不是高铁线路,而是西电东送工程搭建起的电力高速路——不到1秒钟,来自云南的清洁电力,就通过特高压电网抵达广东用户的桌上案头。
截至2020年底,我国已建成“14交16直”、在建“2交3直”共35个特高压工程,在运在建特高压线路总长度4.8万公里,比绕地球赤道一圈还长。
改革开放前,我国电网的最高电压等级仅为330千伏,如今,我国已拥有世界上电压等级最高的±1100千伏直流输电和1000千伏特高压交流输电线路。短短十余年,我国特高压技术从“没有路”到“蹚出路”、从“跟随跑”到“领头跑”、从“引进来”到“走出去”,改变了中国的能源版图,也改写了世界的输变电技术格局。
从“没有路”到“蹚出路”
在北京,故宫上演的灯光秀,离不开张北的风电光伏;在上海,外滩的流光溢彩,来源于四川大凉山的电力;在广州,“小蛮腰”电视塔的霓虹靠云贵高原的水电点亮……
展开中国的资源地图,可以发现,煤炭、风能、太阳能、水能“深藏”于中国西部,而用电负荷中心远在几千公里外的中部和东部。
仅仅在20年前,解决发电用电区域不平衡、用电供需紧张最简单、最安全的方式仍是拉闸限电。如今,伴随特高压成为契合我国资源禀赋的“超级快递”,电力的跨区域、大容量、远距离传输成为可能。
目前,仅在国家电网经营区,每年4500多亿度电通过34640公里的特高压线路,从遥远的大西北、大西南,跨越中国地理三级阶梯,自西向东,源源注入经济中心,支撑着都市里的璀璨灯光、工厂里的飞转马达、千家万户的日常起居。
从能源中心到负荷中心,汩汩流动的电力像新鲜血液为经济发展提供着澎湃动力。正是通过特高压这一动脉,使西电东送更有效率、更加顺畅。
特高压是指直流±800千伏和交流1000千伏以上的电压等级。2006年国务院印发的《国家中长期科学和技术发展规划纲要(2006—2020年)》第一次把特高压技术写入国家文件,特高压列为国家重点扶持的20项科技发展项目之一。
从2009年我国第一条特高压——晋东南-荆门1000千伏交流特高压项目正式投入运行至今,特高压解决了中国能源资源和负荷逆向分布的困局,实现了能源跨区域大范围的调配。
国网数据显示,±800千伏直流工程输送容量是±500千伏直流工程的2-3倍,经济输送距离提高到2-2.5倍。2020年,在运特高压输送能力达7340万千瓦,同比提高740万千瓦;利用小时数同比提高310小时。
特高压工程不仅传递着光明,还播撒着希望。
四川大凉山曾是全国最贫困的地区之一,从红军长征时的彝海结盟到今日的西电东送,希望的火种薪火相传。正是搭上了电力高速路,促使这里加快走上脱贫致富路。
从“跟随跑”到“领头跑”
特高压工程的探索之路,既是一条服务经济的动力之路,更是一条技术自主化的创新之路。在破解中国能源负荷逆向分布困局的同时,也带动了整个输变电设备制造、技术研发产业链的形成,打造出中国标准,获得了全球标准话语权。
回溯1989年,中国投运的第一条±500千伏直流输电线路——葛洲坝至上海的葛沪直流线路的装备和技术全套购买自外资企业。彼时,我国500千伏交直流电网的设备制造磕磕绊绊,从变压器、高压开关、避雷器、充油电缆到绝缘器材、电缆接头,与输变电有关的设备制造技术都需引进。超高压设备尚且如此,特高压技术装备更是想都不敢想的禁区。
“特高压设备是国际电工设备制造领域的珠穆朗玛峰。”业内人士感慨地说。经验表明,特高压设备大都达到了设计和制造的极限,常规设备的制造、运行经验不能确保对特高压设备特性的精确把握,存在风险。
上世纪60至90年代,前苏联和日本等国先后开展了相关前期试验研究,建设了试验站和试验工程,具有一定技术储备,但由于没有在运行的特高压工程,没有形成特高压设备的商业化供货能力,也没有特高压技术标准和规范。
在这种情况下,以特高压工程建设为依托,我国企业全面主导设备研制全过程,充分调用各种资源和力量,组成由专家委员会和科研、设计、制造、试验、建设、运行单位以及高校组成的常态设备研制工作体系,打破业主与厂家、厂家与厂家之间的技术壁垒,集中力量进行开放式创新。如今,与特高压相关的变压器、开关、绝缘等关键设备均实行了国产化率100%。
柔性直流换流阀被称为特高压直流工程的“心脏”,研发难度极高,目前这颗国产“心脏”已在昆柳龙直流特高压工程龙门换流站稳定“跳动”。
“在西电东送工程和特高压项目的带动下,中国输变电产业链蓬勃发展。特变电工从一家濒临倒闭的街道小厂,发展成为输变电制造行业的龙头企业。”特变电工股份有限公司相关负责人说。
“在建的白鹤滩—江苏工程是'十四五'开局建设的首个特高压工程。”国网直流公司项目经理邹军峰接受记者采访时表示,“我们在工程建设中强化了科技创新,在世界上将首次研发柔直+常规的混合级联特高压直流输电技术,研发应用能够快速实现毫秒级能量平衡的可控自恢复消能装置,将特高压直流馈入由依赖电网转变为支撑电网,缓解华东电网火电机组减少导致的电压稳定压力,大幅提升华东电网受电能力。”