電力運輸開上特高壓“高速公路”

吳雪

中國有沒有真正獨步天下的高科技？當(dāng)然有，特高壓技術(shù)就是一個。

1888年，李鴻章花6000兩白銀買了套發(fā)電設(shè)備和電燈，裝在慈禧寢宮討老佛爺歡心的時候，恐怕不會想到，100多年后，中國特高壓技術(shù)會領(lǐng)跑世界。特高壓被稱為“電力高速公路”，目前，中國是全球唯一掌握特高壓技術(shù)，并商業(yè)化運營的國家。中國的技術(shù)標準，也是全球唯一的標準。

特高壓是指電壓等級在交流1000千伏及以上和直流±800千伏及以上的輸電技術(shù)，具有輸送距離遠、容量大、損耗低和效率高等技術(shù)優(yōu)勢。據(jù)國家電網(wǎng)公司提供的數(shù)據(jù)顯示，一回路特高壓直流電網(wǎng)可以送600萬千瓦電量，相當(dāng)于現(xiàn)有500千伏直流電網(wǎng)的5到6倍，而且送電距離也是后者的2到3倍。

目前，中國特高壓配套通信網(wǎng)絡(luò)建設(shè)正進入高峰期，2020年計劃新建工程10項，續(xù)建工程8項，總投資金額超10億元，數(shù)量和規(guī)模均創(chuàng)歷史新高。中國正是有了這一建造電力輸送的“5G”技術(shù)，新疆、內(nèi)蒙古發(fā)的電才能送到北京，三峽水庫發(fā)的電才能送到上海，云貴川大峽谷里的水電才能送到廣州。

當(dāng)人們在家中輕輕按動開關(guān)的時候，燈亮了。你使用的一度電，有可能來自千里之外的高原、水庫或峽谷。特高壓輸電，不僅解決了我國能源與電力負荷逆向分布問題，還實現(xiàn)了國家“西電東送”的戰(zhàn)略。這個看似和生活相去遙遠的科技，卻實實在在地改變著我們的生活，甚至影響著世界經(jīng)濟版圖。

告別“拉閘限電”

去年，印度高溫，中央邦一處森林有15只猴子疑似中暑死亡。今年6月，據(jù)氣象部門監(jiān)測，印度最高氣溫達到47.4攝氏度，這一溫度出現(xiàn)在拉賈斯坦邦一個名為楚魯?shù)男】h城。自2016年開始，印度有超過600人因高溫死亡，僅首都新德里就有340多起死亡報告。

印度高溫現(xiàn)象不禁讓人擔(dān)憂，這個國家還有近1億人無電可用，漫漫長夏該怎么度過。事實上，早在2015年，中國已經(jīng)讓西藏、甘肅、青海等最后3萬多“無電人口”用上了電。也是在這一年，印度發(fā)電量超過了日本、俄羅斯躍居世界第三，可為什么還有那么多人用不上電？

從技術(shù)上看，是因為印度沒有中國這么完備的電網(wǎng)和輸電技術(shù)，特別是長距離輸電唯一的解決方法——特高壓輸電技術(shù)。上海電力大學(xué)能源電力科創(chuàng)中心副主任趙文彬表示，建發(fā)電廠容易，可想把電送出去，并不那么簡單。輸電電壓一般分高壓、超高壓和特高壓。每一次電壓等級提升，不是對前一級別的簡單放大，而是關(guān)鍵技術(shù)和配套設(shè)備質(zhì)的提升。

形象地說，輸電線路就像是一條運送電的“道路”。要想送得多，就必須得加大電壓或電流，而電流太大會引起電線發(fā)熱，電在輸送的過程中損耗太多，于是就要升高電壓來提高輸電的效率。沒有電就不可能會有工業(yè)和社會經(jīng)濟的發(fā)展，假如沒有啃下特高壓輸電技術(shù)，中國可能和印度的境遇差不多。

趙文彬介紹，從上世紀80年代開始，我國就對特高壓交流輸電技術(shù)進行初步研究。但由于當(dāng)時科研力量薄弱、配套條件尚不成熟等原因，這些研究只停留在了藍圖構(gòu)想層面。每逢夏天用電高峰就頻頻拉閘限電的記憶，離開我們并沒有多少年的時間?！爱?dāng)時電力優(yōu)先供應(yīng)給工業(yè)生產(chǎn)，其次才是保證居民用電，別說農(nóng)村，城市也是三天兩頭停電?！?老一輩上海人回憶，那時的電幾乎等同于電燈，家家戶戶的抽屜里都會備幾根蠟燭。

1970年后，上海建成高橋電廠、金山電廠以及多條220千伏線路，擴建了閔行、吳涇、閘北電廠。除了閘北電廠至浦東變電站是單回線連接，其他電廠、變電站之間逐步形成220千伏雙回線環(huán)網(wǎng)。但這時，電的用量仍然“捉襟見肘”。資料顯示，直到2003年夏天，全國還有22個省拉閘限電，經(jīng)濟發(fā)展也卡在缺電的瓶頸。

后來，改革開放的春風(fēng)吹遍全國，經(jīng)濟好了，用電量大幅提升，電網(wǎng)建設(shè)也進入了一個新的發(fā)展時期。為了滿足日漸增長的用電需求，上海電力雙管齊下，一方面集資開辦本地電廠，一方面加強電網(wǎng)建設(shè)并大力引進外來電。

1990年，全國第一條500千伏超高壓直流輸電線路葛南線全面竣工投運，全長1045.6千米，西起宜昌葛洲壩換流站的電力輸送至上海南橋換流站，為上海新增了25%的供電能力，實現(xiàn)了華中、華東兩大電網(wǎng)的非同步聯(lián)網(wǎng)。隨著葛洲壩電廠一期和二期工程相繼投產(chǎn)發(fā)電，一批500千伏輸變電工程在湖北、華中大地相繼動工興建。

500千伏葛南線是我國第一條投入商業(yè)運行的大容量遠距離直流輸電線路。

1993年，全國首座220千伏地下變電站在上海人民廣場入地。1994年底，隨著500千伏南橋至楊高的5106線建成投運，上海形成500千伏“C”型雙環(huán)網(wǎng)。只能等電來的日子徹底結(jié)束。1994年6月15日，上海開通了全國第一條24小時受理客戶故障報修和業(yè)務(wù)咨詢的用電服務(wù)熱線。熱線電話的號碼是3292222，上海話諧音是：“三娘舅，亮亮亮亮”。

這門寄予了讓老百姓燈“亮”起來的“三娘舅”熱線一經(jīng)推出，即收獲熱烈反響。當(dāng)年日平均業(yè)務(wù)受理就達到200起，用電高峰時期可達600至700起。此后，華北與東北、川渝與華中、華中與華北相繼聯(lián)網(wǎng)。

解決供需矛盾

許多電力權(quán)威專家一致認為，我國是一次能源和電力負荷分布極不均衡的國家，上游是“憋”著各種能源資源蓄勢待發(fā)，下游是急盼用清潔能源換取可持續(xù)發(fā)展的電力負荷中心。它們之間的距離遠達數(shù)百甚至上千公里，傳統(tǒng)的超高壓輸電技術(shù)難擔(dān)此任。

中國要解決21世紀上半葉的電力供應(yīng)問題，就必須在大力開發(fā)水電和火電的同時，實現(xiàn)遠距離大容量的西電東送和北電南送，發(fā)展特高壓輸電勢在必行，更高電壓等級輸電實用技術(shù)和研究工作，也必須與電壓等級的論證同步進行。

早在上個世紀七八十年代，蘇聯(lián)、美國、日本和意大利就先后開始建設(shè)特高壓輸電工程，但都因種種原因，或建成后即擱置，或干脆無法建成。追溯到上世紀80年代，中國的特高壓技術(shù)才剛剛起步，并沒有成熟的特高壓試驗方法可以借鑒，也沒有現(xiàn)成的工具可以使用，甚至連現(xiàn)場作業(yè)的行業(yè)標準規(guī)范也沒有。

1984年8月2日，一場驚心動魄的試驗改變了現(xiàn)狀。當(dāng)天，武高所空曠的試驗場聚集了前來圍觀的人群。56歲的電力人鄭代雨穿著銅絲制成的屏蔽服，鉆進吊籃升空，完成了1150千伏的人體帶電試驗。首次人體帶電試驗的成功，促進了特高壓輸電技術(shù)的研究工作。

兩年后，原武漢高壓研究所專家王鳳鳴、張一新在其論文《在煤炭基地集中布廠采用特高壓線路輸電是解決煤炭運輸困難的一條重要途徑》中提出，在鐵路、公路運力緊張的情況下，如何解決晉煤、陜煤等外運問題，并建議發(fā)展特高壓電網(wǎng)，實現(xiàn)火電外送。

無人機巡檢保三峽電力外送。

2004年，國家電網(wǎng)公司提出建設(shè)以特高壓電網(wǎng)為核心的堅強國家電網(wǎng)的戰(zhàn)略構(gòu)想。之后，國家電網(wǎng)公司聯(lián)合10多個行業(yè)組織和咨詢機構(gòu)、8所高等院校、100多家工程設(shè)計和設(shè)備制造單位，組織包括30多名院士在內(nèi)的專家學(xué)者展開全面深入的論證。

建設(shè)特高壓輸電線路，在緊迫的“供需矛盾”中被提上了日程。2006年8月，國家發(fā)改委正式批復(fù)晉東南至荊門特高壓交流試驗示范工程項目。2009年1月8日，1000千伏晉東南—南陽—荊門特高壓交流試驗示范工程建成投運。這個全世界矚目的特高壓橫空出世，讓中國成為世界上第一個商業(yè)化運營特高壓的國家。

2010年7月，來自四川金沙江向家壩水電站的電，通過特高壓輸電線路被送到了2000公里外的上海。2014年12條重點輸電通道開始建設(shè)，其中，作為縱橫在中國南部的電力大動脈，滇西北直流工程每年可向廣東輸送電量約200億千瓦時，建成后能滿足深圳全年用電量的四分之一。動輒上千公里的距離，翻山越嶺跨江渡河，不僅難度可想而知，在施工、架線、巡線等環(huán)節(jié)上也不能有一丁點疏忽。

趙文彬介紹，要把特高壓的電力從云南輸送到2000公里外的深圳需要一顆“巨型心臟”，而運送這顆“心臟”，需要30多個“鏢師”押運，從江蘇出發(fā)，經(jīng)歷河運、海運、火車、公路輾轉(zhuǎn)4000多公里走上整整一個月。換流站里的24臺變壓器，也要與四百多超大部件、數(shù)百萬個電器元件一起，將從水電站輸送來的交流電，轉(zhuǎn)換為更適合長途輸送且損耗更小的直流電。

換流站建成了，接下來它還要接受60多萬項嚴苛的檢查，由于電壓等級太高，所有核心設(shè)備的帶電表面都必須保證光滑，一旦有一點突起、頭發(fā)絲或毛刺，都可能在將來通電后產(chǎn)生短路放電的風(fēng)險，工程師們甚至要爬進直徑不到50厘米的金屬管里檢查里面是否有毛刺。

兩個鐵塔之間相隔800多米的空中架線，也頗具挑戰(zhàn)。趙文彬告訴《新民周刊》，在天空中看起來細如發(fā)絲的特高壓電線，實際直徑有3.6厘米粗，一根1000米長的電線，重量達到2.4噸，高空架線，最開始只能沿途砍樹、人工牽引引導(dǎo)繩。2010年開始采用另一種架線方式：一個人駕駛動力傘，帶上導(dǎo)引繩，從這座鐵塔飛到對面?！斑@種方式雖然提高了效率，但是一旦遇風(fēng)力變化和電線纏繞，可能帶來巨大的人身安全風(fēng)險?！?/p>

直到2015年，無人飛行器成為了飛塔架線的神器，工程師們用無人機，牽引最小的細繩飛到對面塔上，塔上的人接住繩后滿滿拉，接下來將六根大小不一的繩由小到大接起來，循序漸進將越來越粗的繩子牽引過去，最終，重達188噸的特高壓電線就凌空架設(shè)好了。

為未來組網(wǎng)

一條特高壓輸電線路投資不低，動輒幾百億元，但是，它帶來的收益，可不止是“西電東送”這么簡單。

據(jù)估計，一條1150千伏輸電線路的輸電能力可代替5到6條500千伏線路，或3條750千伏線路;可減少鐵塔用材三分之一，節(jié)約導(dǎo)線二分之一，節(jié)省包括變電所在內(nèi)的電網(wǎng)造價10%-15%。1150千伏特高壓線路走廊約僅為同等輸送能力的500千伏線路所需走廊的四分之一。

除此之外，特高壓對穩(wěn)增長、調(diào)結(jié)構(gòu)、惠民生也有拉動作用。以錫盟—泰州、內(nèi)蒙古上海廟—山東±800千伏特高壓直流輸電工程為例，總投資達475億元，將增加輸變電裝備制造業(yè)產(chǎn)值213億元，直接帶動電源等相關(guān)產(chǎn)業(yè)投資約1185億元，增加就業(yè)崗位3.3萬個，每年拉動GDP增長152億元。

輸電能力的提高，讓中國的發(fā)電量迅速增長。1985年，中國的發(fā)電量只排全球第六，前面的美、俄、日、德個個都是制造業(yè)大國。到了2011年，中國就超過美國，成了發(fā)電量全球第一名的國家。而到了2015年，僅江蘇一個省，就和德國全國的用電量相當(dāng)。

2018年江蘇用電負荷連續(xù)破億時，來自西南、華北的電由多條特高壓線路送到江蘇，最高的時候占到了用電量的1/5。電力供應(yīng)的充足，讓停電成為中國人回憶的同時，更是為中國成為全球制造中心，提供了源源不斷的動力。

時至今日，中國特高壓輸電技術(shù)在全世界是獨一份，哪個國家想建特高壓，都得跟中國聯(lián)系，而且技術(shù)標準，全世界都在用中國標準。就拿巴西歷史上第二大水電站“美麗山”項目來說，電力要輸送到2000公里之外的南方工業(yè)區(qū)。最終，他們只能找到中國，和國網(wǎng)公司以51%：49%股比聯(lián)營發(fā)展特高壓電網(wǎng)。

由168項國家標準和行業(yè)標準組成的特高壓輸電技術(shù)標準體系，讓中國在國際電工標準領(lǐng)域的話語權(quán)顯著提升。由此推動成立的國際特高壓直流和交流輸電技術(shù)委員會，秘書處均在中國。特高壓±800千伏直流輸電工程”第一完成人、南方電網(wǎng)公司專家委主任李立浧介紹，自主創(chuàng)新提升了特高壓的整個產(chǎn)業(yè)鏈。

當(dāng)時，±500千伏直流輸電工程技術(shù)，遭遇各種技術(shù)壁壘，到了±800千伏直流輸電技術(shù)上，則全靠自主研發(fā)。新的技術(shù)和設(shè)備，也讓中國的電力設(shè)備制造企業(yè)，迅速成了全球最有實力的玩家。以特高壓三強之一的許繼電氣為例，在2011-2014年，得益于特高壓的業(yè)務(wù)推動，許繼電氣的營收從43億元直接翻到了83億元，凈利潤從1.57億元躍升到10.6億元。

有了技術(shù)和資金的優(yōu)勢，作為未來智能電網(wǎng)首要組成部分的特高壓業(yè)務(wù)，在2017年已經(jīng)退居為許繼的第二大業(yè)務(wù)，而占了許繼總收入36.2%的第一大業(yè)務(wù)，正是智能變配電系統(tǒng)。這些，都為在即將到來的“能源互聯(lián)網(wǎng)”時代，中國領(lǐng)先世界帶來了無限可能。

更為重要的是，特高壓帶來了更清潔的能源消費方式。2012年，一場彌漫1/4國土面積的霧霾影響著6億人的生活，調(diào)整能源結(jié)構(gòu)成了大氣污染防治的一項重要內(nèi)容。2016年，特高壓輸電作為“十三五”規(guī)劃重大項目，寫進政府工作報告。2017年，中國的水電、風(fēng)電、太陽能發(fā)電裝機全部成為全球最大規(guī)模。

作為電力輸送“高速公路”，特高壓把這些建在青海、新疆茫茫戈壁上的風(fēng)電、太陽能，把橫亙在金沙江、雅魯藏布江上的水電，源源不斷地輸往東部。這些特高壓送來的清潔電力，讓華北和長三角地區(qū)每年減排二氧化硫96萬噸、氮氧化物53萬噸、煙塵11萬噸。

國家電網(wǎng)發(fā)展策劃部專家表示，核電、風(fēng)電包括作為清潔能源的水電，未來的發(fā)展都將有賴于建設(shè)特高壓電網(wǎng)。未來五年國家電網(wǎng)將投入6200億元人民幣，建設(shè)20條特高壓線路，將西南的水電和西北的風(fēng)電全部傳輸?shù)街袊鴸|部。

由168項國家標準和行業(yè)標準組成的特高壓輸電技術(shù)標準體系，讓中國在國際電工標準領(lǐng)域的話語權(quán)顯著提升。