電力運(yùn)輸開上特高壓“高速公路”

吳雪

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

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(shí)候，恐怕不會(huì)想到，100多年后，中國特高壓技術(shù)會(huì)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(yùn)營的國家。中國的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，也是全球唯一的標(biāo)準(zhǔn)。

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(yuǎn)、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(jìn)入高峰期，2020年計(jì)劃新建工程10項(xiàng)，續(xù)建工程8項(xiàng)，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(dòng)開關(guān)的時(shí)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(fù)荷逆向分布問題，還實(shí)現(xiàn)了國家“西電東送”的戰(zhàn)略。這個(gè)看似和生活相去遙遠(yuǎn)的科技，卻實(shí)實(shí)在在地改變著我們的生活，甚至影響著世界經(jīng)濟(jì)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(dá)到47.4攝氏度，這一溫度出現(xiàn)在拉賈斯坦邦一個(gè)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(bào)告。

印度高溫現(xiàn)象不禁讓人擔(dān)憂，這個(gè)國家還有近1億人無電可用，漫漫長夏該怎么度過。事實(shí)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?yàn)橛《葲]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(yùn)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(huì)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(huì)有工業(yè)和社會(huì)經(jīng)濟(jì)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(jì)80年代開始，我國就對特高壓交流輸電技術(shù)進(jìn)行初步研究。但由于當(dāng)時(shí)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(lán)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(shí)間。“當(dāng)時(shí)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(shí)的電幾乎等同于電燈，家家戶戶的抽屜里都會(huì)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(kuò)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(shí)，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(gè)省拉閘限電，經(jīng)濟(jì)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(jì)好了，用電量大幅提升，電網(wǎng)建設(shè)也進(jìn)入了一個(gè)新的發(fā)展時(shí)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(qiáng)電網(wǎng)建設(shè)并大力引進(jìn)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(yùn)，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(shí)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(dòng)工興建。

500千伏葛南線是我國第一條投入商業(yè)運(yùn)行的大容量遠(yuǎn)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(yùn)，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(shí)受理客戶故障報(bào)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(dá)到200起，用電高峰時(shí)期可達(dá)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(rèn)為，我國是一次能源和電力負(fù)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(fù)荷中心。它們之間的距離遠(yuǎn)達(dá)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(jì)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(shí)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)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(shí)用技術(shù)和研究工作，也必須與電壓等級的論證同步進(jìn)行。

早在上個(gè)世紀(jì)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(jì)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(yàn)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(biāo)準(zhǔn)規(guī)范也沒有。

1984年8月2日，一場驚心動(dòng)魄的試驗(yàn)改變了現(xiàn)狀。當(dāng)天，武高所空曠的試驗(yàn)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(jìn)吊籃升空，完成了1150千伏的人體帶電試驗(yàn)。首次人體帶電試驗(yàn)的成功，促進(jìn)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(yùn)輸困難的一條重要途徑》中提出，在鐵路、公路運(yùn)力緊張的情況下，如何解決晉煤、陜煤等外運(yùn)問題，并建議發(fā)展特高壓電網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)火電外送。

無人機(jī)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(jiān)強(qiáng)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(gè)行業(yè)組織和咨詢機(jī)構(gòu)、8所高等院校、100多家工程設(shè)計(jì)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(yàn)示范工程項(xiàng)目。2009年1月8日，1000千伏晉東南—南陽—荊門特高壓交流試驗(yàn)示范工程建成投運(yùn)。這個(gè)全世界矚目的特高壓橫空出世，讓中國成為世界上第一個(gè)商業(yè)化運(yùn)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(diǎn)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(dòng)脈，滇西北直流工程每年可向廣東輸送電量約200億千瓦時(shí)，建成后能滿足深圳全年用電量的四分之一。動(dòng)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(diǎn)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(yùn)送這顆“心臟”，需要30多個(gè)“鏢師”押運(yùn)，從江蘇出發(fā)，經(jīng)歷河運(yùn)、海運(yùn)、火車、公路輾轉(zhuǎn)4000多公里走上整整一個(gè)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(gè)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(xiàng)嚴(yán)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(diǎn)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(xiǎn)，工程師們甚至要爬進(jìn)直徑不到50厘米的金屬管里檢查里面是否有毛刺。

兩個(gè)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(xì)如發(fā)絲的特高壓電線，實(shí)際直徑有3.6厘米粗，一根1000米長的電線，重量達(dá)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(gè)人駕駛動(dòng)力傘，帶上導(dǎo)引繩，從這座鐵塔飛到對面。“這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(xiǎn)。”

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(jī)，牽引最小的細(xì)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(jìn)將越來越粗的繩子牽引過去，最終，重達(dá)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(dòng)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(jì)，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(jià)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(dòng)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(dá)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(dòng)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(gè)，每年拉動(dòng)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(gè)個(gè)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(gè)省，就和德國全國的用電量相當(dāng)。

2018年江蘇用電負(fù)荷連續(xù)破億時(shí)，來自西南、華北的電由多條特高壓線路送到江蘇，最高的時(shí)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(shí)，更是為中國成為全球制造中心，提供了源源不斷的動(dòng)力。

時(shí)至今日，中國特高壓輸電技術(shù)在全世界是獨(dú)一份，哪個(gè)國家想建特高壓，都得跟中國聯(lián)系，而且技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，全世界都在用中國標(biāo)準(zhǔn)。就拿巴西歷史上第二大水電站“美麗山”項(xiàng)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(xiàng)國家標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)組成的特高壓輸電技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系，讓中國在國際電工標(biāo)準(zhǔn)領(lǐng)域的話語權(quán)顯著提升。由此推動(dòng)成立的國際特高壓直流和交流輸電技術(shù)委員會(huì)，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(gè)產(chǎn)業(yè)鏈。

當(dāng)時(shí)，±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(shí)力的玩家。以特高壓三強(qiáng)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(dòng)，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(shí)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(fèi)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(xiàng)重要內(nèi)容。2016年，特高壓輸電作為“十三五”規(guī)劃重大項(xiàng)目，寫進(jìn)政府工作報(bào)告。2017年，中國的水電、風(fēng)電、太陽能發(fā)電裝機(jī)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(xiàng)國家標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)組成的特高壓輸電技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系，讓中國在國際電工標(biāo)準(zhǔn)領(lǐng)域的話語權(quán)顯著提升。