中國的超級項目—特高壓電網(wǎng) | |
工程總投資：大于15000億元 工程期限：2006年——2015年
“特高壓電網(wǎng)”，指1000千伏的交流或±800千伏的直流電網(wǎng)。輸電電壓一般分高壓、超高壓和特高壓。國際上，高壓(HV)通常指35~220kV的電壓；超高壓(EHV)通常指330kV及以上、1000kV以下的電壓；特高壓(UHV)指1000kV及以上的電壓。高壓直流(HVDC)通常指的是1 600kV及以下的直流輸電電壓，±800 kV以上的電壓稱為特高壓直流輸電(UHVDC)。 目前，中國的長距離輸電和世界其他國家一樣，主要用500千伏的交流電網(wǎng)，從世界范圍看，俄羅斯、日本、意大利都曾經(jīng)建設(shè)過特高壓試驗線段，但是這些試驗線段距離都比較短，到目前為止，國外并沒有1000千伏交流線路在長距離運行。拿它和我國現(xiàn)有主要以500千伏交流和正負(fù)500千伏直流系統(tǒng)為主要的電網(wǎng)相比較，前者如同高速公路，后者如同普通快速路，兩者在流量、流速、經(jīng)濟性等方面均不可同日而語。 目前，我國超高壓輸電線路以220千伏、330千伏、500千伏交流輸電和500千伏直流輸電線路為骨干網(wǎng)架。全國已經(jīng)形成5個區(qū)域電網(wǎng)和南方電網(wǎng)。其中：華東、華北、華中、東北4個區(qū)域電網(wǎng)和南方電網(wǎng)已經(jīng)形成了500千伏的主網(wǎng)架，西北電網(wǎng)在330千伏網(wǎng)架的基礎(chǔ)上，正在建設(shè)750千伏網(wǎng)架。但是，由于我國電網(wǎng)跨區(qū)域輸電主要依靠500千伏交流和正負(fù)500千伏直流，在提高電力輸送能力方面受到技術(shù)、環(huán)保、土地資源等多方面的制約。 而特高壓電網(wǎng)能夠適應(yīng)東西2000至3000公里，南北800至2000公里遠(yuǎn)距離大容量電力輸送需求，有利于大煤電基地、大水電基地和大型核電站群的開發(fā)和電力外送。第一條由集團公司西北電力設(shè)計院承擔(dān)設(shè)計工作的750千伏的官廳至蘭州東輸變電工程截至今年運行安全穩(wěn)定，為規(guī)劃中的國家特高壓電網(wǎng)打下堅實基礎(chǔ)。 特高壓輸電“十二五”規(guī)劃 國家電網(wǎng)公司在“十二五”規(guī)劃中提出，今后我國將建設(shè)聯(lián)接大型能源基地與主要負(fù)荷中心的“三縱三橫”特高壓骨干網(wǎng)架和13項直流輸電工程（其中特高壓直流10項），形成大規(guī)?！拔麟姈|送”、“北電南送”的能源配置格局。到2015年，基本建成以特高壓電網(wǎng)為骨干網(wǎng)架、各級電網(wǎng)協(xié)調(diào)發(fā)展，具有信息化、自動化、互動化特征的堅強智能電網(wǎng)，形成“三華”（華北、華中、華東）、西北、東北三大同步電網(wǎng)，使國家電網(wǎng)的資源配置能力、經(jīng)濟運行效率、安全水平、科技水平和智能化水平得到全面提升。
建設(shè)必要性 最大特點就是可以長距離、大容量、低損耗輸送電力。據(jù)測算，1000千伏交流特高壓輸電線路的輸電能力超過500萬千瓦，接近500千伏超高壓交流輸電線路的5倍。±800千伏直流特高壓的輸電能力達到700萬千瓦，是±500千伏超高壓直流線路輸電能力的2.4倍。 我國76%的煤炭資源分布在北部和西北部；80%的水能資源分布在西南部；絕大部分陸地風(fēng)能、太陽能資源分布在西北部。同時，70%以上的能源需求卻集中在東中部。能源基地與負(fù)荷中心的距離在1000到3000公里。 在負(fù)荷中心區(qū)大規(guī)模展開電源建設(shè)顯然會受到種種制約。比如煤炭運輸問題、環(huán)境容量問題等等。而且，建設(shè)火電還可以靠煤炭運輸，而水電、風(fēng)電由于不可能把水和風(fēng)像煤那樣運輸，因此就更是無法實現(xiàn)。一邊是無法大規(guī)模建設(shè)電源點，一邊又守著水能、風(fēng)能等寶貴的清潔能源望洋興嘆，可見在負(fù)荷中心大規(guī)模開展電源建設(shè)這條思路是不可行的。 首先從資源優(yōu)化配置來看，隨著我國能源戰(zhàn)略西移，大型能源基地與能源消費中心的距離越來越遠(yuǎn)，能源輸送的規(guī)模也將越來越大。在傳統(tǒng)的鐵路、公路、航運、管道等運輸方式的基礎(chǔ)上，提高電網(wǎng)運輸能力，也是緩解運輸壓力的一種選擇。以目前已經(jīng)投運的1000千伏特高壓示范工程為例，目前每天可以送電200萬千瓦，改造后可以達到500萬千瓦，這相當(dāng)于每天從山西往湖北輸送原煤2.5萬噸—6萬噸。湖北媒體說，這相當(dāng)于給湖北“送”來了一個葛洲壩電站。 再看經(jīng)濟效益，目前西部、北部地區(qū)電煤價格為200元/噸標(biāo)準(zhǔn)煤。將煤炭從當(dāng)?shù)匮b車，經(jīng)過公路、鐵路運輸?shù)?/span>秦皇島港，再通過海運、公路運輸?shù)?/span>華東地區(qū)，電煤價格則增至1000多元/噸標(biāo)準(zhǔn)煤。折算后每千瓦時電僅燃料成本就達到0.3元左右。而在煤炭產(chǎn)區(qū)建坑口電站，燃料成本僅0.09元/千瓦時。坑口電站的電力通過特高壓輸送到中東部負(fù)荷中心，除去輸電環(huán)節(jié)的費用后，到網(wǎng)電價仍低于當(dāng)?shù)孛弘娖骄暇W(wǎng)電價0.06—0.13元/千瓦時。 特高壓更是清潔能源大發(fā)展的必要支撐。只有特高壓才能夠解決清潔能源發(fā)電大范圍消納的問題。前一段時間，內(nèi)蒙古風(fēng)電“曬太陽”送不出的問題廣受關(guān)注。事實上，我國風(fēng)電主要集中在“三北”地區(qū)，當(dāng)?shù)叵{空間非常有限。風(fēng)電的進一步發(fā)展，客觀上需要擴大風(fēng)電消納范圍，大風(fēng)電必須融入大電網(wǎng)，堅強的大電網(wǎng)能夠顯著提高風(fēng)電消納能力。特高壓電網(wǎng)將構(gòu)成我國大容量、遠(yuǎn)距離的能源輸送通道。據(jù)測算，如果風(fēng)電僅在省內(nèi)消納，2020年全國可開發(fā)的風(fēng)電規(guī)模約5000萬千瓦。而通過特高壓跨區(qū)聯(lián)網(wǎng)輸送擴大清潔能源的消納能力，全國風(fēng)電開發(fā)規(guī)模則可達1億千瓦以上。 建設(shè)意義 特高壓電網(wǎng)的優(yōu)勢 第一，帶動科技創(chuàng)新發(fā)展特高壓作為重大的科技創(chuàng)新工程，在提出構(gòu)想、全面啟動之初，該公司就投巨資建成了國際一流的特高壓交流、直流、高海拔、工程力學(xué)四個試驗基地和大電網(wǎng)仿真、直流成套設(shè)計兩個研發(fā)中心，形成了功能齊全、綜合指標(biāo)居世界領(lǐng)先水平的大電網(wǎng)實驗研究體系。幾年間，國家電網(wǎng)公司圍繞特高壓項目，完成了310項重大關(guān)鍵技術(shù)研究，解決了過電壓與絕緣配合、外絕緣設(shè)計、電磁環(huán)境控制、系統(tǒng)集成、大電網(wǎng)安全運行控制等多個世界難題，逐步掌握了特高壓輸電的關(guān)鍵核心技術(shù)，并在實驗工程中得到了成功應(yīng)用。 第二，特高壓建設(shè)對國內(nèi)設(shè)備制造業(yè)的帶動作用更是明顯。國內(nèi)三大特高壓實驗工程所用設(shè)備幾乎全部由國內(nèi)企業(yè)提供，工程國產(chǎn)化率達到約95%，設(shè)備國產(chǎn)化率達到約91%。通過實驗工程，國內(nèi)設(shè)備制造企業(yè)得到鍛煉，科技研發(fā)實力大大提高。比如南通神馬電力科技有限公司，成功攻克了特高壓絕緣子的世界難題。公司董事長馬斌說，我們投入近億元研發(fā)的國際首創(chuàng)的特高壓1000千伏空心復(fù)合絕緣子性能達到國際領(lǐng)先水平，而價格僅為國外產(chǎn)品的1/3。 研究表明，1000千伏交流線路自然輸送功率約為500千伏線路的5倍。同等條件下，1000千伏交流線路的電阻損耗僅為500千伏線路的1/4，單位輸送容量走廊寬度僅為500千伏線路的1/3，單位輸送容量綜合造價不足500千伏輸電方案的3/4。 1000千伏特高壓交流輸電線路輸送功率約為500千伏線路的４至５倍；正負(fù)８００千伏直流特高壓輸電能力是正負(fù)５００千伏線路的兩倍多。同時，特高壓交流線路在輸送相同功率的情況下，可將最遠(yuǎn)送電距離延長３倍，而損耗只有５００千伏線路的２５％至４０％。輸送同樣的功率，采用１０００千伏線路輸電與采用５００千伏的線路相比，可節(jié)?。叮埃サ耐恋刭Y源。到２０２０年前后，國家電網(wǎng)特高壓骨干網(wǎng)架基本形成，國家電網(wǎng)跨區(qū)輸送容量將超過２億千瓦，占全國總裝機容量的２０％以上。屆時，從周邊國家向中國遠(yuǎn)距離、大容量跨國輸電將成為可能。
對于特高壓電網(wǎng)的經(jīng)濟性，專家分析：到２０２０年，通過特高壓可以減少裝機容量約２０００萬千瓦，節(jié)約電源建設(shè)投資約８２３億元；每年可減少發(fā)電煤耗2000萬噸。北電南送的火電容量可以達到５５００萬千瓦，同各區(qū)域電網(wǎng)單獨運行相比，年燃煤成本約降低２４０億元。
特高壓電網(wǎng)的技術(shù)難點
對于交流特高壓而言，目前主要有兩大技術(shù)攻關(guān)重點：一是制造出可調(diào)的并聯(lián)電抗器，二是研制1000千伏電壓等級的雙斷口斷路器。目前這兩個關(guān)鍵技術(shù)問題已經(jīng)基本解決。對于直流特高壓電網(wǎng)而言，其技術(shù)攻關(guān)關(guān)鍵是開發(fā)6英寸晶閘管。目前，日本已經(jīng)研制出了6英寸晶閘管，我國在研制6英寸晶閘管方面也已經(jīng)具備了一定的基礎(chǔ)。我國晉東南—南陽—荊門的特高壓交流試驗示范工程的意義在于：它將真正實現(xiàn)全電壓、滿容量、長距離輸電。 此外，對于我國電網(wǎng)設(shè)備制造業(yè)而言，中國建設(shè)特高壓電網(wǎng)對我國民族工業(yè)無疑是一個巨大的推動。中國從2006年開始要發(fā)展特高壓電網(wǎng)，表明中國已經(jīng)有勇氣解決特高壓這一世界性的難題。 2006年8月9日，國家發(fā)展改革委員會印發(fā)《關(guān)于晉東南至荊門特高壓交流試驗示范工程項目核準(zhǔn)的批復(fù)》（發(fā)改能源[2006]1585號），正式核準(zhǔn)了晉東南經(jīng)南陽至荊門特高壓交流試驗示范工程。據(jù)國家電網(wǎng)公司報道，該特高壓線路，全長654公里，申報造價58.57億元，動態(tài)投資200億元。起于山西省長治變電站，經(jīng)河南省南陽開關(guān)站，止于湖北省荊門變電站，聯(lián)接華北、華中電網(wǎng)，將于2008年建成后進行商業(yè)化運營。如在全國全面推開，未來投資4060多億元，配套動態(tài)投資將達8000多億元，總投資相當(dāng)于3到4個長江三峽工程項目。這一巨額工程，并未納入國家“十一五”規(guī)劃綱要。 2006年8月19日－26日，特高壓試驗工程分別在山西長治、河南南陽和湖北荊門三地盛大奠基。10月30日，國家電網(wǎng)公司在山西、河南、湖北四地同時召開晉東南－南陽－荊門1000千伏特高壓交流試驗工程建設(shè)誓師動員大會。
世界上已經(jīng)建成投運的交流特高壓線路 美國、前蘇聯(lián)、日本和意大利都曾建成交流特高壓試驗線路，進行了大量的交流特高壓輸電技術(shù)研究和試驗，最終只有前蘇聯(lián)和日本建設(shè)了交流特高壓線路。 1. 前蘇聯(lián)：在前期研究的基礎(chǔ)上，從1981年開始動工建設(shè)1150千伏交流特高壓線路，分別是埃基巴斯圖茲-科克契塔夫494公里，科克契塔夫-庫斯坦奈396公里。1985年8月，世界上第一條1150千伏線路?；退箞D茲-科克契塔夫在額定工作電壓下帶負(fù)荷運行，后延伸至庫斯坦奈。1992年1月1日，通過改接，哈薩克斯坦中央調(diào)度部門把1150千伏線路段電壓降至500千伏運行。在此期間，埃基巴斯圖茲-科克契塔夫線路段及兩端變電設(shè)備在額定工作電壓下運行時間達到23787小時，科克契塔夫-庫斯坦奈線路段及庫斯坦奈變電站設(shè)備在額定工作電壓下運行時間達到11379小時。從1981年到1989年，前蘇聯(lián)還陸續(xù)建成特高壓線路1500公里，總體規(guī)模達到2400公里。目前全部降壓至500千伏運行。 2. 日本：1988年秋動工建設(shè)1000千伏特高壓線路。1992年4月28日建成從西群馬開關(guān)站到東山梨變電站的西群馬干線138公里線路，1993年10月建成從柏崎刈羽核電站到西群馬開關(guān)站的南新瀉干線中49公里的特高壓線路部分，兩段特高壓線路全長187公里，目前均以500千伏電壓降壓運行。1999年完成東西走廊從南磐城開關(guān)站到東群馬開關(guān)站的南磐城干線194公里和從東群馬開關(guān)站到西群馬開關(guān)站的東群馬干線44公里的建設(shè)，兩段特高壓線路全長238公里。目前日本共建成特高壓線路426公里，由于國土狹小，日本特高壓線路全部采用雙回同桿并架方式。
國家電網(wǎng)公司 國家電網(wǎng)公司成立于2002年12月29日，是經(jīng)國務(wù)院同意進行國家授權(quán)投資的機構(gòu)和國家控股公司的試點單位。公司名列2012年《財富》世界企業(yè)500強第7位，是全球最大的公用事業(yè)企業(yè)。 公司是關(guān)系國民經(jīng)濟命脈和國家能源安全的國有重點骨干企業(yè)，承擔(dān)著保障更安全、更經(jīng)濟、更清潔、可持續(xù)的電力供應(yīng)的基本使命，經(jīng)營區(qū)域覆蓋全國26個省（自治區(qū)、直轄市），覆蓋國土面積的88%，供電人口超過11億人，公司員工超過158萬人。公司運營菲律賓國家輸電網(wǎng)和巴西7家輸電特許權(quán)公司 西安高壓電器研究所特高壓試驗大廳于2008年竣工，圖為±500kV換流閥的絕緣試驗 河北保定天威保變?yōu)槭澜缡讞l特高壓直流輸電示范工程：云南——廣東±800kV特高壓直流輸電工程承制的±800kV(HY14)特高壓換流變壓器，安裝后尺寸為26.1米長、6.405米寬、15.183米高，安裝重量為515噸，單臺價格超過5000萬元人民幣。該項工程西起云南楚雄州祿豐縣，東至廣州增城市，送電距離約1418千米，額定輸送電量500萬千瓦，動態(tài)投資高達130多億元，計劃2009年單極投運，2010年雙極投運。 世界第一個特高壓直流輸電系統(tǒng)，云廣±800kV直流輸電工程，圖為800千伏高端換流變壓器 世界第一個特高壓直流輸電系統(tǒng)，云廣±800kV直流輸電工程，圖為換流站的心臟——極II高端閥廳，高度近30米，面積相當(dāng)于半個足球場。
中國特變電工集團研制的世界第一臺1000千伏特高壓變壓器，處于世界領(lǐng)先水平。 云廣±800KV直流輸電工程楚雄換流站閥廳 2011年1月9日，在湖北武漢國網(wǎng)電力科學(xué)研究院1000KV特高壓交流試驗基地，標(biāo)稱電壓7500KV的特高壓沖擊戶外場正在進行空氣間隙放電試驗。據(jù)了解，未來5年我國將投資超過5000億元，建成“三縱三橫”特高壓交流骨干網(wǎng)架和11項特高壓直流輸電工程，特高壓輸電線路總長將達4萬公里。屆時，將把內(nèi)蒙古、陜西、河北的風(fēng)電、煤電通過三條縱向的特高壓通道送往華北、華中和華東；把北部的煤電和西南的水電，通過三條橫向特高壓通道送往華北、華中和長三角地區(qū)，在全國范圍內(nèi)保證電力供應(yīng)。 2011年1月8日，在湖北武漢國網(wǎng)電力科學(xué)研究院1000KV特高壓交流試驗基地環(huán)境氣候?qū)嶒炇?，科研人員在-20℃溫度下進行長串絕緣子覆冰試驗。 2011年1月8日，在湖北武漢國網(wǎng)電力科學(xué)研究院1000KV特高壓交流試驗基地環(huán)境氣候?qū)嶒炇遥蒲腥藛T在進行特高壓長串絕緣子融冰閃絡(luò)試驗。 2011年1月8日，在湖北武漢國網(wǎng)電力科學(xué)研究院1000KV特高壓交流試驗基地拍攝的交直流電源系統(tǒng)。 位于北京昌平的±800kv特高壓直流基地，建有世界最大的電暈籠試驗裝置。電暈籠為兩廂式，整體尺寸為70m×22m×13m（高），既可進行單極試驗，也可進行雙極試驗，與試驗線段共用電源，試驗電壓能夠達到±1200kV。電暈籠對于研究特高壓直流線路導(dǎo)線電暈特性，能夠總結(jié)出適合我國國情的分裂導(dǎo)線電暈效應(yīng)的公式，為工程設(shè)計服務(wù)。照片為電暈籠及錨塔。 2006年，特變電工湖南衡陽變壓器有限公司（衡變）研制的DFP-630MVA，1700kV風(fēng)冷試驗變壓器，該產(chǎn)品是當(dāng)時世界電壓等級最高的試驗變壓器，通過改變低壓接線方式以滿足不同試驗電壓要求。主要用于1000kV特高壓電抗器、變壓器試驗。 2010年4月11日，西電集團常州公司，研制出迄今為止，世界最高電壓等級的交流變壓器。這臺ODSP-100萬KVA，2000KV特高電壓試驗變壓器，電壓等級達到了2000KV（千伏），其容量高達1000000KVA（100萬千伏安），單臺變壓器重達714噸。其最高電壓、最大容量、單臺重量，居世界之最。 2008年11月30日，北京電力設(shè)備總廠研制的世界首臺±800千伏直流特高壓干式空心平波電抗器，通過國家電網(wǎng)公司和中國機械工業(yè)聯(lián)合會共同組織的驗收。該產(chǎn)品是特高壓電網(wǎng)主設(shè)備之一，它的研制成功，填補了世界特高壓直流輸變電尖端技術(shù)的一項空白。成功解決了線圈降噪結(jié)構(gòu)與發(fā)熱、導(dǎo)線制作、溫升與損耗計算等技術(shù)和工藝難題，產(chǎn)品擁有完全自主知識產(chǎn)權(quán)，已達到國際領(lǐng)先水平。 2011年1月9日，在湖北武漢國網(wǎng)電力科學(xué)研究院1000KV特高壓交流試驗基地，標(biāo)稱電壓7500KV的特高壓沖擊戶外場，正在進行空氣間隙放電試驗。 | |
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