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我國(guó)特高壓輸電技術(shù)的發(fā)展，一直與爭(zhēng)議相伴。從一開(kāi)始對(duì)“特高壓輸電安全性、經(jīng)濟(jì)性”及“相關(guān)電工裝備國(guó)產(chǎn)化能力”的質(zhì)疑，到今天主要聚焦于特高壓交流、直流優(yōu)劣之辯，從未完全止歇。仍在持續(xù)中的特高壓交、直流之爭(zhēng)，其實(shí)質(zhì)是電網(wǎng)發(fā)展技術(shù)路線(xiàn)之爭(zhēng)，關(guān)系到我國(guó)電網(wǎng)發(fā)展的大方向，理應(yīng)嚴(yán)謹(jǐn)而審慎地看待。
交、直流輸電技術(shù)的前世今生
其實(shí)，早在19世紀(jì)末，科學(xué)界就曾上演過(guò)一場(chǎng)“交、直流之爭(zhēng)”。
當(dāng)時(shí)，圍繞使用交流輸電還是直流輸電，科學(xué)家劃分為截然不同的兩派：美國(guó)發(fā)明家愛(ài)迪生、英國(guó)物理學(xué)家開(kāi)爾文都極力主張采用直流輸電；而美國(guó)發(fā)明家威斯汀豪斯和英國(guó)物理學(xué)家費(fèi)朗蒂則主張采用交流輸電。爭(zhēng)論的結(jié)果是，交流輸電以其組網(wǎng)和便捷的升壓優(yōu)勢(shì)，成為電力系統(tǒng)大發(fā)展的起點(diǎn)。
如今，電力技術(shù)經(jīng)過(guò)100多年發(fā)展，已同當(dāng)年不可同日而語(yǔ)，而直流輸電的優(yōu)勢(shì)也并未被忽視。中國(guó)工程院院士李國(guó)杰如此分析個(gè)中原因：“大功率電力電子技術(shù)的發(fā)展與成熟，使得直流輸電受到青睞，遠(yuǎn)距離大功率輸送促使直流輸電進(jìn)一步發(fā)展，直流輸電系統(tǒng)還提高了電力系統(tǒng)抗故障的能力，無(wú)需進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償，同樣電壓等級(jí)的直流輸電能輸送更大功率，損耗小。”目前，世界各國(guó)幾乎都采用了大范圍交直流混合電網(wǎng)技術(shù)。隨著電壓等級(jí)從10千伏、110千伏到500千伏，再到1000千伏的不斷升高，電網(wǎng)規(guī)模也在不斷擴(kuò)大，相應(yīng)的交、直流輸電技術(shù)始終同步發(fā)展，在工程應(yīng)用上也實(shí)現(xiàn)了高度融合。
“直達(dá)航班”和“公路交通網(wǎng)”只能互補(bǔ)，不能互代
今天的交、直流之爭(zhēng)中，面對(duì)質(zhì)疑的一方，變成了交流輸電技術(shù)。反對(duì)者最初從特高壓交流輸電技術(shù)是否安全入手，以戰(zhàn)爭(zhēng)時(shí)易被石墨炸彈摧毀為由，反對(duì)特高壓交流輸電。但是，“這一論據(jù)顯然經(jīng)不住推敲”，國(guó)家能源局原局長(zhǎng)、國(guó)家能源委員會(huì)委員張國(guó)寶解釋說(shuō)：“石墨炸彈是沒(méi)有選擇性的，無(wú)論是500千伏還是1000千伏，無(wú)論是交流、還是直流，其原理都是掛在導(dǎo)線(xiàn)上造成短路故障，影響是一樣的。”其后，爭(zhēng)論的焦點(diǎn)又被引向國(guó)家電網(wǎng)規(guī)劃中的“三華”（華北、華中、華東）特高壓交流同步電網(wǎng)：規(guī)模太大是否安全？該不該建設(shè)？對(duì)此，張國(guó)寶認(rèn)為：“事實(shí)上，2009年初建成的晉東南—南陽(yáng)—荊門(mén)1000千伏特高壓交流試驗(yàn)示范工程，已將華北、華中電網(wǎng)連接成一個(gè)同步大電網(wǎng)，自投運(yùn)以來(lái)一直保持安全穩(wěn)定運(yùn)行，并沒(méi)有出現(xiàn)反對(duì)者擔(dān)心的安全問(wèn)題。”他同時(shí)表示，這項(xiàng)工程使得華北、華中兩大電網(wǎng)實(shí)現(xiàn)了水電、火電互補(bǔ)，夏季南方豐水，使華中地區(qū)水電得以滿(mǎn)發(fā)，向華北送電。他為此還專(zhuān)程前往國(guó)家電力調(diào)度中心現(xiàn)場(chǎng)求證。
中國(guó)科學(xué)院院士、中國(guó)電科院(300215,股吧)研究員周孝信指出，直流輸電和交流輸電只能互補(bǔ)，不能互相取代。他介紹，直流輸電只具有輸電功能、不能形成網(wǎng)絡(luò)，類(lèi)似于“直達(dá)航班”，中間不能落點(diǎn)，定位于超遠(yuǎn)距離、超大容量“點(diǎn)對(duì)點(diǎn)”輸電。直流輸電可以減少或避免大量過(guò)網(wǎng)潮流，潮流方向和大小均能方便地進(jìn)行控制。但高壓直流輸電必須依附于堅(jiān)強(qiáng)的交流電網(wǎng)才能發(fā)揮作用。
交流輸電則具有輸電和構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)雙重功能，類(lèi)似于“公路交通網(wǎng)”，可以根據(jù)電源分布、負(fù)荷布點(diǎn)、輸送電力、電力交換等實(shí)際需要構(gòu)成電網(wǎng)。中間可以落點(diǎn)，電力的接入、傳輸和消納十分靈活，定位于構(gòu)建堅(jiān)強(qiáng)的各級(jí)輸電網(wǎng)絡(luò)和經(jīng)濟(jì)距離下的大容量、遠(yuǎn)距離輸電，廣泛應(yīng)用于電源的送出，為直流輸電提供重要支撐。
中國(guó)工程院院士、國(guó)網(wǎng)電科院研究員薛禹勝告訴記者：“電網(wǎng)的發(fā)展不可能單純依靠直流輸電，也不可能單純依靠交流輸電，而是需要構(gòu)建交流、直流相互支撐的堅(jiān)強(qiáng)電網(wǎng)。”他認(rèn)為，無(wú)論從技術(shù)、安全還是經(jīng)濟(jì)的角度，構(gòu)建交直流混合電網(wǎng)，才能充分發(fā)揮各自功能和優(yōu)勢(shì)。“這已成為電網(wǎng)發(fā)展的基本規(guī)律和共識(shí)。”
“不能說(shuō)我們今天的電網(wǎng)就是最完美、再?zèng)]有發(fā)展余地的電網(wǎng)了”，張國(guó)寶展望：“未來(lái)能夠保證安全的同步電網(wǎng)也許會(huì)更大。”
如今的特高壓，可能只是未來(lái)的尋常電壓等級(jí)
周孝信介紹，人類(lèi)發(fā)現(xiàn)并使用電力以來(lái)，對(duì)于電力的需求一直以幾何級(jí)數(shù)增長(zhǎng)，與此相應(yīng)，世界電網(wǎng)也經(jīng)歷了電壓等級(jí)由低到高、聯(lián)網(wǎng)規(guī)模由小到大、資源配置能力由弱到強(qiáng)的發(fā)展歷程。1891年，世界上第一條高壓輸電線(xiàn)路誕生時(shí)，電壓只有13.8千伏；到1935年，美國(guó)將電壓提高到275千伏，人類(lèi)社會(huì)第一次出現(xiàn)了超高壓線(xiàn)路；1959年，前蘇聯(lián)建成世界上第一條500千伏輸電線(xiàn)路；1969年，美國(guó)建成了765千伏超高壓輸電線(xiàn)路。直到2009年，以我國(guó)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的1000千伏特高壓交流工程投運(yùn)為契機(jī)，世界電網(wǎng)邁入特高壓時(shí)代。
“但這肯定不是終點(diǎn)”，他說(shuō)，更高電壓等級(jí)的出現(xiàn)，是電力技術(shù)不斷發(fā)展的產(chǎn)物，也是經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展催生的必然結(jié)果。“未來(lái)可能還會(huì)出現(xiàn)"特特高壓"。交流1000千伏、直流±800千伏、±1100千伏，在未來(lái)可能只是一些尋常的電壓等級(jí)，就像我們現(xiàn)在看待110千伏、220千伏一樣”。
特高壓輸電就像是“電力高速路”，具有輸電容量大、輸送距離遠(yuǎn)、覆蓋范圍廣的特點(diǎn)和能耗低、占地少的顯著優(yōu)勢(shì)。中國(guó)工程院院士、中國(guó)電科院院長(zhǎng)郭劍波如此解讀特高壓電網(wǎng)：“隨著特高壓交直流輸電技術(shù)的全面推廣應(yīng)用，電網(wǎng)不僅是傳統(tǒng)意義上的電能輸送載體，還是功能強(qiáng)大的能源轉(zhuǎn)換、高效配置和互動(dòng)服務(wù)平臺(tái)。通過(guò)這個(gè)平臺(tái)，煤炭、水能、風(fēng)能、太陽(yáng)能、核能、生物質(zhì)能、潮汐能等一次能源能夠轉(zhuǎn)換為電能，實(shí)現(xiàn)多能互補(bǔ)、協(xié)調(diào)開(kāi)發(fā)、合理利用；能夠連接大型能源基地和負(fù)荷中心，實(shí)現(xiàn)電力遠(yuǎn)距離、大規(guī)模、高效率輸送，在更大范圍內(nèi)優(yōu)化能源配置；能夠與互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、智能移動(dòng)終端等相互融合，滿(mǎn)足客戶(hù)多樣化需求，實(shí)現(xiàn)安全、高效、清潔的能源發(fā)展目標(biāo)。”
特高壓路徑依賴(lài)由“逆向分布”現(xiàn)實(shí)決定
這樣一項(xiàng)具有顯著優(yōu)勢(shì)的技術(shù)，為什么在我國(guó)、而非其他國(guó)家率先落地？
浙江大學(xué)電氣工程學(xué)院副院長(zhǎng)韋巍分析，我國(guó)一次能源基地和用電負(fù)荷中心呈“逆向分布”：76%的煤炭資源在北部和西北部，80%的水能資源在西南部，90%的陸地風(fēng)能主要集中在西北、東北和華北北部，太陽(yáng)能年日照超過(guò)3000小時(shí)地區(qū)主要在西藏、青海、甘肅、寧夏、新疆等西部省區(qū)；而70%以上能源需求在東中部，距離一般在800－3000公里。這就迫切要求電力實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)高效的大規(guī)模送出和大范圍消納。“建設(shè)特高壓電網(wǎng)，就是為了滿(mǎn)足大規(guī)模、遠(yuǎn)距離、高效率電力輸送，保障能源供應(yīng)。這是我國(guó)為建設(shè)生態(tài)文明社會(huì)而進(jìn)行的最好實(shí)踐。”
“根據(jù)我國(guó)能源分布與消耗的區(qū)域特點(diǎn)，未來(lái)能源的流向是北部煤電、西南水電向華北、華中、華東等地區(qū)輸送。特高壓電網(wǎng)的建設(shè)有利于能源資源的優(yōu)化配置，也有利于西部地區(qū)將資源優(yōu)勢(shì)轉(zhuǎn)化為經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)。”東南大學(xué)電氣工程學(xué)院院長(zhǎng)黃學(xué)良表示。
中國(guó)西電集團(tuán)公司副總工程師宓傳龍認(rèn)為，“伴隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展和能源電力需求的迅猛增長(zhǎng)，特高壓交直流電網(wǎng)的發(fā)展已由基礎(chǔ)技術(shù)研究、設(shè)備研制、工程示范步入建設(shè)實(shí)施階段，特高壓電網(wǎng)承擔(dān)起將西北、東北、蒙西、川西、西藏及境外電力輸送至我國(guó)東中部地區(qū)負(fù)荷中心的重要職能，為能源安全提供了有力支撐。”
目前，我國(guó)已建成投運(yùn)”兩交兩直“特高壓工程，并一直保持安全穩(wěn)定運(yùn)行，全面驗(yàn)證了特高壓輸電的可行性和成熟度。基于特高壓技術(shù)的跨國(guó)、跨洲能源輸送和電網(wǎng)互聯(lián)的建設(shè)，也成為全球范圍內(nèi)解決能源問(wèn)題的長(zhǎng)遠(yuǎn)之策。國(guó)網(wǎng)北京經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院院長(zhǎng)劉開(kāi)俊透露，“除我國(guó)外，印度、巴西、南非、俄羅斯等都在積極發(fā)展特高壓。”
特高壓直流“萬(wàn)噸輪”需停靠特高壓交流“深水港”
交流電網(wǎng)的電力交換能力應(yīng)該與直流的容量相互匹配，才能使交流電網(wǎng)具有安全承接直流故障后潮流轉(zhuǎn)移的能力，500千伏交流電網(wǎng)與500千伏直流是相互匹配的，特高壓直流與特高壓交流也是匹配的。“如果將500千伏直流比作大型船只，那么特高壓直流就是萬(wàn)噸巨輪，需要停靠安全、穩(wěn)固的深水港，這個(gè)深水港就是特高壓交流電網(wǎng)”。郭劍波這樣描述特高壓交流與直流電網(wǎng)間的關(guān)系。
按照國(guó)家能源規(guī)劃，加快推進(jìn)國(guó)家綜合能源基地建設(shè)，通過(guò)加大西電東送、北電南送輸電規(guī)模，在更大范圍內(nèi)配置電力資源，解決電力發(fā)展中存在的生態(tài)環(huán)境日益惡化、能源供應(yīng)成本持續(xù)上漲和煤電運(yùn)持續(xù)緊張的矛盾。這是世界其他國(guó)家不曾遇到過(guò)的，而解決問(wèn)題的關(guān)鍵，則是構(gòu)建“強(qiáng)交強(qiáng)直”的特高壓輸電網(wǎng)絡(luò)。
我國(guó)鄂爾多斯盆地、蒙西、山西等能源基地距離負(fù)荷中心相對(duì)較近，宜通過(guò)特高壓交直流輸送，既兼顧近區(qū)京津冀魯用電需求，又能滿(mǎn)足華東、華中用電需要。新疆、蒙東、西南等能源基地相對(duì)較遠(yuǎn)，適宜通過(guò)特高壓直流輸送。
參與分析論證的華北電力大學(xué)教授曾鳴告訴記者，通過(guò)大量仿真分析計(jì)算，對(duì)多種電網(wǎng)規(guī)劃方案進(jìn)行了的詳細(xì)、全面對(duì)比研究，專(zhuān)家得出了“三華”特高壓同步電網(wǎng)即所需要的“合理的電網(wǎng)結(jié)構(gòu)”的結(jié)論，使直流集中饋入規(guī)模趨于合理，提高了交流電網(wǎng)的支撐能力。構(gòu)建“強(qiáng)交強(qiáng)直”輸電格局，既能發(fā)揮直流遠(yuǎn)距離輸電優(yōu)勢(shì)，又可確保電網(wǎng)的安全可靠、經(jīng)濟(jì)高效運(yùn)行。
目前，隨著特高壓直流輸電工程的陸續(xù)開(kāi)工和投產(chǎn)，長(zhǎng)三角地區(qū)500千伏電網(wǎng)短路電流超標(biāo)的風(fēng)險(xiǎn)已經(jīng)顯現(xiàn)，現(xiàn)有500千伏交流電網(wǎng)與特高壓直流不匹配的問(wèn)題，將隨著特高壓直流工程的滿(mǎn)載運(yùn)行而變成現(xiàn)實(shí)，而由于相應(yīng)的特高壓交流工程遲遲不落實(shí)，使電網(wǎng)技術(shù)和運(yùn)行人員對(duì)如何避免“強(qiáng)直流、弱交流”可能引發(fā)的連鎖反應(yīng)而憂(yōu)心忡忡。加快建設(shè)特高壓交流主網(wǎng)架，構(gòu)建堅(jiān)強(qiáng)合理的華東受端電網(wǎng)，已成為當(dāng)前電網(wǎng)發(fā)展的當(dāng)務(wù)之急。
憑借成功研制和應(yīng)用特高壓交直流輸電技術(shù)，“毫無(wú)爭(zhēng)議，中國(guó)是這一領(lǐng)域的領(lǐng)導(dǎo)者。”意大利電力電工技術(shù)實(shí)驗(yàn)研究中心高級(jí)顧問(wèn)亞歷山大˙克萊里西，在2013年國(guó)際智能電網(wǎng)論壇上作出了這樣的評(píng)價(jià)。當(dāng)時(shí)，國(guó)際電工委員會(huì)主席克勞斯˙武赫德?tīng)柮鎸?duì)眾多國(guó)際媒體表示：“中國(guó)的特高壓輸電技術(shù)在世界上處于領(lǐng)先水平，這種能夠減少長(zhǎng)距離輸電損耗的技術(shù)，在世界其他地區(qū)也將有廣泛的應(yīng)用前景。中國(guó)成功地實(shí)現(xiàn)了特高壓輸電，全世界都對(duì)此給予了積極評(píng)價(jià)，有了這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，世界上其他國(guó)家就可以在此基礎(chǔ)上繼續(xù)發(fā)展，將特高壓技術(shù)投入到應(yīng)用中。”