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交流還是直流:特高壓電網(wǎng)的“兩條路線”之爭

DQZHAN訊:交流還是直流:特高壓電網(wǎng)的“兩條路線”之爭
我國特高壓輸電技術(shù)的發(fā)展,一直與爭議相伴。從一開始對“特高壓輸電**性、經(jīng)濟(jì)性”及“相關(guān)電工裝備國產(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,其實(shí)質(zhì)是電網(wǎng)發(fā)展技術(shù)路線之爭,關(guān)系到我國電網(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)界就曾上演過一場“交、直流之爭”。
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:美國發(fā)明家愛迪生、英國物理學(xué)家開爾文都極力主張采用直流輸電;而美國發(fā)明家威斯汀豪斯和英國物理學(xué)家費(fèi)朗蒂則主張采用交流輸電。爭論的結(jié)果是,交流輸電以其組網(wǎng)和便捷的升壓優(yōu)勢,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100多年發(fā)展,已同當(dāng)年不可同日而語,而直流輸電的優(yōu)勢也并未被忽視。中國工程院院士李國杰如此分析個(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,無需進(jìn)行無功補(bǔ)償,同樣電壓等級的直流輸電能輸送更大功率,損耗小。”目前,世界各國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、直流之爭中,面對質(zhì)疑的一方,變成了交流輸電技術(shù)。反對者*初從特高壓交流輸電技術(shù)是否**入手,以戰(zhàn)爭時(shí)易被石墨炸彈摧毀為由,反對特高壓交流輸電。但是,“這一論據(jù)顯然經(jīng)不住推敲”,國家能源局原局長、國家能源委員會委員張國寶解釋說:“石墨炸彈是沒有選擇性的,無論是500千伏還是1000千伏,無論是交流、還是直流,其原理都是掛在導(dǎo)線上造成短路故障,影響是一樣的。”其后,爭論的焦點(diǎn)又被引向國家電網(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**?該不該建設(shè)?對此,張國寶認(rèn)為:“事實(shí)上,2009年初建成的晉東南—南陽—荊門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)以來一直保持**穩(wěn)定運(yùn)行,并沒有出現(xiàn)反對者擔(dān)心的**問題。”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)水電得以滿發(fā),向華北送電。他為此還專程前往國家電力調(diào)度中心現(xiàn)場求證。
中國科學(xué)院院士、中國電科院(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)對點(diǎn)”輸電。直流輸電可以減少或避免大量過網(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。
中國工程院院士、國網(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,無論從技術(shù)、**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。“這已成為電網(wǎng)發(fā)展的基本規(guī)律和共識。”
“不能說我們今天的電網(wǎng)就是***、再沒有發(fā)展余地的電網(wǎng)了”,張國寶展望:“未來能夠保證**的同步電網(wǎng)也許會更大。”
如今的特高壓,可能只是未來的尋常電壓等級
周孝信介紹,人類發(fā)現(xiàn)并使用電力以來,對于電力的需求一直以幾何級數(shù)增長,與此相應(yīng),世界電網(wǎng)也經(jīng)歷了電壓等級由低到高、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**條高壓輸電線路誕生時(shí),電壓只有13.8千伏;到1935年,美國將電壓提高到275千伏,人類社會**次出現(xiàn)了超高壓線路;1959年,前蘇聯(lián)建成世界上**條500千伏輸電線路;1969年,美國建成了765千伏超高壓輸電線路。直到2009年,以我國自主知識產(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,更高電壓等級的出現(xiàn),是電力技術(shù)不斷發(fā)展的產(chǎn)物,也是經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展催生的必然結(jié)果。“未來可能還會出現(xiàn)"特特高壓"。交流1000千伏、直流±800千伏、±1100千伏,在未來可能只是一些尋常的電壓等級,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。中國工程院院士、中國電科院院長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**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、高效配置和互動服務(wù)平臺。通過這個(gè)平臺,煤炭、水能、風(fēng)能、太陽能、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)、智能移動終端等相互融合,滿足客戶多樣化需求,實(shí)現(xiàn)**、高效、清潔的能源發(fā)展目標(biāo)。”
特高壓路徑依賴由“逆向分布”現(xiàn)實(shí)決定
這樣一項(xiàng)具有顯著優(yōu)勢的技術(shù),為什么在我國、而非其他國家率先落地?
浙江大學(xué)電氣工程學(xué)院副院長韋巍分析,我國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,太陽能年日照超過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)。這是我國為建設(shè)生態(tài)文明社會而進(jìn)行的*好實(shí)踐。”
“根據(jù)我國能源分布與消耗的區(qū)域特點(diǎn),未來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)勢轉(zhuǎn)化為經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢。”東南大學(xué)電氣工程學(xué)院院長黃學(xué)良表示。
中國西電集團(tuán)公司副總工程師宓傳龍認(rèn)為,“伴隨著國民經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展和能源電力需求的迅猛增長,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東中部地區(qū)負(fù)荷中心的重要職能,為能源**提供了有力支撐。”
目前,我國已建成投運(yùn)”兩交兩直“特高壓工程,并一直保持**穩(wěn)定運(yùn)行,**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、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)解決能源問題的長遠(yuǎn)之策。國網(wǎng)北京經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院院長劉開俊透露,“除我國外,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**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噸巨輪,需要???*、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。
按照國家能源規(guī)劃,加快推進(jìn)國家綜合能源基地建設(shè),通過加大西電東送、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。這是世界其他國家不曾遇到過的,而解決問題的關(guān)鍵,則是構(gòu)建“強(qiáng)交強(qiáng)直”的特高壓輸電網(wǎng)絡(luò)。
我國鄂爾多斯盆地、蒙西、山西等能源基地距離負(fù)荷中心相對較近,宜通過特高壓交直流輸送,既兼顧近區(qū)京津冀魯用電需求,又能滿足華東、華中用電需要。新疆、蒙東、西南等能源基地相對較遠(yuǎn),適宜通過特高壓直流輸送。
參與分析論證的華北電力大學(xué)教授曾鳴告訴記者,通過大量仿真分析計(jì)算,對多種電網(wǎng)規(guī)劃方案進(jìn)行了的詳細(xì)、**對比研究,專家得出了“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,又可確保電網(wǎng)的**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)開工和投產(chǎn),長三角地區(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題,將隨著特高壓直流工程的滿載運(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)行人員對如何避免“強(qiáng)直流、弱交流”可能引發(fā)的連鎖反應(yīng)而憂心忡忡。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),“毫無爭議,中國是這一領(lǐng)域的***。”意大利電力電工技術(shù)實(shí)驗(yàn)研究中心**顧問亞歷山大˙克萊里西,在2013年國際智能電網(wǎng)論壇上作出了這樣的評價(jià)。當(dāng)時(shí),國際電工委員會主席克勞斯˙武赫德爾面對眾多國際媒體表示:“中國的特高壓輸電技術(shù)在世界上處于**水平,這種能夠減少長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。中國成功地實(shí)現(xiàn)了特高壓輸電,全世界都對此給予了積極評價(jià),有了這個(gè)標(biāo)準(zhǔn),世界上其他國家就可以在此基礎(chǔ)上繼續(xù)發(fā)展,將特高壓技術(shù)投入到應(yīng)用中。”

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