中国的超级项目—特高压电网 | |
工程总投资：大于15000亿元 工程期限：2006年——2015年
“特高压电网”，指1000千伏的交流或±800千伏的直流电网。输电电压一般分高压、超高压和特高压。国际上，高压(HV)通常指35~220kV的电压；超高压(EHV)通常指330kV及以上、1000kV以下的电压；特高压(UHV)指1000kV及以上的电压。高压直流(HVDC)通常指的是1 600kV及以下的直流输电电压，±800 kV以上的电压称为特高压直流输电(UHVDC)。 目前，中国的长距离输电和世界其他国家一样，主要用500千伏的交流电网，从世界范围看，俄罗斯、日本、意大利都曾经建设过特高压试验线段，但是这些试验线段距离都比较短，到目前为止，国外并没有1000千伏交流线路在长距离运行。拿它和我国现有主要以500千伏交流和正负500千伏直流系统为主要的电网相比较，前者如同高速公路，后者如同普通快速路，两者在流量、流速、经济性等方面均不可同日而语。 目前，我国超高压输电线路以220千伏、330千伏、500千伏交流输电和500千伏直流输电线路为骨干网架。全国已经形成5个区域电网和南方电网。其中：华东、华北、华中、东北4个区域电网和南方电网已经形成了500千伏的主网架，西北电网在330千伏网架的基础上，正在建设750千伏网架。但是，由于我国电网跨区域输电主要依靠500千伏交流和正负500千伏直流，在提高电力输送能力方面受到技术、环保、土地资源等多方面的制约。 而特高压电网能够适应东西2000至3000公里，南北800至2000公里远距离大容量电力输送需求，有利于大煤电基地、大水电基地和大型核电站群的开发和电力外送。第一条由集团公司西北电力设计院承担设计工作的750千伏的官厅至兰州东输变电工程截至今年运行安全稳定，为规划中的国家特高压电网打下坚实基础。 特高压输电“十二五”规划 国家电网公司在“十二五”规划中提出，今后我国将建设联接大型能源基地与主要负荷中心的“三纵三横”特高压骨干网架和13项直流输电工程（其中特高压直流10项），形成大规模“西电东送”、“北电南送”的能源配置格局。到2015年，基本建成以特高压电网为骨干网架、各级电网协调发展，具有信息化、自动化、互动化特征的坚强智能电网，形成“三华”（华北、华中、华东）、西北、东北三大同步电网，使国家电网的资源配置能力、经济运行效率、安全水平、科技水平和智能化水平得到全面提升。
建设必要性 最大特点就是可以长距离、大容量、低损耗输送电力。据测算，1000千伏交流特高压输电线路的输电能力超过500万千瓦，接近500千伏超高压交流输电线路的5倍。±800千伏直流特高压的输电能力达到700万千瓦，是±500千伏超高压直流线路输电能力的2.4倍。 我国76%的煤炭资源分布在北部和西北部；80%的水能资源分布在西南部；绝大部分陆地风能、太阳能资源分布在西北部。同时，70%以上的能源需求却集中在东中部。能源基地与负荷中心的距离在1000到3000公里。 在负荷中心区大规模展开电源建设显然会受到种种制约。比如煤炭运输问题、环境容量问题等等。而且，建设火电还可以靠煤炭运输，而水电、风电由于不可能把水和风像煤那样运输，因此就更是无法实现。一边是无法大规模建设电源点，一边又守着水能、风能等宝贵的清洁能源望洋兴叹，可见在负荷中心大规模开展电源建设这条思路是不可行的。 首先从资源优化配置来看，随着我国能源战略西移，大型能源基地与能源消费中心的距离越来越远，能源输送的规模也将越来越大。在传统的铁路、公路、航运、管道等运输方式的基础上，提高电网运输能力，也是缓解运输压力的一种选择。以目前已经投运的1000千伏特高压示范工程为例，目前每天可以送电200万千瓦，改造后可以达到500万千瓦，这相当于每天从山西往湖北输送原煤2.5万吨—6万吨。湖北媒体说，这相当于给湖北“送”来了一个葛洲坝电站。 再看经济效益，目前西部、北部地区电煤价格为200元/吨标准煤。将煤炭从当地装车，经过公路、铁路运输到秦皇岛港，再通过海运、公路运输到华东地区，电煤价格则增至1000多元/吨标准煤。折算后每千瓦时电仅燃料成本就达到0.3元左右。而在煤炭产区建坑口电站，燃料成本仅0.09元/千瓦时。坑口电站的电力通过特高压输送到中东部负荷中心，除去输电环节的费用后，到网电价仍低于当地煤电平均上网电价0.06—0.13元/千瓦时。 特高压更是清洁能源大发展的必要支撑。只有特高压才能够解决清洁能源发电大范围消纳的问题。前一段时间，内蒙古风电“晒太阳”送不出的问题广受关注。事实上，我国风电主要集中在“三北”地区，当地消纳空间非常有限。风电的进一步发展，客观上需要扩大风电消纳范围，大风电必须融入大电网，坚强的大电网能够显著提高风电消纳能力。特高压电网将构成我国大容量、远距离的能源输送通道。据测算，如果风电仅在省内消纳，2020年全国可开发的风电规模约5000万千瓦。而通过特高压跨区联网输送扩大清洁能源的消纳能力，全国风电开发规模则可达1亿千瓦以上。 建设意义 特高压电网的优势 第一，带动科技创新发展特高压作为重大的科技创新工程，在提出构想、全面启动之初，该公司就投巨资建成了国际一流的特高压交流、直流、高海拔、工程力学四个试验基地和大电网仿真、直流成套设计两个研发中心，形成了功能齐全、综合指标居世界领先水平的大电网实验研究体系。几年间，国家电网公司围绕特高压项目，完成了310项重大关键技术研究，解决了过电压与绝缘配合、外绝缘设计、电磁环境控制、系统集成、大电网安全运行控制等多个世界难题，逐步掌握了特高压输电的关键核心技术，并在实验工程中得到了成功应用。 第二，特高压建设对国内设备制造业的带动作用更是明显。国内三大特高压实验工程所用设备几乎全部由国内企业提供，工程国产化率达到约95%，设备国产化率达到约91%。通过实验工程，国内设备制造企业得到锻炼，科技研发实力大大提高。比如南通神马电力科技有限公司，成功攻克了特高压绝缘子的世界难题。公司董事长马斌说，我们投入近亿元研发的国际首创的特高压1000千伏空心复合绝缘子性能达到国际领先水平，而价格仅为国外产品的1/3。 研究表明，1000千伏交流线路自然输送功率约为500千伏线路的5倍。同等条件下，1000千伏交流线路的电阻损耗仅为500千伏线路的1/4，单位输送容量走廊宽度仅为500千伏线路的1/3，单位输送容量综合造价不足500千伏输电方案的3/4。 1000千伏特高压交流输电线路输送功率约为500千伏线路的４至５倍；正负８００千伏直流特高压输电能力是正负５００千伏线路的两倍多。同时，特高压交流线路在输送相同功率的情况下，可将最远送电距离延长３倍，而损耗只有５００千伏线路的２５％至４０％。输送同样的功率，采用１０００千伏线路输电与采用５００千伏的线路相比，可节省６０％的土地资源。到２０２０年前后，国家电网特高压骨干网架基本形成，国家电网跨区输送容量将超过２亿千瓦，占全国总装机容量的２０％以上。届时，从周边国家向中国远距离、大容量跨国输电将成为可能。
对于特高压电网的经济性，专家分析：到２０２０年，通过特高压可以减少装机容量约２０００万千瓦，节约电源建设投资约８２３亿元；每年可减少发电煤耗2000万吨。北电南送的火电容量可以达到５５００万千瓦，同各区域电网单独运行相比，年燃煤成本约降低２４０亿元。
特高压电网的技术难点
对于交流特高压而言，目前主要有两大技术攻关重点：一是制造出可调的并联电抗器，二是研制1000千伏电压等级的双断口断路器。目前这两个关键技术问题已经基本解决。对于直流特高压电网而言，其技术攻关关键是开发6英寸晶闸管。目前，日本已经研制出了6英寸晶闸管，我国在研制6英寸晶闸管方面也已经具备了一定的基础。我国晋东南—南阳—荆门的特高压交流试验示范工程的意义在于：它将真正实现全电压、满容量、长距离输电。 此外，对于我国电网设备制造业而言，中国建设特高压电网对我国民族工业无疑是一个巨大的推动。中国从2006年开始要发展特高压电网，表明中国已经有勇气解决特高压这一世界性的难题。 2006年8月9日，国家发展改革委员会印发《关于晋东南至荆门特高压交流试验示范工程项目核准的批复》（发改能源[2006]1585号），正式核准了晋东南经南阳至荆门特高压交流试验示范工程。据国家电网公司报道，该特高压线路，全长654公里，申报造价58.57亿元，动态投资200亿元。起于山西省长治变电站，经河南省南阳开关站，止于湖北省荆门变电站，联接华北、华中电网，将于2008年建成后进行商业化运营。如在全国全面推开，未来投资4060多亿元，配套动态投资将达8000多亿元，总投资相当于3到4个长江三峡工程项目。这一巨额工程，并未纳入国家“十一五”规划纲要。 2006年8月19日－26日，特高压试验工程分别在山西长治、河南南阳和湖北荆门三地盛大奠基。10月30日，国家电网公司在山西、河南、湖北四地同时召开晋东南－南阳－荆门1000千伏特高压交流试验工程建设誓师动员大会。
世界上已经建成投运的交流特高压线路 美国、前苏联、日本和意大利都曾建成交流特高压试验线路，进行了大量的交流特高压输电技术研究和试验，最终只有前苏联和日本建设了交流特高压线路。 1. 前苏联：在前期研究的基础上，从1981年开始动工建设1150千伏交流特高压线路，分别是埃基巴斯图兹-科克契塔夫494公里，科克契塔夫-库斯坦奈396公里。1985年8月，世界上第一条1150千伏线路埃基巴斯图兹-科克契塔夫在额定工作电压下带负荷运行，后延伸至库斯坦奈。1992年1月1日，通过改接，哈萨克斯坦中央调度部门把1150千伏线路段电压降至500千伏运行。在此期间，埃基巴斯图兹-科克契塔夫线路段及两端变电设备在额定工作电压下运行时间达到23787小时，科克契塔夫-库斯坦奈线路段及库斯坦奈变电站设备在额定工作电压下运行时间达到11379小时。从1981年到1989年，前苏联还陆续建成特高压线路1500公里，总体规模达到2400公里。目前全部降压至500千伏运行。 2. 日本：1988年秋动工建设1000千伏特高压线路。1992年4月28日建成从西群马开关站到东山梨变电站的西群马干线138公里线路，1993年10月建成从柏崎刈羽核电站到西群马开关站的南新泻干线中49公里的特高压线路部分，两段特高压线路全长187公里，目前均以500千伏电压降压运行。1999年完成东西走廊从南磐城开关站到东群马开关站的南磐城干线194公里和从东群马开关站到西群马开关站的东群马干线44公里的建设，两段特高压线路全长238公里。目前日本共建成特高压线路426公里，由于国土狭小，日本特高压线路全部采用双回同杆并架方式。
国家电网公司 国家电网公司成立于2002年12月29日，是经国务院同意进行国家授权投资的机构和国家控股公司的试点单位。公司名列2012年《财富》世界企业500强第7位，是全球最大的公用事业企业。 公司是关系国民经济命脉和国家能源安全的国有重点骨干企业，承担着保障更安全、更经济、更清洁、可持续的电力供应的基本使命，经营区域覆盖全国26个省（自治区、直辖市），覆盖国土面积的88%，供电人口超过11亿人，公司员工超过158万人。公司运营菲律宾国家输电网和巴西7家输电特许权公司 西安高压电器研究所特高压试验大厅于2008年竣工，图为±500kV换流阀的绝缘试验 河北保定天威保变为世界首条特高压直流输电示范工程：云南——广东±800kV特高压直流输电工程承制的±800kV(HY14)特高压换流变压器，安装后尺寸为26.1米长、6.405米宽、15.183米高，安装重量为515吨，单台价格超过5000万元人民币。该项工程西起云南楚雄州禄丰县，东至广州增城市，送电距离约1418千米，额定输送电量500万千瓦，动态投资高达130多亿元，计划2009年单极投运，2010年双极投运。 世界第一个特高压直流输电系统，云广±800kV直流输电工程，图为800千伏高端换流变压器 世界第一个特高压直流输电系统，云广±800kV直流输电工程，图为换流站的心脏——极II高端阀厅，高度近30米，面积相当于半个足球场。
中国特变电工集团研制的世界第一台1000千伏特高压变压器，处于世界领先水平。 云广±800KV直流输电工程楚雄换流站阀厅 2011年1月9日，在湖北武汉国网电力科学研究院1000KV特高压交流试验基地，标称电压7500KV的特高压冲击户外场正在进行空气间隙放电试验。据了解，未来5年我国将投资超过5000亿元，建成“三纵三横”特高压交流骨干网架和11项特高压直流输电工程，特高压输电线路总长将达4万公里。届时，将把内蒙古、陕西、河北的风电、煤电通过三条纵向的特高压通道送往华北、华中和华东；把北部的煤电和西南的水电，通过三条横向特高压通道送往华北、华中和长三角地区，在全国范围内保证电力供应。 2011年1月8日，在湖北武汉国网电力科学研究院1000KV特高压交流试验基地环境气候实验室，科研人员在-20℃温度下进行长串绝缘子覆冰试验。 2011年1月8日，在湖北武汉国网电力科学研究院1000KV特高压交流试验基地环境气候实验室，科研人员在进行特高压长串绝缘子融冰闪络试验。 2011年1月8日，在湖北武汉国网电力科学研究院1000KV特高压交流试验基地拍摄的交直流电源系统。 位于北京昌平的±800kv特高压直流基地，建有世界最大的电晕笼试验装置。电晕笼为两厢式，整体尺寸为70m×22m×13m（高），既可进行单极试验，也可进行双极试验，与试验线段共用电源，试验电压能够达到±1200kV。电晕笼对于研究特高压直流线路导线电晕特性，能够总结出适合我国国情的分裂导线电晕效应的公式，为工程设计服务。照片为电晕笼及锚塔。 2006年，特变电工湖南衡阳变压器有限公司（衡变）研制的DFP-630MVA，1700kV风冷试验变压器，该产品是当时世界电压等级最高的试验变压器，通过改变低压接线方式以满足不同试验电压要求。主要用于1000kV特高压电抗器、变压器试验。 2010年4月11日，西电集团常州公司，研制出迄今为止，世界最高电压等级的交流变压器。这台ODSP-100万KVA，2000KV特高电压试验变压器，电压等级达到了2000KV（千伏），其容量高达1000000KVA（100万千伏安），单台变压器重达714吨。其最高电压、最大容量、单台重量，居世界之最。 2008年11月30日，北京电力设备总厂研制的世界首台±800千伏直流特高压干式空心平波电抗器，通过国家电网公司和中国机械工业联合会共同组织的验收。该产品是特高压电网主设备之一，它的研制成功，填补了世界特高压直流输变电尖端技术的一项空白。成功解决了线圈降噪结构与发热、导线制作、温升与损耗计算等技术和工艺难题，产品拥有完全自主知识产权，已达到国际领先水平。 2011年1月9日，在湖北武汉国网电力科学研究院1000KV特高压交流试验基地，标称电压7500KV的特高压冲击户外场，正在进行空气间隙放电试验。 | |
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