特高壓輸電解決方法

于是，國家采取輸煤和輸電兩個策略。一是采取把西部的部分煤炭通過鐵路運到港口（大同—秦皇島）再裝船運到江蘇、上海、廣東等地，簡稱輸煤；二是用西部的煤炭、水力資源就地發(fā)電，再通過輸電線路和電網把電送到中東部地區(qū)，簡稱輸電。

我們先來看看輸煤的策略。先要把煤礦挖出來的煤裝上火車，長途奔襲上千公里到達港口，卸在碼頭上臨時儲存。再裝到萬噸級的輪船上，從海上長途運輸到目的地港口，又要卸煤、儲存。最后再裝上火車等運輸工具才運到當地的火電廠儲煤場，卸下儲存待用。整個輸煤過程要經過三裝三卸，中途還要儲存，要借助火車、輪船這些運輸工具，所以運輸成本很高，往往運輸成本比在煤礦買煤的費用都要高。經過專家們的技術經濟計算比較，在中國，如果煤礦與發(fā)電廠的距離超過一千公里，采取輸煤策略就不大合算了。

那么輸電呢？用西部的煤炭、水力就地發(fā)電，只要在當地建火電廠或水電廠就行了。建電廠當然要花錢，尤其是建水電廠投資較大，但這是一次性投資管用很多年。然后就是要建輸電線路，把電送到中東部地區(qū)。

因為中國要長距離大容量傳輸電能。有基本的地理知識、對中國國情有所了解的人都知道，中國人口很多，有十四億左右，大多數人口都集中在中東部地區(qū)。因為中東部特別是沿海地區(qū)經濟相對發(fā)達，生產生活條件較好，而西部、西北地區(qū)多山少地，條件相對艱苦，人口分布相對較少，經濟也不如中東部地區(qū)發(fā)達。

經濟較發(fā)達、人口眾多的中東部地區(qū)，必然要消耗更多的能源，主要是需要更多的電力供應。前面說到，電是從發(fā)電廠發(fā)出來的。

發(fā)電廠靠什么來發(fā)電呢？在中國，發(fā)電廠主要靠燒煤或靠水力來發(fā)電，也有少量的用核能發(fā)電。用煤發(fā)電的叫火電廠，靠水力發(fā)電的叫水電廠，用核能發(fā)電的叫核電廠。換句話說，要想能發(fā)電，就要有煤炭或者水力資源，核能發(fā)電只占很少部分。

可是，中國的煤炭儲藏主要在西北，如山西、陜西、內蒙古東部、寧夏以及新疆部分地區(qū)，中東部省份煤炭儲藏量很少。水力資源主要分布在西部地區(qū)和長江中上游、黃河上游以及西南的雅礱江、金沙江、瀾滄江、雅魯藏布江等。

這樣一來，中東部及沿海地區(qū)需要大量電力供應，又沒有用來發(fā)電的資源，能用來發(fā)電的煤炭、水力資源卻遠在上千公里之外的西部地區(qū)。怎么解決這個能源問題呢？

使用1000千伏及以上的電壓等級輸送電能。特高壓輸電是在超高壓輸電的基礎上發(fā)展的，其目的仍是繼續(xù)提高輸電能力，實現(xiàn)大功率的中、遠距離輸電，以及實現(xiàn)遠距離的電力系統(tǒng)互聯(lián)，建成聯(lián)合電力系統(tǒng)。

特高壓輸電具有明顯的經濟效益。據估計，1條1150千伏輸電線路的輸電能力可代替5～6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)約導線二分之一，節(jié)省包括變電所在內的電網造價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，這對于人口稠密、土地寶貴或走廊困難的國家和地區(qū)會帶來重大的經濟和社會效益。

特高壓輸送容量大、送電距離長、線路損耗低、占用土地少。100萬伏交流特高壓輸電線路輸送電能的能力（技術上叫輸送容量）是50萬伏超高壓輸電線路的5倍。所以有人這樣比喻，超高壓輸電是省級公路，頂多就算是個國道，而特高壓輸電是“電力高速公路”。

大家都知道，中國的高速公路經過近幾年的快速發(fā)展，已經基本成網，四通八達。而中國的特高壓輸電這個“電力高速公路”，2008年底才剛剛建成一個試驗示范工程，線路全長只有640公里。所以，要建成特高壓電網這個電力高速公路網，還需要較長時間，也必然要花費不少的人力、物力、財力，為的就是要在全國范圍內方便、快捷、高效地配置能源資源。

在電力工程技術上有一個名詞叫“經濟輸送距離”，指的是某一電壓等級輸電線路最經濟的輸送距離是多少，因為輸電線路在輸送電能的同時本身也有損耗，線路太長損耗太大經濟上不合算。

50萬伏超高壓輸電線路的經濟輸送距離一般為600～800公里，而100萬伏特高壓輸電線路因為電壓提高了，線路損耗減少了，它的經濟輸送距離也就加大了，能達到1000～1500公里甚至更長，這樣就能解決前面說到的把西部能源搬到中東部地區(qū)使用的問題。

建設輸電線路同樣也要占用土地，工程上叫“線路走廊”。前面說過，建一條100萬伏特高壓輸電線路能頂5條50萬伏超高壓輸電線路，而線路走廊所占用的土地只相當于2條50萬伏輸電線路，所以相對來說，建特高壓輸電線路能少占土地，這對土地資源稀缺的中東部地區(qū)來說尤其有利。

當然，特高壓輸電，特別是建設特高壓電網，還有很多好處。它能把中國電網堅強地連接起來，使建在不同地點的不同發(fā)電廠（比如火電廠和水電廠之間）能互相支援和補充，工程上叫“實現(xiàn)水火互濟，取得聯(lián)網效益”；能促進西部煤炭資源、水力資源的集約化開發(fā)，降低發(fā)電成本；能保證中東部地區(qū)不斷增長的電力需求，減少在人口密集、經濟發(fā)達地區(qū)建火電廠所帶來的環(huán)境污染；同時也能促進西部資源密集、經濟欠發(fā)達地區(qū)的經濟社會和諧發(fā)展。

1000千伏電壓等級的特高壓輸電線路均需采用多根分裂導線，如8、12、16分裂等，每根分裂導線的截面大都在600平方毫米以上，這樣可以減少電暈放電所引起的損耗以及無線電干擾、電視干擾、可聽噪聲干擾等不良影響。桿塔高度約40～50米。雙回并架線路桿塔高達90～97米。許多國家都在集中研制新型桿塔結構，以期縮小桿塔尺寸，降低線路造價。前蘇聯(lián)、美國、意大利、日本等國家都已經著手規(guī)劃和建設1000千伏等級的特高壓輸電線路，單回線的傳輸容量一般在600～1000萬千瓦。例如，前蘇聯(lián)正加緊建設?；退箞D茲、坎斯克-阿欽斯克、秋明油田等大型能源基地，已經有裝機容量達640萬千瓦的火電廠，還規(guī)劃建設裝機容量達2000萬千瓦的巨型水電站以及大裝機容量的核電站群。這些能源基地距電力負荷中心約有1000～2500公里，需采用1150千伏、±750千伏直流，以至1800～2000千伏電壓輸電。前蘇聯(lián)已建成1150千伏長270公里的輸電線路，兼作工業(yè)性試驗線路，于1986年開始試運行，并繼續(xù)興建長1236公里的1150千伏輸電線路，20世紀末將形成1150千伏特高壓電網。美國邦維爾電力局所轄電力系統(tǒng)預計20世紀末將有60%的火電廠建在喀斯喀特山脈以東地區(qū)，約有3200萬千瓦的功率需越過這條山脈向西部負荷中心送電，計劃采用1100千伏電壓等級輸電。每條線路長約300公里，輸送容量約1000萬千瓦。意大利計劃用1000千伏特高壓線路將比薩等沿地中海地區(qū)的火電廠和核電站基地的電力輸送到北部米蘭等工業(yè)區(qū)。日本選定1000千伏雙回并架特高壓輸電線路將下北巨型核電站的電力輸送到東京，線路長度600公里，輸送容量1000萬千瓦。這些特高壓輸電線路均計劃于20世紀90年代建成。

中國幅員遼闊，可開發(fā)的水力資源的三分之二分布在西北和西南地區(qū)，煤炭資源大部分蘊藏在西北地區(qū)北部和華北地區(qū)西部，而負荷中心主要集中在東部沿海地區(qū)。由于電力資源與負荷中心分布的不均勻性，隨著電力系統(tǒng)的發(fā)展，特高壓輸電的研究開發(fā)亦將會提上日程。

前蘇聯(lián)1150kV工程

20世紀70年代，前蘇聯(lián)開始1000kV特高壓交流輸變電技術的研究工作，1985年8月建成了?；退箞D茲—科克切塔夫線路（497km）以及2座1150kV變電站（升壓站），并按照系統(tǒng)額定電壓1150kV投人工業(yè)運行。

日本1100kV變電站

日本1000kV電力系統(tǒng)集中在東京電力公司，1988年開始建設1000kV輸變電工程，1999年建成2條總長度430km的1000kV輸電線路和1座1000kV變電站，第1條是從北部日本海沿岸原子能發(fā)電廠到南部東京地區(qū)的1000kV輸電線路，稱為南北線（長度190km），南新瀉干線、西群馬干線；第2條是聯(lián)接太平洋沿岸各發(fā)電廠的1000kV輸電線路，稱為東西線路（長度240km），東群馬干線、南磬城干線。

意大利1050kV試驗工程

20世紀70年代，意大利和法國受西歐國際發(fā)供電聯(lián)合會的委托進行歐洲大陸選用交流800kV和1050kV輸電方案的論證工作，之后意大利特高壓交流輸電項目在國家主持下進行了基礎技術研究，設備制造等一系列的工作，并于1995年10月建成了1050kV試驗工程，至1997年12月，在系統(tǒng)額定電壓（標稱電壓）1050kV電壓下進行了2年多時間，取得了一定的運行經驗。

晉東南—南陽—荊門1000千伏特高壓交流試驗示范工程

2009年1月6日，我國自主研發(fā)、設計和建設的具有自主知識產權的1000千伏交流輸變電工程——晉東南-南陽-荊門特高壓交流試驗示范工程順利通過試運行。這是中國第一條特高壓交流輸電線路，標志著我國在遠距離、大容量、低損耗的特高壓（UHV）核心技術和設備國產化上取得重大突破，對優(yōu)化能源資源配置，保障國家能源安全和電力可靠供應具有重要意義。

“皖電東送”工程

我國首條同塔雙回路特高壓交流輸電工程——“皖電東送”工程西起安徽淮南，經皖南、浙北到達上海，線路全長656公里，共有1421座鐵塔，整個工程計劃2013年底建成投運。工程建成后，每年將能輸送超過500億度電，相當于為上海新建了6座百萬千瓦級的火電站。

2013年9月25日，世界首條1000千伏同塔雙回特高壓交流工程--皖電東送正式投運，至此，國家電網已建成2項1000千伏交流和2項±800千伏直流工程，標志著我國特高壓建設取得了新成果。原國家電網公司董事長、黨組書記劉振亞介紹："國家電網正在建設2項±800千伏直流工程，同時在研發(fā)±1100千伏直流技術和設備，輸電容量可達1375萬千瓦，經濟輸電距離5000公里，將為構建跨地區(qū)、跨國、跨洲輸電通道創(chuàng)造條件。如非洲和中東可以連起來，南美可以組成大電網。"

國家電網還建立了系統(tǒng)的特高壓與智能電網技術標準體系，已制訂企業(yè)標準356項、行業(yè)標準90項、國家標準44項，編制國際標準19項，特高壓交流電壓成為國際標準電壓。

對此，國際電工委員會（IEC）主席克勞斯·烏赫勒指出："和中國一樣，世界上許多國家都存在能源資源分布不均的情況，如德國就需要通過特高壓把風電從北部送到南部。同時，特高壓能夠減少長距離輸電的損耗，在世界上其他地區(qū)也有著廣泛的應用前景。中國的特高壓輸電技術在世界上處于領先水平，作為國際標準電壓，中國的特高壓交流電壓標準將向世界推廣。"

此外，德國電氣工程師協(xié)會（VDE）主席喬希姆·施耐德也表示："我們需要長距離輸電，對于德國等棄核后所面臨的挑戰(zhàn)，特高壓是一個好的解決方案。"據介紹，印度、巴西、南非等國正在積極推進特高壓交、直流工程建設，其中巴西等將采用我國的特高壓技術。

特高壓輸電是當今最高效、最經濟的遠距離輸電方式。

發(fā)展歷史

2009年，中國首個1000千伏特高壓交流輸電工程投運；2019年，世界首個正負1100千伏特高壓直流輸電工程在中國建成投運。中國擁有全球規(guī)模最大的特高壓輸電網絡，實現(xiàn)了能源跨區(qū)域、大規(guī)模優(yōu)化配置。

特高壓英文縮寫UHV；電壓符號是U（個別地方有用V表示的）；電壓的單位是伏特，單位符號也是V；比伏大的有kV、比伏小的mV,uV，它們之間是千進位 。特高壓輸電是指1000kV及以上電壓的輸電工程及相關技術。特高壓輸電技術具有遠距離、大容量、低損耗和經濟性等特點。能大大提升電網的輸送能力。

據國家電網公司提供的數據顯示，一回路特高壓直流電網可以送600萬千瓦電量，相當于現(xiàn)有500千伏直流電網的5到6倍，而且送電距離也是后者的2到3倍，因此效率大大提高。此外，據國家電網公司測算，輸送同樣功率的電量，如果采用特高壓線路輸電可以比采用500千伏超高壓線路節(jié)省60%的土地資源。

特高壓電網指的是以1000kV輸電網為骨干網架，由超高壓輸電網、高壓輸電網，以及特高壓直流輸電、高壓直流輸電和配電網構成的分層、分區(qū)、結構清晰的現(xiàn)代化大電網。本書介紹了特高壓輸電技術的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢，高壓直流輸電相關知識及其設備，特高壓交流輸電和特高壓直流輸電相關知識及其設備，最后介紹了國內外特高壓直流和特高壓交流輸電示范工程。

在構建全球能源互聯(lián)網過程中，特高壓輸電技術會有更廣闊的發(fā)展空間和應用市場。特高壓輸電技術能夠實現(xiàn)數千千米、千萬千瓦級電力輸送和跨國、跨洲電網互聯(lián)，柔性輸電是提升系統(tǒng)運行靈活性，滿足光伏、風電等清潔能源友好并網、支撐清潔能源靈活配置的重要技術，兩者對于提升系統(tǒng)穩(wěn)定水平，保障清潔能源廣泛接入、輸送及消納，提升電網運行靈活性和可靠性具有重要意義。

全球能源互聯(lián)網涉及不同類型、不同規(guī)模清潔能源的開發(fā)，不同容量、不同距離的電力輸送，以及不同特性、不同發(fā)展水平電網的廣泛互聯(lián)，對特高壓輸電技術提出更高要求。構建全球能源互聯(lián)網，電源側清潔能源比重會越來越高，清潔能源基地規(guī)模也會越來越大，電力輸送距離可能越來越遠，電網拓撲結構和自然環(huán)境也會越來越復雜，對供電可靠性、靈活性及經濟性的要求會越來越高。因此，進一步提升特高壓交直流、柔性輸電技術的送電能力和適用范圍，改進穩(wěn)定特性和并網策略、提升安全性和靈活性，降低輸電成本是輸電技術未來發(fā)展的重要方向。

據此，報告梳理總結了當前特高壓交直流輸電技術和柔性交直流輸電技術的發(fā)展現(xiàn)狀、主要技術創(chuàng)新和工程實踐，結合未來大容量、遠距離清潔能源輸電及更高可靠性、靈活性聯(lián)網的技術需求，進一步展望了各技術未來的發(fā)展方向，為行業(yè)發(fā)展提供參考。