特高壓輸電現(xiàn)狀

因?yàn)橹袊L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(shù)人口都集中在中東部地區(qū)。因?yàn)橹袞|部特別是沿海地區(qū)經(jīng)濟(jì)相對發(fā)達(dá)，生產(chǎn)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(jīng)濟(jì)也不如中東部地區(qū)發(fā)達(dá)。

經(jīng)濟(jì)較發(fā)達(dá)、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(yīng)。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(nèi)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(yīng)，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(yuǎn)在上千公里之外的西部地區(qū)。怎么解決這個(gè)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(chǔ)上發(fā)展的，其目的仍是繼續(xù)提高輸電能力，實(shí)現(xiàn)大功率的中、遠(yuǎn)距離輸電，以及實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)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(jīng)濟(jì)效益。據(jù)估計(jì)，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(dǎo)線二分之一，節(jié)省包括變電所在內(nèi)的電網(wǎng)造價(jià)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(jīng)濟(jì)和社會效益。

于是，國家采取輸煤和輸電兩個(gè)策略。一是采取把西部的部分煤炭通過鐵路運(yùn)到港口（大同—秦皇島）再裝船運(yùn)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(wǎng)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(dá)港口，卸在碼頭上臨時(shí)儲存。再裝到萬噸級的輪船上，從海上長途運(yùn)輸?shù)侥康牡馗劭?，又要卸煤、儲存。最后再裝上火車等運(yùn)輸工具才運(yùn)到當(dāng)?shù)氐幕痣姀S儲煤場，卸下儲存待用。整個(gè)輸煤過程要經(jīng)過三裝三卸，中途還要儲存，要借助火車、輪船這些運(yùn)輸工具，所以運(yùn)輸成本很高，往往運(yùn)輸成本比在煤礦買煤的費(fèi)用都要高。經(jīng)過專家們的技術(shù)經(jīng)濟(jì)計(jì)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(dāng)?shù)亟ɑ痣姀S或水電廠就行了。建電廠當(dāng)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)。

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(shù)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(gè)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(jīng)過近幾年的快速發(fā)展，已經(jīng)基本成網(wǎng)，四通八達(dá)。而中國的特高壓輸電這個(gè)“電力高速公路”，2008年底才剛剛建成一個(gè)試驗(yàn)示范工程，線路全長只有640公里。所以，要建成特高壓電網(wǎng)這個(gè)電力高速公路網(wǎng)，還需要較長時(shí)間，也必然要花費(fèi)不少的人力、物力、財(cái)力，為的就是要在全國范圍內(nèi)方便、快捷、高效地配置能源資源。

在電力工程技術(shù)上有一個(gè)名詞叫“經(jīng)濟(jì)輸送距離”，指的是某一電壓等級輸電線路最經(jīng)濟(jì)的輸送距離是多少，因?yàn)檩旊娋€路在輸送電能的同時(shí)本身也有損耗，線路太長損耗太大經(jīng)濟(jì)上不合算。

50萬伏超高壓輸電線路的經(jīng)濟(jì)輸送距離一般為600～800公里，而100萬伏特高壓輸電線路因?yàn)殡妷禾岣吡?，線路損耗減少了，它的經(jīng)濟(jì)輸送距離也就加大了，能達(dá)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(shè)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(dāng)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(dāng)然，特高壓輸電，特別是建設(shè)特高壓電網(wǎng)，還有很多好處。它能把中國電網(wǎng)堅(jiān)強(qiáng)地連接起來，使建在不同地點(diǎn)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(bǔ)充，工程上叫“實(shí)現(xiàn)水火互濟(jì)，取得聯(lián)網(wǎng)效益”；能促進(jìn)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(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)建火電廠所帶來的環(huán)境污染；同時(shí)也能促進(jìn)西部資源密集、經(jīng)濟(jì)欠發(fā)達(dá)地區(qū)的經(jīng)濟(jì)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(dǎo)線，如8、12、16分裂等，每根分裂導(dǎo)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(dá)90～97米。許多國家都在集中研制新型桿塔結(jié)構(gòu)，以期縮小桿塔尺寸，降低線路造價(jià)。前蘇聯(lián)、美國、意大利、日本等國家都已經(jīng)著手規(guī)劃和建設(shè)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(shè)?；退箞D茲、坎斯克-阿欽斯克、秋明油田等大型能源基地，已經(jīng)有裝機(jī)容量達(dá)640萬千瓦的火電廠，還規(guī)劃建設(shè)裝機(jī)容量達(dá)2000萬千瓦的巨型水電站以及大裝機(jī)容量的核電站群。這些能源基地距電力負(fù)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(yàn)線路，于1986年開始試運(yùn)行，并繼續(xù)興建長1236公里的1150千伏輸電線路，20世紀(jì)末將形成1150千伏特高壓電網(wǎng)。美國邦維爾電力局所轄電力系統(tǒng)預(yù)計(jì)20世紀(jì)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(fù)荷中心送電，計(jì)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(jì)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(jì)劃于20世紀(jì)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(yùn)藏在西北地區(qū)北部和華北地區(qū)西部，而負(fù)荷中心主要集中在東部沿海地區(qū)。由于電力資源與負(fù)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(jì)70年代，前蘇聯(lián)開始1000kV特高壓交流輸變電技術(shù)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(yùn)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(shè)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(yàn)工程

20世紀(jì)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(jìn)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(xiàng)目在國家主持下進(jìn)行了基礎(chǔ)技術(shù)研究，設(shè)備制造等一系列的工作，并于1995年10月建成了1050kV試驗(yàn)工程，至1997年12月，在系統(tǒng)額定電壓（標(biāo)稱電壓）1050kV電壓下進(jìn)行了2年多時(shí)間，取得了一定的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)。

晉東南—南陽—荊門1000千伏特高壓交流試驗(yàn)示范工程

2009年1月6日，我國自主研發(fā)、設(shè)計(jì)和建設(shè)的具有自主知識產(chǎn)權(quán)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(yàn)示范工程順利通過試運(yùn)行。這是中國第一條特高壓交流輸電線路，標(biāo)志著我國在遠(yuǎn)距離、大容量、低損耗的特高壓（UHV）核心技術(shù)和設(shè)備國產(chǎn)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(yīng)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(jīng)皖南、浙北到達(dá)上海，線路全長656公里，共有1421座鐵塔，整個(gè)工程計(jì)劃2013年底建成投運(yùn)。工程建成后，每年將能輸送超過500億度電，相當(dāng)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(yùn)，至此，國家電網(wǎng)已建成2項(xiàng)1000千伏交流和2項(xiàng)±800千伏直流工程，標(biāo)志著我國特高壓建設(shè)取得了新成果。原國家電網(wǎng)公司董事長、黨組書記劉振亞介紹："國家電網(wǎng)正在建設(shè)2項(xiàng)±800千伏直流工程，同時(shí)在研發(fā)±1100千伏直流技術(shù)和設(shè)備，輸電容量可達(dá)1375萬千瓦，經(jīng)濟(jì)輸電距離5000公里，將為構(gòu)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(wǎng)。"

國家電網(wǎng)還建立了系統(tǒng)的特高壓與智能電網(wǎng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系，已制訂企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)356項(xiàng)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)90項(xiàng)、國家標(biāo)準(zhǔn)44項(xiàng)，編制國際標(biāo)準(zhǔn)19項(xiàng)，特高壓交流電壓成為國際標(biāo)準(zhǔn)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(fēng)電從北部送到南部。同時(shí)，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(yīng)用前景。中國的特高壓輸電技術(shù)在世界上處于領(lǐng)先水平，作為國際標(biāo)準(zhǔn)電壓，中國的特高壓交流電壓標(biāo)準(zhǔn)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(gè)好的解決方案。"據(jù)介紹，印度、巴西、南非等國正在積極推進(jìn)特高壓交、直流工程建設(shè)，其中巴西等將采用我國的特高壓技術(shù)。

特高壓輸電是當(dāng)今最高效、最經(jīng)濟(jì)的遠(yuǎn)距離輸電方式。

發(fā)展歷史

2009年，中國首個(gè)1000千伏特高壓交流輸電工程投運(yùn)；2019年，世界首個(gè)正負(fù)1100千伏特高壓直流輸電工程在中國建成投運(yùn)。中國擁有全球規(guī)模最大的特高壓輸電網(wǎng)絡(luò)，實(shí)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(gè)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(jìn)位 。特高壓輸電是指1000kV及以上電壓的輸電工程及相關(guān)技術(shù)。特高壓輸電技術(shù)具有遠(yuǎn)距離、大容量、低損耗和經(jīng)濟(jì)性等特點(diǎn)。能大大提升電網(wǎng)的輸送能力。

據(jù)國家電網(wǎng)公司提供的數(shù)據(jù)顯示，一回路特高壓直流電網(wǎng)可以送600萬千瓦電量，相當(dāng)于現(xiàn)有500千伏直流電網(wǎng)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(jù)國家電網(wǎng)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(wǎng)指的是以1000kV輸電網(wǎng)為骨干網(wǎng)架，由超高壓輸電網(wǎng)、高壓輸電網(wǎng)，以及特高壓直流輸電、高壓直流輸電和配電網(wǎng)構(gòu)成的分層、分區(qū)、結(jié)構(gòu)清晰的現(xiàn)代化大電網(wǎng)。本書介紹了特高壓輸電技術(shù)的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢，高壓直流輸電相關(guān)知識及其設(shè)備，特高壓交流輸電和特高壓直流輸電相關(guān)知識及其設(shè)備，最后介紹了國內(nèi)外特高壓直流和特高壓交流輸電示范工程。

在構(gòu)建全球能源互聯(lián)網(wǎng)過程中，特高壓輸電技術(shù)會有更廣闊的發(fā)展空間和應(yīng)用市場。特高壓輸電技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)千千米、千萬千瓦級電力輸送和跨國、跨洲電網(wǎng)互聯(lián)，柔性輸電是提升系統(tǒng)運(yùn)行靈活性，滿足光伏、風(fēng)電等清潔能源友好并網(wǎng)、支撐清潔能源靈活配置的重要技術(shù)，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(wǎng)運(yùn)行靈活性和可靠性具有重要意義。

全球能源互聯(lián)網(wǎng)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(wǎng)的廣泛互聯(lián)，對特高壓輸電技術(shù)提出更高要求。構(gòu)建全球能源互聯(lián)網(wǎng)，電源側(cè)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(yuǎn)，電網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和自然環(huán)境也會越來越復(fù)雜，對供電可靠性、靈活性及經(jīng)濟(jì)性的要求會越來越高。因此，進(jìn)一步提升特高壓交直流、柔性輸電技術(shù)的送電能力和適用范圍，改進(jìn)穩(wěn)定特性和并網(wǎng)策略、提升安全性和靈活性，降低輸電成本是輸電技術(shù)未來發(fā)展的重要方向。

據(jù)此，報(bào)告梳理總結(jié)了當(dāng)前特高壓交直流輸電技術(shù)和柔性交直流輸電技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀、主要技術(shù)創(chuàng)新和工程實(shí)踐，結(jié)合未來大容量、遠(yuǎn)距離清潔能源輸電及更高可靠性、靈活性聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)需求，進(jìn)一步展望了各技術(shù)未來的發(fā)展方向，為行業(yè)發(fā)展提供參考。