霸氣!中國特高壓技術、裝備全球稱王 中國標準就是世界標準

2018年10月,昌吉-古泉±1100kV特高壓直流輸電工程順利完成了雙極低端直流系統調試,首次將疆電直接輸送到華東電網。昌吉-古泉±1100kV特高壓直流輸電工程

是世界上電壓等級最高、輸送容量最大、輸電距離最遠、技術水平最先進的特高壓直流輸電工程,是特高壓輸電領域持續創新的重要里程碑


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昌吉—古泉±1100kV特高壓直流輸電工程

諾貝爾物理學獎獲得者、美國能源部長朱棣文,曾發表題為《能源領域競爭正在成為美國新的衛星時刻》演講時說道:“中國挑戰美國創新領導地位並快速發展的一項重要領域,就是最高電壓、最高輸送容量、最低損耗的特高壓交流、直流輸電。”不僅如此, 國際大電網委員會秘書長讓·科瓦爾認為特高壓交流工程的投運“是電力工業發展史上的一個重要里程碑。”這也是迄今為止,國際權威人士給予中國特高壓的最高評價。

以特高壓為代表的超遠距離、超大規模輸電技術,是全球輸電技術中的制高點,為實現更大範圍內的能源資源優化配置提供了技術手段。特高壓由1000千伏及以上交流和±800千伏及以上直流輸電構成。特高壓家族裡的兩大孿生兄弟——特高壓交流與特高壓直流,在電網中缺一不可,只有配合使用、相互補充,才能更好地發揮作用。

比如,500千伏交流與直流是相互匹配的。因此,特高壓交流與直流也是匹配的。如果將500千伏直流比作大型船隻,那麼,特高壓直流就是萬噸巨輪,需要停靠安全、穩固的深水良港。這個深水港就是特高壓交流電網。還有另外一個比喻:特高壓直流好比直達航班,一飛到底,中途不能停。而特高壓交流則是高速公路,能快速到達目的地,在中途也有出口,能“停”。

中國需要特高壓

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地大物博是每個中國人引以自豪的對祖國的描述,然而豐饒的資源和近14億的人口並非均勻地分佈在960多萬平方公里的國土上:中東部經濟發達,人口稠密,生產製造企業集中,電能消耗量大;而發電用的資源中,煤炭儲藏主要在西北,如山西、陝西、內蒙古東部、寧夏以及新疆部分地區,水力資源主要分佈在西部地區和長江中上游、黃河上游以及西南的雅礱江、金沙江、瀾滄江、雅魯藏布江等,風、光等新能源更是大多在人跡罕至的空曠地帶才好集中採集。能源資源與負荷中心逆向分佈的國情,決定了長距離輸電是我國電力工業需要面對的重要挑戰之一。

根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,相當於現有 500 千伏直流電網的 5 到 6 倍,且送電距離也是後者的 2 到 3 倍。此外,根據國家電網公司 測算,輸送同樣功率的電量,如果採用特高壓線路輸電可以比採用 500 千伏 高壓線路節省 60%的土地資源。

未建設特高壓線路之前,我國主幹輸電網架以 500kV 為主,輸送距離較近, 而我國能源於負荷之間的距離較遠,原有架構無法滿足大規模長距離的電力輸送要求。2017 年我國跨區輸電量為 3609 億千瓦時,同比增長 17.43%,各地區之間經濟發展存在差異使得跨區輸電逐年增長。特高壓可緩解地區之間電源與負荷分佈不均,並提高能效、降低運行成本、提高電網整體效率。

我國特高壓商業化程度全球領先

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從世界電網的發展歷程看,輸電網已經有100多年應用歷史了。就輸電技術從低電壓到高電壓等級提升的過程看,西方國家一直領先,中國比世界發達國家首次出現更高電壓等級輸電網(超高壓輸電網)的時間也晚了大約20年。

20 世紀 60 年代以來,加拿大、前蘇 聯、美國、日本、意大利等國家先後進行特高壓輸電技術研究。1965 年加拿 大建成 735kV 電壓等級輸電線路,1967 年美國建 750KV 電壓等級的項目, 1985 年前蘇聯 1150kV 交流輸電線路,此後日本、意大利等國家先後建成特 高壓輸電項目,但這些項目在運行時都降低了電壓等級。

1972年6月16日,我國自行設計、自行製造設備、自行施工安裝的第一條330千伏超高壓輸變電線路——劉(劉家峽)—天(天水)—關(關中)線路——投入運行,而瑞典早在1952年就已經建成380千伏的輸電工程了。不僅如此,在750千伏輸電技術上,我們更是晚了40年。1965年加拿大最早建成麥尼誇根—魁北克市—蒙特利爾735千伏的輸電工程,而我國首次全面掌握750千伏電網建設及運行技術,是在2005年建成了青海官亭—甘肅蘭州東輸變電工程。

我國研究特高壓技術的起步時間晚於國外,但商業化程度領先於全球其他國家。我國對特高壓技術的跟蹤研究始於20世紀80年代,從2004年底開始集中開展大規模研究論證、技術攻關和工程實踐。 經過多年發展,我國電網架構方式已由孤立小電網向大區域電網升級。

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目前,我國已建成 8 條特高壓交流線路、13 條特高壓直流線路,在建 4 條特 高壓交流線路、2 條特高壓直流線路。為加大基礎設施領域補短板力度,發揮重點電網工程在優化投資結構、 清潔 能源消納、電力精準扶貧等方面的重要作用,2018 年 9 月國家能源局印發《關 於加快推進一批輸變電重點工程規劃建設工作的通知》(國能發電力[2018]70 號),提出加快推進白鶴灘至江蘇、白鶴灘至浙江特高壓直流等 9 項重點輸變 電工程建設。推進項目包括 12 條特高壓工程,共計輸電能力 5700 萬千瓦。

國產化率 90%以上 中國特高壓已成高端製造的“國家名片”

特高壓輸電工程帶動我國相關電源、輸配電設備等相關產業發展,推動我國電氣設備製造業升級。特高壓建設的核心是關鍵裝備。2006 年發改委明確提出我國特高壓工程所需設備要立足國內,走自主化開發研製和國內供貨的道路。2009 年 1 月 6 日,我國自主研發、設計和建設的具自主知識產權的 1000 千伏交流輸變電工程(晉東南—南陽—荊門特高壓交 流試驗示範工程)通過試運行,標誌著我國在遠距離、大容量、低損耗的特高壓核心技術和設備國產化上取得突破。

目前,我國已全面掌握特 高壓交流及直流規劃設計、試驗研究、設備研製、工程建設和運行管理等關鍵技術,並在國內國際上全面推廣應用,在特高壓領域由跟跑轉變為領跑,實現中國創造和中國引領。

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特高壓交流線路主要由變電站與輸電線路組成,升壓與降壓主要在變電站中完 成,涉及主設備包括主變壓器、電抗器、組合電器(GIS)、避雷器、互感器、 斷路器、隔離開關等。

特高壓交流變壓器主要由特變電工、保變電氣、中國西電和山東電力設備四家公司製造,其中特變電工市場份額相對領先。特高壓並聯電抗器是特高壓輸電系統中重要的無功調節設備,主要起無功補償 作用,相比於其他可控並聯電抗器,特高壓可控並聯電抗器電壓高、容量大, 對響應速度、諧波含量以及可靠性等性能指標及相關技術有著更高的要求。

特高壓電抗器市場主要被中國西電、保變電氣、特變電工和山東電力設備四家壟斷,其中中國西電市場份額相對領先。

組合電器(GIS) 是將主開關及避雷器等多項輔助設備封閉在特殊氣體中的罐式設備,也是 特高壓變電站的主設備之一,國內特高壓交流 GIS 製造商主要有平高電氣、 中國西電與新東北電氣,競爭格局相對較為穩定,其中平高電氣市場份額相對領先。

特高壓中國標準成為世界標準

特高壓推動中國電力技術實現重大進步,大幅提升了中國在國際電工領域的影響力和話語權。中國特高壓輸電自建成第一個示範工程以來,共完成180項關鍵技術研究課題,形成429項專利,建立了包含7大類79項標準的特高壓交流輸電標準體系,涵蓋系統研究、設備製造、調試試驗和運行維護等環節。

“一流企業做標準,二流企業做品牌,三流企業做產品。”目前我國的特高壓交流輸電標準電壓已被推薦為國際標準電壓,國際大電網委員會與電氣和電子工程師學會先後成立了由我國主導的9個特高壓輸電工作組,國際電工委員會(IEC)成立了特高壓交流輸電系統技術委員會(TC122)。我國成為繼美、德、英、法、日之後第六個國際電工委員會常任理事國,在國際標準制定方面的話語權和影響力顯著提升。標準化水平不僅是衡量一個企業核心競爭力的重要指標,也是衡量一個行業乃至國家核心競爭力的重要指標。通過制定標準搶佔技術制高點,已成為世界知名企業參與全球競爭、提高核心競爭力的重要途徑。

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巴西美麗山特高壓輸變電工程

2009年1月,中國獲得菲律賓國家輸電網特許經營權40%股權,此後,中國特高壓輸電的觸角先後伸向葡萄牙、澳大利亞、意大利、希臘及香港等7個國家和地區骨幹能源網,基本實現了全球佈局。2015年5月,巴西美麗山特高壓輸電項目奠基,該項目是國家電網公司在海外中標的首個特高壓直流輸電項目,標誌著特高壓技術“走出去”取得重大突破。此外,中國還正積極開展與俄羅斯、哈薩克斯坦、蒙古、巴基斯坦等周邊國家的電力能源合作,加快推進有關特高壓聯網工程的規劃、前期建設工作,預計到2025年基本實現與周邊國家電網的互聯互通。

歷經多年發展,我國特高壓交直流輸電工程中的設備國產化率達 到 90%以上,特高壓交流電壓成為國際標準。我國在特高壓換流變、換流閥、 穿牆套管等設備領域取得突破,全面提升了電氣設備行業的綜合競爭力。中國全面掌握了特高壓核心技術,成為世界首個也是唯一成功掌握並實際應用特高壓技術的國家。這讓中國的“特高壓人”能夠完全有底氣地喊出,“中國標準就是世界標準”。


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