霸气!中国特高压技术、装备全球称王 中国标准就是世界标准

2018年10月,昌吉-古泉±1100kV特高压直流输电工程顺利完成了双极低端直流系统调试,首次将疆电直接输送到华东电网。昌吉-古泉±1100kV特高压直流输电工程

是世界上电压等级最高、输送容量最大、输电距离最远、技术水平最先进的特高压直流输电工程,是特高压输电领域持续创新的重要里程碑


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昌吉—古泉±1100kV特高压直流输电工程

诺贝尔物理学奖获得者、美国能源部长朱棣文,曾发表题为《能源领域竞争正在成为美国新的卫星时刻》演讲时说道:“中国挑战美国创新领导地位并快速发展的一项重要领域,就是最高电压、最高输送容量、最低损耗的特高压交流、直流输电。”不仅如此, 国际大电网委员会秘书长让·科瓦尔认为特高压交流工程的投运“是电力工业发展史上的一个重要里程碑。”这也是迄今为止,国际权威人士给予中国特高压的最高评价。

以特高压为代表的超远距离、超大规模输电技术,是全球输电技术中的制高点,为实现更大范围内的能源资源优化配置提供了技术手段。特高压由1000千伏及以上交流和±800千伏及以上直流输电构成。特高压家族里的两大孪生兄弟——特高压交流与特高压直流,在电网中缺一不可,只有配合使用、相互补充,才能更好地发挥作用。

比如,500千伏交流与直流是相互匹配的。因此,特高压交流与直流也是匹配的。如果将500千伏直流比作大型船只,那么,特高压直流就是万吨巨轮,需要停靠安全、稳固的深水良港。这个深水港就是特高压交流电网。还有另外一个比喻:特高压直流好比直达航班,一飞到底,中途不能停。而特高压交流则是高速公路,能快速到达目的地,在中途也有出口,能“停”。

中国需要特高压

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地大物博是每个中国人引以自豪的对祖国的描述,然而丰饶的资源和近14亿的人口并非均匀地分布在960多万平方公里的国土上:中东部经济发达,人口稠密,生产制造企业集中,电能消耗量大;而发电用的资源中,煤炭储藏主要在西北,如山西、陕西、内蒙古东部、宁夏以及新疆部分地区,水力资源主要分布在西部地区和长江中上游、黄河上游以及西南的雅砻江、金沙江、澜沧江、雅鲁藏布江等,风、光等新能源更是大多在人迹罕至的空旷地带才好集中采集。能源资源与负荷中心逆向分布的国情,决定了长距离输电是我国电力工业需要面对的重要挑战之一。

根据国家电网公司提供的数据显示, 一回路特高压直流电网可以送 600 万千瓦电量,相当于现有 500 千伏直流电网的 5 到 6 倍,且送电距离也是后者的 2 到 3 倍。此外,根据国家电网公司 测算,输送同样功率的电量,如果采用特高压线路输电可以比采用 500 千伏 高压线路节省 60%的土地资源。

未建设特高压线路之前,我国主干输电网架以 500kV 为主,输送距离较近, 而我国能源于负荷之间的距离较远,原有架构无法满足大规模长距离的电力输送要求。2017 年我国跨区输电量为 3609 亿千瓦时,同比增长 17.43%,各地区之间经济发展存在差异使得跨区输电逐年增长。特高压可缓解地区之间电源与负荷分布不均,并提高能效、降低运行成本、提高电网整体效率。

我国特高压商业化程度全球领先

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从世界电网的发展历程看,输电网已经有100多年应用历史了。就输电技术从低电压到高电压等级提升的过程看,西方国家一直领先,中国比世界发达国家首次出现更高电压等级输电网(超高压输电网)的时间也晚了大约20年。

20 世纪 60 年代以来,加拿大、前苏 联、美国、日本、意大利等国家先后进行特高压输电技术研究。1965 年加拿 大建成 735kV 电压等级输电线路,1967 年美国建 750KV 电压等级的项目, 1985 年前苏联 1150kV 交流输电线路,此后日本、意大利等国家先后建成特 高压输电项目,但这些项目在运行时都降低了电压等级。

1972年6月16日,我国自行设计、自行制造设备、自行施工安装的第一条330千伏超高压输变电线路——刘(刘家峡)—天(天水)—关(关中)线路——投入运行,而瑞典早在1952年就已经建成380千伏的输电工程了。不仅如此,在750千伏输电技术上,我们更是晚了40年。1965年加拿大最早建成麦尼夸根—魁北克市—蒙特利尔735千伏的输电工程,而我国首次全面掌握750千伏电网建设及运行技术,是在2005年建成了青海官亭—甘肃兰州东输变电工程。

我国研究特高压技术的起步时间晚于国外,但商业化程度领先于全球其他国家。我国对特高压技术的跟踪研究始于20世纪80年代,从2004年底开始集中开展大规模研究论证、技术攻关和工程实践。 经过多年发展,我国电网架构方式已由孤立小电网向大区域电网升级。

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目前,我国已建成 8 条特高压交流线路、13 条特高压直流线路,在建 4 条特 高压交流线路、2 条特高压直流线路。为加大基础设施领域补短板力度,发挥重点电网工程在优化投资结构、 清洁 能源消纳、电力精准扶贫等方面的重要作用,2018 年 9 月国家能源局印发《关 于加快推进一批输变电重点工程规划建设工作的通知》(国能发电力[2018]70 号),提出加快推进白鹤滩至江苏、白鹤滩至浙江特高压直流等 9 项重点输变 电工程建设。推进项目包括 12 条特高压工程,共计输电能力 5700 万千瓦。

国产化率 90%以上 中国特高压已成高端制造的“国家名片”

特高压输电工程带动我国相关电源、输配电设备等相关产业发展,推动我国电气设备制造业升级。特高压建设的核心是关键装备。2006 年发改委明确提出我国特高压工程所需设备要立足国内,走自主化开发研制和国内供货的道路。2009 年 1 月 6 日,我国自主研发、设计和建设的具自主知识产权的 1000 千伏交流输变电工程(晋东南—南阳—荆门特高压交 流试验示范工程)通过试运行,标志着我国在远距离、大容量、低损耗的特高压核心技术和设备国产化上取得突破。

目前,我国已全面掌握特 高压交流及直流规划设计、试验研究、设备研制、工程建设和运行管理等关键技术,并在国内国际上全面推广应用,在特高压领域由跟跑转变为领跑,实现中国创造和中国引领。

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特高压交流线路主要由变电站与输电线路组成,升压与降压主要在变电站中完 成,涉及主设备包括主变压器、电抗器、组合电器(GIS)、避雷器、互感器、 断路器、隔离开关等。

特高压交流变压器主要由特变电工、保变电气、中国西电和山东电力设备四家公司制造,其中特变电工市场份额相对领先。特高压并联电抗器是特高压输电系统中重要的无功调节设备,主要起无功补偿 作用,相比于其他可控并联电抗器,特高压可控并联电抗器电压高、容量大, 对响应速度、谐波含量以及可靠性等性能指标及相关技术有着更高的要求。

特高压电抗器市场主要被中国西电、保变电气、特变电工和山东电力设备四家垄断,其中中国西电市场份额相对领先。

组合电器(GIS) 是将主开关及避雷器等多项辅助设备封闭在特殊气体中的罐式设备,也是 特高压变电站的主设备之一,国内特高压交流 GIS 制造商主要有平高电气、 中国西电与新东北电气,竞争格局相对较为稳定,其中平高电气市场份额相对领先。

特高压中国标准成为世界标准

特高压推动中国电力技术实现重大进步,大幅提升了中国在国际电工领域的影响力和话语权。中国特高压输电自建成第一个示范工程以来,共完成180项关键技术研究课题,形成429项专利,建立了包含7大类79项标准的特高压交流输电标准体系,涵盖系统研究、设备制造、调试试验和运行维护等环节。

“一流企业做标准,二流企业做品牌,三流企业做产品。”目前我国的特高压交流输电标准电压已被推荐为国际标准电压,国际大电网委员会与电气和电子工程师学会先后成立了由我国主导的9个特高压输电工作组,国际电工委员会(IEC)成立了特高压交流输电系统技术委员会(TC122)。我国成为继美、德、英、法、日之后第六个国际电工委员会常任理事国,在国际标准制定方面的话语权和影响力显著提升。标准化水平不仅是衡量一个企业核心竞争力的重要指标,也是衡量一个行业乃至国家核心竞争力的重要指标。通过制定标准抢占技术制高点,已成为世界知名企业参与全球竞争、提高核心竞争力的重要途径。

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巴西美丽山特高压输变电工程

2009年1月,中国获得菲律宾国家输电网特许经营权40%股权,此后,中国特高压输电的触角先后伸向葡萄牙、澳大利亚、意大利、希腊及香港等7个国家和地区骨干能源网,基本实现了全球布局。2015年5月,巴西美丽山特高压输电项目奠基,该项目是国家电网公司在海外中标的首个特高压直流输电项目,标志着特高压技术“走出去”取得重大突破。此外,中国还正积极开展与俄罗斯、哈萨克斯坦、蒙古、巴基斯坦等周边国家的电力能源合作,加快推进有关特高压联网工程的规划、前期建设工作,预计到2025年基本实现与周边国家电网的互联互通。

历经多年发展,我国特高压交直流输电工程中的设备国产化率达 到 90%以上,特高压交流电压成为国际标准。我国在特高压换流变、换流阀、 穿墙套管等设备领域取得突破,全面提升了电气设备行业的综合竞争力。中国全面掌握了特高压核心技术,成为世界首个也是唯一成功掌握并实际应用特高压技术的国家。这让中国的“特高压人”能够完全有底气地喊出,“中国标准就是世界标准”。


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