特高壓交、直流路線激辯：是選擇還是共存？

　　特高壓輸電被譽(yù)為“電力高速公路”。在全球筑“路”的競(jìng)逐中，中國(guó)已領(lǐng)先半個(gè)身位。2009年1月，中國(guó)自主研發(fā)、設(shè)計(jì)和建設(shè)的1000千伏晉東南-南陽(yáng)-荊門特高壓交流試驗(yàn)示范工程建成并投入商用。這成為迄今為止全球電壓等級(jí)最高、輸送能力最大、技術(shù)水平最先進(jìn)的特高壓交流輸變電工程。此后數(shù)年間，中國(guó)在特高壓電網(wǎng)領(lǐng)域?qū)矣歇?jiǎng)項(xiàng)斬獲，自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的技術(shù)也創(chuàng)下先例。

　　縱覽世界電網(wǎng)百年發(fā)展史，雖然直流交流之辯存在多時(shí)，但電壓等級(jí)由低至高、聯(lián)網(wǎng)規(guī)模由小到大這一資源配置趨勢(shì)卻從未改變。當(dāng)能源短缺、氣候變化的陰影逐漸成為世界性的難題，發(fā)展以特高壓交直流電網(wǎng)為骨干網(wǎng)架的堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)，連通電力高速公路，已是多個(gè)大國(guó)的選擇。其中，中國(guó)的印記正在顯現(xiàn)。

　　前傳：交、直流之辯

　　雖然中國(guó)成功實(shí)施特高壓輸電贏得了全世界的積極評(píng)價(jià)，但特高壓輸電技術(shù)的發(fā)展，始終與爭(zhēng)議相伴。一開始，焦點(diǎn)集中于特高壓輸電的安全性、性價(jià)比以及相關(guān)電工裝備的國(guó)產(chǎn)化能力。此后，爭(zhēng)論又集中在特高壓交流、直流的優(yōu)劣之辯。

　　早在19世紀(jì)末，科學(xué)界就曾上演過“交、直流之爭(zhēng)”。發(fā)明家愛迪生、物理學(xué)家開爾文極力主張直流輸電，威斯汀豪斯和費(fèi)朗蒂則主張交流輸電。最終，交流輸電以組網(wǎng)和便捷的升壓優(yōu)勢(shì)，成為電力系統(tǒng)發(fā)展的起點(diǎn)。

　　一百多年過去，交流電雖然占據(jù)著電網(wǎng)發(fā)電的主流，但直流電的相對(duì)優(yōu)勢(shì)仍舊存在。中國(guó)工程院院士李國(guó)杰受訪時(shí)表示，大功率電力電子技術(shù)的發(fā)展與成熟，使得直流輸電受到青睞，遠(yuǎn)距離大功率輸送促使直流輸電進(jìn)一步發(fā)展。同樣電壓等級(jí)的直流電能還具有輸送功率更大、損耗更小的優(yōu)勢(shì)。

　　中國(guó)科學(xué)院院士、中國(guó)電科院研究員周孝信指出，直流輸電和交流輸電只能互補(bǔ)，不能互相取代。他打了兩個(gè)比方，直流輸電只具有輸電功能、不能形成網(wǎng)絡(luò)，類似于“直達(dá)航班”，中間不能落點(diǎn)，定位于超遠(yuǎn)距離、超大容量“點(diǎn)對(duì)點(diǎn)”輸電。

　　直流輸電可以減少或避免大量過網(wǎng)潮流，潮流方向和大小均能方便地進(jìn)行控制，而高壓直流輸電必須依附于堅(jiān)強(qiáng)的交流電網(wǎng)才能發(fā)揮作用。

　　與直流輸電相比，交流輸電則具有輸電和構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)雙重功能，類似于“公路交通網(wǎng)”，可以根據(jù)電源分布、負(fù)荷布點(diǎn)、輸送電力、電力交換等實(shí)際需要構(gòu)成電網(wǎng)。中間可以落點(diǎn)，電力的接入、傳輸和消納十分靈活，定位于構(gòu)建堅(jiān)強(qiáng)的各級(jí)輸電網(wǎng)絡(luò)和經(jīng)濟(jì)距離下的大容量、遠(yuǎn)距離輸電，廣泛應(yīng)用于電源的送出，為直流輸電提供重要支撐。

　　為此，直流輸電與交流輸電，從如何抉擇，走向了如何共存。中國(guó)工程院院士、國(guó)網(wǎng)電科院研究院薛禹勝表示，電網(wǎng)的發(fā)展不可能單純依靠直流輸電，也不可能單純依靠交流輸電，需要構(gòu)建交流、直流相互支撐的堅(jiān)強(qiáng)電網(wǎng)。無(wú)論從技術(shù)、安全還是經(jīng)濟(jì)的角度，構(gòu)建交直流混合電網(wǎng)，才能充分發(fā)揮各自的功能和優(yōu)勢(shì)，這已是電網(wǎng)發(fā)展的基本共識(shí)。

　　目前，全球大量國(guó)家都采用了大范圍交直流混合電網(wǎng)技術(shù)。隨著電壓等級(jí)從10千伏、110千伏到500千伏、1000千伏，電網(wǎng)規(guī)模不斷擴(kuò)大，交直流輸電技術(shù)在工程上也逐步實(shí)現(xiàn)高度融合。

　　特高壓緣何適用于中國(guó)

　　人類發(fā)現(xiàn)并運(yùn)用電力以來(lái)，需求始終以幾何級(jí)數(shù)增長(zhǎng)。相應(yīng)地，電網(wǎng)也經(jīng)歷著電壓等級(jí)由低到高、聯(lián)網(wǎng)規(guī)模由小到大、資源配置能力由弱到強(qiáng)的發(fā)展過程。1891年，世界上第一條高壓輸電線路誕生時(shí)，電壓為13.8千伏。44年之后，美國(guó)建成人類社會(huì)第一條275千伏的超高壓線路。此后，當(dāng)時(shí)的蘇聯(lián)和美國(guó)相繼刷新紀(jì)錄，直到2009年，中國(guó)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的1000千伏特高壓交流工程投運(yùn)，宣告世界電網(wǎng)進(jìn)入特高壓時(shí)代。

　　具備顯著優(yōu)勢(shì)的特高壓電網(wǎng)技術(shù)，為何在中國(guó)率先落地?這與中國(guó)的能源布局及需求緊密相關(guān)。

　　國(guó)家電網(wǎng)公司董事長(zhǎng)、黨組書記劉振亞在不久前出版的《特高壓交直流電網(wǎng)》一書中指出，從中國(guó)的能源布局來(lái)看，76%的煤炭資源在北部和西北部，80%的水能資源在西南部，90%的陸地風(fēng)能主要集中在西北、東北和華北北部，太陽(yáng)能日照超過3000小時(shí)地區(qū)主要在西藏、青海、寧夏、新疆等西部省區(qū);與此同時(shí)，70%以上的能源需求集中在東中部，大型能源基地與東中部地區(qū)負(fù)荷中心之間的輸電距離為1000-3000公里，迫切要求電力實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)高效的大規(guī)模送出和大范圍消納。

　　“隨著煤炭開發(fā)的重點(diǎn)逐步西移和北移，西部水電大規(guī)模集約化開發(fā)利用，電力發(fā)展方式正在加快轉(zhuǎn)變，由就地平衡發(fā)展模式轉(zhuǎn)變?yōu)榇箅娋W(wǎng)聯(lián)網(wǎng)供電模式。”劉振亞表示，“東部地區(qū)由于環(huán)境壓力大、運(yùn)輸成本高、土地資源緊張，已不適宜再大規(guī)模建設(shè)燃煤電廠，客觀上決定了中國(guó)能源和電力發(fā)展必須走遠(yuǎn)距離、大規(guī)模輸電和全國(guó)范圍優(yōu)化資源配置的道路?！?/p>

　　而建設(shè)特高壓電網(wǎng)，就是為了滿足大規(guī)模、遠(yuǎn)距離、高效率電力輸送，保障能源供應(yīng)的需要。

　　“根據(jù)我國(guó)能源分布與消耗的區(qū)域特點(diǎn)，未來(lái)能源的流向是北部煤電、西南水電向華北、華中、華東等地區(qū)輸送。特高壓電網(wǎng)的建設(shè)有利于能源資源的優(yōu)化配置，也有利于西部地區(qū)將資源優(yōu)勢(shì)轉(zhuǎn)化為經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)。”東南大學(xué)電氣工程學(xué)院院長(zhǎng)黃學(xué)良說。

　　在中國(guó)西電集團(tuán)公司副總工程師宓傳龍看來(lái)，隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展和能源電力需求的迅猛增長(zhǎng)，特高壓交直流電網(wǎng)的發(fā)展已由基礎(chǔ)技術(shù)研究、設(shè)備研制、工程示范步入建設(shè)實(shí)施階段，特高壓電網(wǎng)承擔(dān)起將西北、東北、蒙西、川西、西藏及境外電力輸送至我國(guó)東中部地區(qū)負(fù)荷中心的重要職能，為能源安全提供支撐。

　　從需求到現(xiàn)實(shí)，中國(guó)在特高壓交直流電網(wǎng)領(lǐng)域快馬加鞭。目前，中國(guó)已建成“兩高兩直”特高壓工程，并始終保持安全穩(wěn)定運(yùn)行，用事實(shí)證明了特高壓輸電的可行性和成熟度?；谔馗邏杭夹g(shù)的跨國(guó)、跨洲能源輸送和電網(wǎng)互聯(lián)建設(shè)，全球范圍內(nèi)解決能源問題，可能也需要借力特高壓電網(wǎng)。據(jù)悉，印度、巴西、南非、俄羅斯等國(guó)都已在積極發(fā)展特高壓電網(wǎng)。

　　特高壓改變了什么

　　相對(duì)于此前的電網(wǎng)，特高壓電網(wǎng)有哪些改變?

　　首先是“有電自遠(yuǎn)方來(lái)”。2013年，罕見的持續(xù)高溫在全國(guó)范圍內(nèi)造成了用電高峰。入夏后全國(guó)日發(fā)電量累計(jì)10余次創(chuàng)下新高，其中8月6日全國(guó)發(fā)電量達(dá)174.19億千瓦時(shí)，較2012年夏季最大值增長(zhǎng)14.65%。國(guó)家電網(wǎng)經(jīng)營(yíng)區(qū)域華北、華東、華中、西北4個(gè)區(qū)域電網(wǎng)及21個(gè)省級(jí)電網(wǎng)用電負(fù)荷均創(chuàng)歷史新高。

　　面對(duì)如此挑戰(zhàn)，雖然局部地區(qū)出現(xiàn)了電力缺口，但電力供需仍保持了總體平衡，背后的工程之一，就是特高壓電網(wǎng)。在發(fā)電量充足的背景下，跨區(qū)跨省電網(wǎng)輸送能力大幅提升，保障了電力供需的總體平衡。晉東南-南陽(yáng)-荊門1000千伏特高壓交流過程及其擴(kuò)建工程，四川向家壩-上?！?00千伏特高壓直流工程，四川錦屏 -蘇南±800千伏特高壓直流工程都承擔(dān)了重任。國(guó)網(wǎng)上海市電力公司相關(guān)負(fù)責(zé)人表示，向家壩-上海工程是至為關(guān)鍵的上海市外來(lái)電電源，它的滿送對(duì)上海電網(wǎng)迎峰度夏意義重大。工程穩(wěn)定供電上海300萬(wàn)千瓦時(shí)，占上海最高負(fù)荷的10%

　　2013年上半年，國(guó)家電力市場(chǎng)交易量2489.07億千瓦時(shí)，其中特高壓交易電量236.15千瓦時(shí)，同比增長(zhǎng)127.42%。相應(yīng)地，電網(wǎng)規(guī)模也翻了一番，逐步實(shí)現(xiàn)了從薄弱到堅(jiān)強(qiáng)，從傳統(tǒng)到智能的轉(zhuǎn)變。正是有了特高壓電網(wǎng)這條“電力高速公路”，跨區(qū)跨省的電力輸送得以保障，電力“送得出、落得下、用得上”，有電自遠(yuǎn)方來(lái)，一改過去需要區(qū)域性拉閘限電的窘迫。

　　問題是，遠(yuǎn)方的電如何進(jìn)入電網(wǎng)?這也與特高壓電網(wǎng)的功能有關(guān)。

　　中國(guó)工程院院士、中國(guó)電科院院長(zhǎng)郭劍波如此解讀特高壓電網(wǎng)：隨著特高壓交直流輸電技術(shù)的全面推廣應(yīng)用，電網(wǎng)不僅是傳統(tǒng)意義上的電能輸送載體，還是功能強(qiáng)大的能源轉(zhuǎn)換、高效配置和互動(dòng)服務(wù)平臺(tái)。通過這個(gè)平臺(tái)，煤炭、水能、風(fēng)能、太陽(yáng)能、核能、生物質(zhì)能、潮汐能等一次能源能夠轉(zhuǎn)換為電能，實(shí)現(xiàn)多能互補(bǔ)、協(xié)調(diào)開發(fā)、合理利用;能夠連接大型能源基地和負(fù)荷中心，實(shí)現(xiàn)電力遠(yuǎn)距離、大規(guī)模、高效率輸送，在更大范圍內(nèi)優(yōu)化能源配置;能夠與互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、智能移動(dòng)終端等相互融合，滿足客戶多樣化需求，實(shí)現(xiàn)安全、高效、清潔的能源發(fā)展目標(biāo)。

　　特高壓的中國(guó)實(shí)踐

　　按照國(guó)家能源規(guī)劃，加快推進(jìn)國(guó)家綜合能源基地建設(shè)，通過加大西電東送、北電南送輸電規(guī)模，在更大范圍內(nèi)配置電力資源，解決電力發(fā)展中存在的生態(tài)環(huán)境日益惡化、能源供應(yīng)成本持續(xù)上漲和煤電運(yùn)持續(xù)緊張的矛盾。這是世界其他國(guó)家不曾遇到過的，而解決問題的關(guān)鍵，則是構(gòu)建“強(qiáng)交強(qiáng)直”的特高壓輸電網(wǎng)絡(luò)。

　　2009年1月，中國(guó)自主研發(fā)、設(shè)計(jì)和建設(shè)的1000千伏晉東南-南陽(yáng)-荊門特高壓交流試驗(yàn)示范工程建成并投運(yùn)。2010年7月，向家壩-上?！?00千伏特高壓直流輸電示范工程建成并投運(yùn)。此后3年間，國(guó)家電網(wǎng)公司又建成了兩個(gè)特高壓交流輸電工程和兩個(gè)特高壓直流輸電工程。

　　上海交通大學(xué)原黨委書記、電氣工程教授王宗光介紹說，2011年4月，特高壓交流試驗(yàn)示范工程獲中國(guó)工業(yè)大獎(jiǎng)，并被國(guó)際大電網(wǎng)組織譽(yù)為“一個(gè)偉大的技術(shù)成就”。2013年2月，“特高壓交流輸電技術(shù)、成套設(shè)備及工程應(yīng)用”榮獲國(guó)家科學(xué)技術(shù)進(jìn)步獎(jiǎng)特等獎(jiǎng)，中國(guó)擁有完整的自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，同時(shí)也是世界上唯一掌握這項(xiàng)技術(shù)的國(guó)家。國(guó)際電工委員會(huì)評(píng)價(jià)認(rèn)為，中國(guó)建成世界上電壓等級(jí)最高、輸電能力最強(qiáng)的交流輸電工程，是“電力工業(yè)發(fā)展史上的一個(gè)重要里程碑”，確立了中國(guó)在特高壓輸電領(lǐng)域的國(guó)際領(lǐng)先地位。

　　歷經(jīng)多年探索，中國(guó)特高壓電網(wǎng)建樹頗豐：建成特高壓交流、特高壓直流、高海拔、工程力學(xué)四個(gè)試驗(yàn)基地和大電網(wǎng)仿真、直流成套設(shè)計(jì)兩個(gè)研發(fā)中心;在特高壓交直流輸變電、大電網(wǎng)控制保護(hù)、智能電網(wǎng)、清潔能源接入等領(lǐng)域取得一批世界級(jí)創(chuàng)新成果;建立了特高壓與智能電網(wǎng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系，已制定企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)363項(xiàng)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)145項(xiàng)、國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)66項(xiàng)，編制國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)19項(xiàng)，中國(guó)的特高壓交流電壓成為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)電壓。劉振亞表示，以特高壓為最高電壓等級(jí)的電網(wǎng)建設(shè)新紀(jì)元開啟了，在電網(wǎng)科技領(lǐng)域，實(shí)現(xiàn)了“中國(guó)引領(lǐng)”和“中國(guó)創(chuàng)造”，中國(guó)完成了從追趕到超越的歷史性轉(zhuǎn)變。

　　特高壓應(yīng)對(duì)能源變局

　　發(fā)展清潔能源，已成為全球范圍內(nèi)應(yīng)對(duì)氣候變化的共同選擇。受能源資源稟賦影響，中國(guó)的能源消費(fèi)仍以煤為主，清潔能源在一次能源消費(fèi)中所占比重較低。相關(guān)研究顯示，要實(shí)現(xiàn)2020年非化石能源占一次能源消費(fèi)總量比重達(dá)到15%的目標(biāo)，水電裝機(jī)容量應(yīng)達(dá)到3-3.5億千瓦，核電裝機(jī)容量應(yīng)達(dá)到8000萬(wàn)千瓦左右，風(fēng)電裝機(jī)容量應(yīng)達(dá)到1.5億千瓦左右，太陽(yáng)能發(fā)電裝機(jī)應(yīng)達(dá)到2000萬(wàn)千瓦左右。

　　這就倒逼著中國(guó)的能源格局發(fā)生轉(zhuǎn)變。在劉振亞看來(lái)，特高壓電網(wǎng)建設(shè)的背后，是能源觀的轉(zhuǎn)變，“建設(shè)以特高壓電網(wǎng)為骨干網(wǎng)架的堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)，是解決能源和電力發(fā)展深層次矛盾的治本之策，是滿足各類大型能源基地和新能源大規(guī)模發(fā)展的迫切需要”。他呼吁要有“大能源觀”，以全球化視野、可持續(xù)理念推動(dòng)能源結(jié)構(gòu)由高碳轉(zhuǎn)向低碳、能源利用由粗放轉(zhuǎn)向集約、能源配置由局部地區(qū)轉(zhuǎn)向全球范圍。

　　從中國(guó)現(xiàn)實(shí)而言，國(guó)內(nèi)80%的水能資源分布在四川、云南、西藏等西南部地區(qū)，風(fēng)能資源主要集中在華北、西北、東北等“三北”地區(qū)和東部沿海，國(guó)家規(guī)劃的甘肅酒泉、新疆哈密、河北、蒙西、蒙東、吉林、江蘇沿海等7個(gè)千萬(wàn)千瓦級(jí)風(fēng)電基地，有6個(gè)位于“三北”地區(qū)，適宜規(guī)?；虚_發(fā)的太陽(yáng)能發(fā)電主要分布在西部和北部的沙漠、戈壁灘等偏遠(yuǎn)地區(qū)。而中國(guó)能源需求主要分布在華北、華中和華東等“三華”地區(qū)。

　　中國(guó)西部、北部地區(qū)的清潔能源基地與中東部負(fù)荷中心地區(qū)的距離一般為 800-3000公里，依靠現(xiàn)有輸電技術(shù)，很難滿足能源資源大規(guī)模、遠(yuǎn)距離輸送需求，從而限制清潔能源的規(guī)?；l(fā)展，成為經(jīng)濟(jì)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的一大短板。建設(shè)特高壓電網(wǎng)，加強(qiáng)區(qū)域互聯(lián)，擴(kuò)大消納范圍，是促進(jìn)清潔能源規(guī)?；l(fā)展、實(shí)現(xiàn)中國(guó)應(yīng)對(duì)氣候變化國(guó)際承諾的的重要途徑。

　　根據(jù)規(guī)劃，到 2020年，國(guó)家電網(wǎng)公司經(jīng)營(yíng)區(qū)域內(nèi)的東中部12個(gè)受電省市需要從區(qū)外受進(jìn)電力達(dá)3.5億千瓦，風(fēng)電和太陽(yáng)能等裝機(jī)容量將分別達(dá)到2億千瓦和5000萬(wàn)千瓦。相應(yīng)地，國(guó)家電網(wǎng)公司將建成“五縱五橫”特高壓交流網(wǎng)架和27項(xiàng)特高壓直流輸電工程，具備4.5億千瓦電能大范圍配置能力，滿足輸送5.5億千瓦清潔能源的需求。屆時(shí)，每年可消納清潔能源1.7萬(wàn)億千瓦時(shí)，替代原煤7億噸，減排二氧化碳14億噸、二氧化硫390萬(wàn)噸。

　　一張以特高壓電網(wǎng)為起點(diǎn)的能源藍(lán)圖，正在漸次展開。

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