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[分享]特高压,破解电网瓶颈的钥匙

发表于2011-02-28     271人浏览     0人跟帖    复制链接  只看楼主

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NorthernStar

标签: 供电 行业动态

21世纪的头十年,我国电力建设速度之快超过了以往任何时候,电力装机从2000年的3.2亿千瓦迅速增长到目前的8亿千瓦。特别是“十一五”期间,我国新增电力装机达到4.3亿千瓦,5年完成了过去50多年的电力装机总容量,每年的新增装机超过英国全国装机。


但是,在电源建设高速发展的同时,电力行业长期存在的重电源建设、轻电网建设的问题并没有根本解决。由于电网建设滞后,导致一系列新的问题和矛盾产生。比如,火电站建设的提速使原本就紧张的运输瓶颈火上浇油,到用电高峰期,全国有不少电厂电煤库存告急,“燃煤之急”几近常态。西南部水电、西北部风电由于外送受阻,而不得不弃水、弃风,清洁的可再生能源开发受到阻碍……


今年是“十二五”的开局之年,“十一五”暴露出来的这些问题在“十二五”会不会得到根本性的解决?有关电力专家告诉我们,随着特高压电网建设的提速,这些难题或将成为历史。


特高压建设“十二五”或将破冰提速


2011年新年刚过,1月6日,国家发改委就批复了特高压交流试验示范工程扩建工程。该工程计划于年内投运,扩建后输送容量将扩大至500万千瓦。而这一扩建工程,成为“十二五”期间我国特高压建设的起步工程。


仅仅相隔20天,1月26日国家电网公司又宣布,要全力推进±1100千伏特高压直流研究,5年内将建成示范工程,从而为外送距离超过2400公里的大型能源基地提供支撑。


在“十二五”的开局之年,特高压建设就紧锣密鼓地拉开了序幕。


据有关部门预测,“十二五”期间,我国电力需求将继续保持快速增长势头,年均增速将达到8%以上,年均电力装机容量增长近1亿千瓦。到“十二五”末期,我国电力装机预计将达到14.4亿千瓦左右。为保障能源需求,我国还将加快建设晋陕宁蒙新等煤电基地,金沙江、雅砻江、大渡河等流域大型水电基地,以及新疆、甘肃、内蒙古、吉林、河北、江苏等多个千万千瓦级风电基地。到2015年,以上煤电、水电、风电外送规模将分别达到1.5亿千瓦、5000万千瓦和6000万千瓦左右。


如此大容量远距离的跨区域送电,要解决电网外送瓶颈,发展特高压就成为“十二五”电网建设的重中之重。


国家电网公司在“十二五”规划中提出,今后我国将建设联接大型能源基地与主要负荷中心的“三纵三横”特高压骨干网架和13项直流输电工程(其中特高压直流10项),形成大规模“西电东送”、“北电南送”的能源配置格局。到2015年,基本建成以特高压电网为骨干网架、各级电网协调发展,具有信息化、自动化、互动化特征的坚强智能电网,形成“三华”(华北、华中、华东)、西北、东北三大同步电网,使国家电网的资源配置能力、经济运行效率、安全水平、科技水平和智能化水平得到全面提升。


“十二五”,中国或将全面迎来特高压时代。


为什么会是特高压?


所谓特高压电网是指交流1000千伏、直流正负800千伏及以上电压等级的输电网络,它的最大特点就是可以长距离、大容量、低损耗输送电力。据测算,1000千伏交流特高压输电线路的输电能力超过500万千瓦,接近500千伏超高压交流输电线路的5倍。±800千伏直流特高压的输电能力达到700万千瓦,是±500千伏超高压直流线路输电能力的2.4倍。


之所以选择特高压作为解决我国电网瓶颈的关键技术,是针对我国的特殊国情做出的决策。


据国网能源研究院副总经济师兼能源战略与规划研究所所长白建华解释,我国76%的煤炭资源分布在北部和西北部;80%的水能资源分布在西南部;绝大部分陆地风能、太阳能资源分布在西北部。同时,70%以上的能源需求却集中在东中部。能源基地与负荷中心的距离在1000到3000公里。


这样一种布局提供了两种选择:要么在负荷中心区建设电站,要么在能源中心区建设电站后外送电力。


在负荷中心区大规模展开电源建设显然会受到种种制约。比如煤炭运输问题、环境容量问题等等。而且,建设火电还可以靠煤炭运输,而水电、风电由于不可能把水和风像煤那样运输,因此就更是无法实现。一边是无法大规模建设电源点,一边又守着水能、风能等宝贵的清洁能源望洋兴叹,可见在负荷中心大规模开展电源建设这条思路是不可行的。


于是,在能源资源丰富的西部、北部地区建设电源,然后把电力送到符合中心就成为唯一选择。


那么现有的电网能否实现这样的电力大搬运?电网专家告诉我们,不可能。因为,目前的500千伏超高压线路不仅输电量小,更主要是无法实现远距离输送。


因此,电网专家指出,通过建设可以大容量远距离而且低损耗输电的特高压电网就成为“十二五”电网建设的重中之重,而且是最佳选择。


中国工程院院士薛禹胜认为,特高压不仅具有长距离、大容量转移能源的能力,而且可以缓解运输压力,提高经济效益,促进清洁能源开发。


首先从资源优化配置来看,随着我国能源战略西移,大型能源基地与能源消费中心的距离越来越远,能源输送的规模也将越来越大。在传统的铁路、公路、航运、管道等运输方式的基础上,提高电网运输能力,也是缓解运输压力的一种选择。以目前已经投运的1000千伏特高压示范工程为例,目前每天可以送电200万千瓦,改造后可以达到500万千瓦,这相当于每天从山西往湖北输送原煤2.5万吨—6万吨。湖北媒体说,这相当于给湖北“送”来了一个葛洲坝电站。


再看经济效益,目前西部、北部地区电煤价格为200元/吨标准煤。将煤炭从当地装车,经过公路、铁路运输到秦皇岛港,再通过海运、公路运输到华东地区,电煤价格则增至1000多元/吨标准煤。折算后每千瓦时电仅燃料成本就达到0.3元左右。而在煤炭产区建坑口电站,燃料成本仅0.09元/千瓦时。坑口电站的电力通过特高压输送到中东部负荷中心,除去输电环节的费用后,到网电价仍低于当地煤电平均上网电价0.06—0.13元/千瓦时。


特高压更是清洁能源大发展的必要支撑。只有特高压才能够解决清洁能源发电大范围消纳的问题。前一段时间,内蒙古风电“晒太阳”送不出的问题广受关注。事实上,我国风电主要集中在“三北”地区,当地消纳空间非常有限。风电的进一步发展,客观上需要扩大风电消纳范围,大风电必须融入大电网,坚强的大电网能够显著提高风电消纳能力。特高压电网将构成我国大容量、远距离的能源输送通道。据测算,如果风电仅在省内消纳,2020年全国可开发的风电规模约5000万千瓦。而通过特高压跨区联网输送扩大清洁能源的消纳能力,全国风电开发规模则可达1亿千瓦以上。{{page}}


能不能建好特高压?


虽然有上述种种好处,但是特高压毕竟是一项电力系统的新技术,在世界范围内都没有商业运营的经验。还曾经被国际大电网会议定义为“待成熟技术”。而且,电网的电压等级越高,覆盖范围越大,安全隐患也就越大,长距离的电网很容易遭遇台风、暴雨、雷击等自然灾害。因此特高压安全有没有保障?面对国内外没有成熟技术,也没有现成的装备的诸多困难,我们能建好特高压电网吗?


中国工程院院士薛禹胜告诉我们,在1000千伏晋东南—南阳—荆门特高压交流试验示范工程和向家坝—上海±800千伏直流示范工程的顺利投产和平稳运行后,我们完全有信心、有能力建设好特高压。


据国家电网公司介绍,两大特高压示范工程广泛采用了新技术、新材料、新工艺,成功解决了大跨越施工、大件运输、大量新设备集中安装调试等难题,分别仅用28个月和30个月的时间就完成了建设任务,并一次投运成功。到目前都分别实现了853天和212天的安全稳定运行,工程大的安全、质量、进度、环保等预期目标都得到实现,这为今后特高压的大规模建设提供了宝贵的经验。


比如电网安全问题,国家电网公司特高压建设部主任孙昕强调,“特高压的安全性有保障。特高压交流输电示范工程投运两年多来,实现了双向、全电压、大容量输电,经受了雷雨、大风和高温、严寒等恶劣条件考验,实测输电损耗率为1.7%,约为500千伏工程的1/3,各项性能指标完全符合设计要求。”


中国科学院院士卢强表示,假设某一条特高压线路发生一个大的干扰故障,一个大的交流同步系统能不能保持安全和稳定呢?我们进行了五六百种情况的仿真实验,回答是:安全稳定性是有保障的,是有一系列的创新性科技来保证的。


针对国内外都没有现成的技术、设备和标准,国家电网公司把发展特高压作为重大的科技创新工程,在提出构想、全面启动之初,该公司就投巨资建成了国际一流的特高压交流、直流、高海拔、工程力学四个试验基地和大电网仿真、直流成套设计两个研发中心,形成了功能齐全、综合指标居世界领先水平的大电网实验研究体系。几年间,国家电网公司围绕特高压项目,完成了310项重大关键技术研究,解决了过电压与绝缘配合、外绝缘设计、电磁环境控制、系统集成、大电网安全运行控制等多个世界难题,逐步掌握了特高压输电的关键核心技术,并在实验工程中得到了成功应用。


而特高压建设对国内设备制造业的带动作用更是明显。国内三大特高压实验工程所用设备几乎全部由国内企业提供,工程国产化率达到约95%,设备国产化率达到约91%。通过实验工程,国内设备制造企业得到锻炼,科技研发实力大大提高。比如南通神马电力科技有限公司,成功攻克了特高压绝缘子的世界难题。公司董事长马斌说,我们投入近亿元研发的国际首创的特高压1000千伏空心复合绝缘子性能达到国际领先水平,而价格仅为国外产品的1/3。


国家电网公司相关人士信心满满地告诉记者,随着特高压工程规模化建设,主要设备、材料制造技术逐渐成熟,工程施工工艺不断完善,规模化效应凸显,造价水平将进一步下降,技术经济性将得到更加充分的体现。


中国特高压的成功,带动了世界特高压技术的发展。2006年及2009年先后召开的两次特高压输电技术国际会议,让世界认识了中国特高压的发展状况。目前,印度、巴西、美国、俄罗斯等国家都在积极研究和推进特高压输电,并积极寻求与国家电网公司的合作。美国能源部长朱棣文把我国特高压创新视为对美国科技领导地位的挑战。


目前,特高压电网大发展的序曲已经奏响,特高压建设的春天已经到来。有专家认为,我们应该正视各种困难,努力让这一先进技术早日惠国利民。


21世纪的头十年,我国电力建设速度之快超过了以往任何时候,电力装机从2000年的3.2亿千瓦迅速增长到目前的8亿千瓦。特别是“十一五”期间,我国新增电力装机达到4.3亿千瓦,5年完成了过去50多年的电力装机总容量,每年的新增装机超过英国全国装机。


但是,在电源建设高速发展的同时,电力行业长期存在的重电源建设、轻电网建设的问题并没有根本解决。由于电网建设滞后,导致一系列新的问题和矛盾产生。比如,火电站建设的提速使原本就紧张的运输瓶颈火上浇油,到用电高峰期,全国有不少电厂电煤库存告急,“燃煤之急”几近常态。西南部水电、西北部风电由于外送受阻,而不得不弃水、弃风,清洁的可再生能源开发受到阻碍……


今年是“十二五”的开局之年,“十一五”暴露出来的这些问题在“十二五”会不会得到根本性的解决?有关电力专家告诉我们,随着特高压电网建设的提速,这些难题或将成为历史。


特高压建设“十二五”或将破冰提速


2011年新年刚过,1月6日,国家发改委就批复了特高压交流试验示范工程扩建工程。该工程计划于年内投运,扩建后输送容量将扩大至500万千瓦。而这一扩建工程,成为“十二五”期间我国特高压建设的起步工程。


仅仅相隔20天,1月26日国家电网公司又宣布,要全力推进±1100千伏特高压直流研究,5年内将建成示范工程,从而为外送距离超过2400公里的大型能源基地提供支撑。


在“十二五”的开局之年,特高压建设就紧锣密鼓地拉开了序幕。


据有关部门预测,“十二五”期间,我国电力需求将继续保持快速增长势头,年均增速将达到8%以上,年均电力装机容量增长近1亿千瓦。到“十二五”末期,我国电力装机预计将达到14.4亿千瓦左右。为保障能源需求,我国还将加快建设晋陕宁蒙新等煤电基地,金沙江、雅砻江、大渡河等流域大型水电基地,以及新疆、甘肃、内蒙古、吉林、河北、江苏等多个千万千瓦级风电基地。到2015年,以上煤电、水电、风电外送规模将分别达到1.5亿千瓦、5000万千瓦和6000万千瓦左右。


如此大容量远距离的跨区域送电,要解决电网外送瓶颈,发展特高压就成为“十二五”电网建设的重中之重。


国家电网公司在“十二五”规划中提出,今后我国将建设联接大型能源基地与主要负荷中心的“三纵三横”特高压骨干网架和13项直流输电工程(其中特高压直流10项),形成大规模“西电东送”、“北电南送”的能源配置格局。到2015年,基本建成以特高压电网为骨干网架、各级电网协调发展,具有信息化、自动化、互动化特征的坚强智能电网,形成“三华”(华北、华中、华东)、西北、东北三大同步电网,使国家电网的资源配置能力、经济运行效率、安全水平、科技水平和智能化水平得到全面提升。


“十二五”,中国或将全面迎来特高压时代。{{page}}


为什么会是特高压?


所谓特高压电网是指交流1000千伏、直流正负800千伏及以上电压等级的输电网络,它的最大特点就是可以长距离、大容量、低损耗输送电力。据测算,1000千伏交流特高压输电线路的输电能力超过500万千瓦,接近500千伏超高压交流输电线路的5倍。±800千伏直流特高压的输电能力达到700万千瓦,是±500千伏超高压直流线路输电能力的2.4倍。


之所以选择特高压作为解决我国电网瓶颈的关键技术,是针对我国的特殊国情做出的决策。


据国网能源研究院副总经济师兼能源战略与规划研究所所长白建华解释,我国76%的煤炭资源分布在北部和西北部;80%的水能资源分布在西南部;绝大部分陆地风能、太阳能资源分布在西北部。同时,70%以上的能源需求却集中在东中部。能源基地与负荷中心的距离在1000到3000公里。


这样一种布局提供了两种选择:要么在负荷中心区建设电站,要么在能源中心区建设电站后外送电力。


在负荷中心区大规模展开电源建设显然会受到种种制约。比如煤炭运输问题、环境容量问题等等。而且,建设火电还可以靠煤炭运输,而水电、风电由于不可能把水和风像煤那样运输,因此就更是无法实现。一边是无法大规模建设电源点,一边又守着水能、风能等宝贵的清洁能源望洋兴叹,可见在负荷中心大规模开展电源建设这条思路是不可行的。


于是,在能源资源丰富的西部、北部地区建设电源,然后把电力送到符合中心就成为唯一选择。


那么现有的电网能否实现这样的电力大搬运?电网专家告诉我们,不可能。因为,目前的500千伏超高压线路不仅输电量小,更主要是无法实现远距离输送。


因此,电网专家指出,通过建设可以大容量远距离而且低损耗输电的特高压电网就成为“十二五”电网建设的重中之重,而且是最佳选择。


中国工程院院士薛禹胜认为,特高压不仅具有长距离、大容量转移能源的能力,而且可以缓解运输压力,提高经济效益,促进清洁能源开发。


首先从资源优化配置来看,随着我国能源战略西移,大型能源基地与能源消费中心的距离越来越远,能源输送的规模也将越来越大。在传统的铁路、公路、航运、管道等运输方式的基础上,提高电网运输能力,也是缓解运输压力的一种选择。以目前已经投运的1000千伏特高压示范工程为例,目前每天可以送电200万千瓦,改造后可以达到500万千瓦,这相当于每天从山西往湖北输送原煤2.5万吨—6万吨。湖北媒体说,这相当于给湖北“送”来了一个葛洲坝电站。


再看经济效益,目前西部、北部地区电煤价格为200元/吨标准煤。将煤炭从当地装车,经过公路、铁路运输到秦皇岛港,再通过海运、公路运输到华东地区,电煤价格则增至1000多元/吨标准煤。折算后每千瓦时电仅燃料成本就达到0.3元左右。而在煤炭产区建坑口电站,燃料成本仅0.09元/千瓦时。坑口电站的电力通过特高压输送到中东部负荷中心,除去输电环节的费用后,到网电价仍低于当地煤电平均上网电价0.06—0.13元/千瓦时。


特高压更是清洁能源大发展的必要支撑。只有特高压才能够解决清洁能源发电大范围消纳的问题。前一段时间,内蒙古风电“晒太阳”送不出的问题广受关注。事实上,我国风电主要集中在“三北”地区,当地消纳空间非常有限。风电的进一步发展,客观上需要扩大风电消纳范围,大风电必须融入大电网,坚强的大电网能够显著提高风电消纳能力。特高压电网将构成我国大容量、远距离的能源输送通道。据测算,如果风电仅在省内消纳,2020年全国可开发的风电规模约5000万千瓦。而通过特高压跨区联网输送扩大清洁能源的消纳能力,全国风电开发规模则可达1亿千瓦以上。


能不能建好特高压?


虽然有上述种种好处,但是特高压毕竟是一项电力系统的新技术,在世界范围内都没有商业运营的经验。还曾经被国际大电网会议定义为“待成熟技术”。而且,电网的电压等级越高,覆盖范围越大,安全隐患也就越大,长距离的电网很容易遭遇台风、暴雨、雷击等自然灾害。因此特高压安全有没有保障?面对国内外没有成熟技术,也没有现成的装备的诸多困难,我们能建好特高压电网吗?


中国工程院院士薛禹胜告诉我们,在1000千伏晋东南—南阳—荆门特高压交流试验示范工程和向家坝—上海±800千伏直流示范工程的顺利投产和平稳运行后,我们完全有信心、有能力建设好特高压。


据国家电网公司介绍,两大特高压示范工程广泛采用了新技术、新材料、新工艺,成功解决了大跨越施工、大件运输、大量新设备集中安装调试等难题,分别仅用28个月和30个月的时间就完成了建设任务,并一次投运成功。到目前都分别实现了853天和212天的安全稳定运行,工程大的安全、质量、进度、环保等预期目标都得到实现,这为今后特高压的大规模建设提供了宝贵的经验。


比如电网安全问题,国家电网公司特高压建设部主任孙昕强调,“特高压的安全性有保障。特高压交流输电示范工程投运两年多来,实现了双向、全电压、大容量输电,经受了雷雨、大风和高温、严寒等恶劣条件考验,实测输电损耗率为1.7%,约为500千伏工程的1/3,各项性能指标完全符合设计要求。”


中国科学院院士卢强表示,假设某一条特高压线路发生一个大的干扰故障,一个大的交流同步系统能不能保持安全和稳定呢?我们进行了五六百种情况的仿真实验,回答是:安全稳定性是有保障的,是有一系列的创新性科技来保证的。


针对国内外都没有现成的技术、设备和标准,国家电网公司把发展特高压作为重大的科技创新工程,在提出构想、全面启动之初,该公司就投巨资建成了国际一流的特高压交流、直流、高海拔、工程力学四个试验基地和大电网仿真、直流成套设计两个研发中心,形成了功能齐全、综合指标居世界领先水平的大电网实验研究体系。几年间,国家电网公司围绕特高压项目,完成了310项重大关键技术研究,解决了过电压与绝缘配合、外绝缘设计、电磁环境控制、系统集成、大电网安全运行控制等多个世界难题,逐步掌握了特高压输电的关键核心技术,并在实验工程中得到了成功应用。


而特高压建设对国内设备制造业的带动作用更是明显。国内三大特高压实验工程所用设备几乎全部由国内企业提供,工程国产化率达到约95%,设备国产化率达到约91%。通过实验工程,国内设备制造企业得到锻炼,科技研发实力大大提高。比如南通神马电力科技有限公司,成功攻克了特高压绝缘子的世界难题。公司董事长马斌说,我们投入近亿元研发的国际首创的特高压1000千伏空心复合绝缘子性能达到国际领先水平,而价格仅为国外产品的1/3。


国家电网公司相关人士信心满满地告诉记者,随着特高压工程规模化建设,主要设备、材料制造技术逐渐成熟,工程施工工艺不断完善,规模化效应凸显,造价水平将进一步下降,技术经济性将得到更加充分的体现。


中国特高压的成功,带动了世界特高压技术的发展。2006年及2009年先后召开的两次特高压输电技术国际会议,让世界认识了中国特高压的发展状况。目前,印度、巴西、美国、俄罗斯等国家都在积极研究和推进特高压输电,并积极寻求与国家电网公司的合作。美国能源部长朱棣文把我国特高压创新视为对美国科技领导地位的挑战。


目前,特高压电网大发展的序曲已经奏响,特高压建设的春天已经到来。有专家认为,我们应该正视各种困难,努力让这一先进技术早日惠国利民。

来源:人民日报

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