咱們國家有這么一項技術,讓西方國家垂涎三尺,甚至因此讓馬斯克斷言,中國最終會在AI領域戰(zhàn)勝美國。
這個技術就是特高壓輸電技術。
如果說普通線路是省道,超高壓是國道,那特高壓,就是一條國家級重載貨運專線。
它不為串起每個小鎮(zhèn),只為把巨量能量從千里外“點對點”穩(wěn)定運到負荷中心。
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而中國,是目前世界上唯一實現(xiàn)特高壓商業(yè)運營的國家。
歐美日韓不是技術做不到,但是為什么最終還是跑起來呢?
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客觀來說,特高壓技術并非是中國首創(chuàng)。
上世紀七八十年代,前蘇聯(lián)和日本就開始了特高壓的建設,也嘗試運營。
1981年,前蘇聯(lián)建起一條1150千伏特高壓線,1985年起曾在額定工作電壓下帶負荷運行,有過較長的帶電考核時間。
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可惜隨著很多不確定性的事情,這條線路逐漸負荷下滑,線路從原本的全國境內(nèi)變成跨省跨國,最終降壓到500千伏運行,原有的特高壓擴建計劃也就停擺了。
后來俄羅斯雖然有心恢復,但是技術不到位、投入太大、回報太少,最終也就不了了之了。
(每次提到前蘇聯(lián)很多擱置的項目,都忍不住感慨:一個穩(wěn)定且大一統(tǒng)的國家是多么重要!)
日本稍晚點,在1988年啟動,先后建成幾個區(qū)段合計幾百公里的特高壓線路。
結果呢?結果剛建完,就迎來了日本的經(jīng)濟危機,后來核電與負荷增長預期沒兌現(xiàn),最終被迫將線路降級成了500千伏的超高壓。
等于建的是限速120公里的高速,最終弄成了限速50的國道。
至于美國,他們從上世紀60年代,就開始嘗試特高壓。
但可惜美國是聯(lián)邦制,各州的電力系統(tǒng)獨立運行,想要跨州運輸,這個操作難如登天,而且特高壓建設投入巨大,回報周期長,始終沒有人愿意投資建設。
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中國在特高壓領域,毫不夸張地說,絕對是飛速發(fā)展。從提出要建設特高壓到現(xiàn)在,滿打滿算也就22年的時間。
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其實一開始要建設特高壓輸電線路,最困難的地方在于沒有范本可參考。
全世界有這方面經(jīng)驗的,除了前蘇聯(lián),也就是美國和日本了,但是他倆不用想,肯定不會把技術給我們的。
而且整個特高壓領域,壓根沒有什么國際標準和安全準則,誰也不知道該怎么建設。
除此之外,很多配件中國沒有。
以最簡單的絕緣子為例,這么一個特種空心瓷的小罐子,國外給中國的報價是1000萬一個,如果不實現(xiàn)國產(chǎn)化,一條線路光絕緣子就得耗費天價的資金。
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就這樣,在沒有范本、沒有借鑒、沒有支持的情況下,靠著摸索,從2004年前后系統(tǒng)論證并提出方案,到2006年開工、2009年1月投運全球首個商業(yè)化運行的1000千伏特高壓工程,到如今形成交直流混聯(lián)的特高壓骨干網(wǎng)架,中國用了22年。
22年,我們建設成了幾十條特高壓輸電線路,把特高壓做成了可復制的工程體系、成套裝備體系,成為全世界特高壓領域的唯一。
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2019年9月26日,一條從新疆昌吉到安徽古泉的特高壓輸電線路正式投入運行。
這條線路全長3324公里,跨六個省區(qū),額定功率1200萬千瓦,電壓等級正負1100千伏——這四個數(shù)據(jù)在當時,都是世界之最。
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很勵志,但也真的是很艱難。
這個項目經(jīng)歷了5年攻關,一是1100千伏超高壓的絕緣問題,二是距離問題,這在當時都是首次嘗試。
從換流變主絕緣到套管引出方式,從鐵塔空氣間隙到防電暈金具,幾乎每一步都在做“以前沒人做過的選擇題”,大量備選結構被造出來、被試掉,才收斂到最終可用的工程方案。
這條線穩(wěn)定運行,中國特高壓輸電技術一舉成為全球領跑,大大提升了西電東送的規(guī)模,更證明了1100千伏超高壓線路在商業(yè)上是可行的。
從那以后,中國成為了超高壓國際標準的制定者。
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如果說昌吉到古泉的特高壓是一次成功的嘗試,那川渝特高壓交流工程(甘孜-天府南-銅梁)就是一次“地獄難度”的副本。
這條特高壓的建設海拔從之前的1000-2000米拔高到了3000-4000米。
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高度每提高一點,空氣就稀薄一分,空氣間隙的擊穿臨界值變大。
這種情況下,必須把塔頭空氣間隙、爬電距離、外絕緣配置整體放大,連帶桿塔更高更寬、設備尺寸也更大更重,整個施工難度可以說是指數(shù)級上升。
更可怕的是,這條線路還經(jīng)過地震帶和冰凍帶,鐵塔不僅要經(jīng)受住地震的威脅,還得承受覆冰的重量,難度又上升了一個大臺階。
這條線路投運之后,給西南地區(qū)的清潔能源出川搭建了橋梁。
川西的水電、風電、光電極其豐富,如今川渝特高壓開通,川西的綠電資源不僅能供給四川使用,還能給重慶和華中地區(qū)供電。
更重要的是,這個線路為后續(xù)青藏高原特高壓輸電建設打下了堅實的技術基礎。
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如果說,上面兩個項目都是硬橋硬馬硬實力的展現(xiàn),那么白鶴灘到江蘇的特高壓輸電線路,則是中國工程師獨特智慧的表達。
這條線路最大的難點不是技術上,也不是地理海拔上的,這條線路的難點在于“怎么安全的進入華東電網(wǎng)”。
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此前已經(jīng)有多條特高壓往里輸電了,傳統(tǒng)的直流輸電有個問題,就是會出現(xiàn)“換相失敗”。
什么意思呢?直流輸電需要變成交流電才能并入入戶電網(wǎng),但是如果有一點波動,就可能出現(xiàn)“換相失敗”,輕則跳閘停電,重則出現(xiàn)事故。
尤其是這條線路還連接著白鶴灘水電站這個全球第二大水電站,它要是出現(xiàn)“換相失敗”,可不是鬧著玩的。
在華東這種“多直流扎堆”的場景里,核心訴求是:要么讓直流更不容易換相失敗,要么失敗了也能更快恢復、更少拖累系統(tǒng)——這正是混合級聯(lián)要解決的問題之一。
為了解決這個問題,中國工程師想了個辦法,那就是把常規(guī)直流輸電和柔性直流接在一起,常規(guī)直流負責大規(guī)模輸電,柔性直流負責當調(diào)節(jié)器,吸收擾動、阻斷障礙傳播。
這條工程是世界上第一個把常規(guī)直流和柔性直流混搭起來跑商業(yè)運營的項目。
它證明了特高壓不是那種傻大黑粗的技術,而是可變、智能的現(xiàn)代化技術。
這個工程同期還上了可控自恢復消能裝置等首臺套,用來處理過電壓/能量平衡問題,讓華東“接得住”這種瞬時沖擊——這也是“聰明”的一部分。
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最后,必須說一下從金上到湖北的特高壓線路。
如果說之前的特高壓還是屬于“路”的范疇,那這就是一條“天路”。
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這是國內(nèi)第一條深入川藏高原腹地的特高壓項目,途徑西藏、四川、重慶,最終到湖北。
這條線路最高海拔接近4800米,別說搞建設,走兩步都喘,而且一般大型設備根本運不上來,施工難度飆升。
不過中國工程師們可是一群敢把盾構機豎起來的“瘋子”,再難也得修。
它最獨特的工程技術標簽不是"硬扛海拔",而是"分址級聯(lián)"。
金上—湖北的送端沒有把所有換流設備擠在一個站里,而是創(chuàng)新地把送端拆成西藏昌都卡麥(海拔3720m)+四川甘孜幫果(海拔2980m)兩座換流站,用分址級聯(lián)技術串聯(lián)協(xié)同工作——這是全球首個在高海拔地區(qū)成功應用分址級聯(lián)的特高壓直流。
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這條線路讓西藏腹地建特高壓這個設想成為了事實,將金沙江上游的水電、風電、光電打包送了出來,大大提升了西南地區(qū)的清潔能源利用率。
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從2009年第一條特高壓線路投入運營到現(xiàn)在,中國已經(jīng)形成了“22交20直”共計42項特高壓工程,跨省輸電規(guī)模達到了3.7億千瓦。
從一開始外國人預言中國搞不出來,到如今中國徹底將特高壓技術實現(xiàn)了國產(chǎn)化,不僅投入商業(yè)運營,還從中賺到了錢,掌握了這一領域的話語權。
它不只是一項技術。它是中國唯一真正意義上自主定義、自主標準、自主裝備、規(guī)模化商運的超級工業(yè)能力。
從絕緣子套管被卡脖子報價近千萬,到全產(chǎn)業(yè)鏈反推進國際標準框架;從西北戈壁到川藏雪線,一條條"電力天路"把中國最遠的資源,變成了所有人燈亮的那一刻。
中國特高壓,不是底牌。它是讓底牌能打出去的那雙手。
參考資料:
1. 國家電網(wǎng)有限公司官方網(wǎng)站 《昌吉—古泉±1100千伏特高壓直流輸電工程》
2. 新華網(wǎng) 《新疆新能源外送電量突破3000億千瓦時》
3. 人民網(wǎng) 《“西電東送”入蘇破萬億千瓦時 過半為“綠電”》
4. 國家能源局 《我首個高海拔特高壓交流工程投運》
5. 中國電力企業(yè)聯(lián)合會 《川渝1000千伏特高壓交流工程建成投運》
6. 科技日報 《白鶴灘—江蘇±800千伏特高壓直流輸電工程投運》
7. 中國西藏新聞網(wǎng) 《西藏首個特高壓輸電工程投入運行》
(可一)
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