近一段时期,“新基建”这个概念很热门。
“新基建”一般认为是新型基础设施建设的简称,是我国经济稳增长的重要抓手。到底哪些基础设施建设属于“新基建”,哪些属于“老基建”,是热议的一个话题。其中,特高压到底是属于“老基建”还是“新基建”的范畴,仍有一些争议。
但是无论概念之争如何,特高压作为我国能源建设的一项大型工程,在“稳增长”中发挥着重要作用,是毫无异议的。
特高压是指±800千伏及以上的直流电和1000千伏及以上的交流电的电压等级。特高压电网指的是以直流或交流特高压输电网为骨干网架,包括超高压输电网和高压输电网以及相应的配电网构成的分层、分区、结构清晰的智能电网。
文丨况杰
为什么建设特高压成为“新基建”亮点?我认为,至少有四个原因。
第一,由我国国民经济和能源结构特点决定。
我国是个一次能源和电力负荷分布极不均衡的国家。全国三分之二以上的可开发水能资源分布在四川、云南等西南部地区,煤炭资源三分之二以上分布在山 西、陕西和内蒙古西部等西北部地区;风力、光伏发电等新能源基地大部分也位于西部和北部。
而经济发达的东南部地区集中了全国三分之二以上的电力负荷。西部能源基地 与东部负荷中心距离甚至超过2000公里。这就决定了我国电力结构的特点必然是远距离输送,而电力传输是有比较大的损耗的,电压等级越高,理论上传 输的损耗越小。
我国国民经济和能源分布的结构特点决定了我国有建设特高压输电网的需要。
第二,特高压电网的经济效益和社会效益显著。
电力是经济发展的命脉,是国民经济的上游产业。近年来,虽然我国全社会用电量的增速放缓,但是据中国电力企业联合会公布数据显示,2019年仍然有4.5%的增长,达到约7.23万亿千瓦时。
被公认为 “新基建”范畴的5G、数据中心、工业互联网、新能源汽车等产业的发展,都有着巨大的电力需求。因此,电力供应仍需要适度超前规划和发展。
据测算,1000千伏交流特高压输电线路的输送功率可以达到500千伏线路的4倍;正负800千伏直流特高压输电能力是正负500千伏线路的2倍。输送相同功率的情况下,特高压线路可将最远送电距离延长3倍,而损耗大大降低,且可节省60%的土地资源。
有专家分析,通过特高压电网,可以节约电力能源建设投资约800亿元。特高压电网虽然投资金额大,但是综合起来看,经济效益和社会效益显著。采用特高压电网传输,既解决了西部能源基地的窝电、弃电问题,又大幅减少了在东部高负荷中心建燃煤电厂造成的排放污染问题。
特高压直流工程起落点固定,送受方明确,资产边界清晰,可以有效吸引社会资本参与投资。
第三,对产业链发展有强大的拉动作用。
由于特高压电网的产业链长,可以带动电源、电工装备、用能设备、原材料等上下游产业发展 。
据国家电网数据显示,以青海—河南±800千伏特高压直流工程为例,建成后将直接拉动电源等相关产业投资超过2000亿元,增加7000多个就业岗位,并且可以助推输变电设备制造企业转型升级。
据国家电网数据显示,2020年国家电网的特高压项目投资规模达1811亿元,可带动社会投资3600亿元,整体规模5411亿元。
第四,建设特高压电网,也引领着我国相关行业的技术进步和技术创新。
2000年建成的天广直流工程(天生桥—广州),全套引进外国产品,工程自主化率几乎为零,那时还不是特高压工程。
而到了2009年,我国第一条交流1000千伏特高压线路晋东南—南阳—荆门示范工程建成;2010年,云广±800千伏特高压直流输电工程建成,国产化率超过62%。
特高压1000千伏交流、±800千伏直流输电工程已经成为我国能源行业一张靓丽的名片,相关技术在2012年和2017年两度荣获国家科技进步特等奖。
特高压相关技术等级高,难度大,在过电压、外绝缘等方面的技术都是世界级难题。我国的特高压工程在世界上首次研究并提出了±800千伏特高压直流输电绝缘配合和绝缘配置体系;首次提出双阀组均衡串联主接线拓扑结构体系,该体系已经成为直流特高压输电的标准型式,具有国际领先水平。
换流阀是特高压电网中实现电能交直流转换的核心装备。换流阀的关键参数设计,晶闸管、均压电容、饱和电抗器、阻尼回路等关键元器件的生产制造,都具挑战性。
目前换流阀的主要供应商是西门子和ABB,而我国企业经过多年技术攻关,已经掌握了特高压换流阀的技术,实现了后发制人、弯道超车。
不仅是换流阀这样的关键装备,类似绝缘子这样不太显眼的部件,也是有不俗的技术含量的。绝缘子不只是起到绝缘作用,而是承担着绝缘、支撑和机械连接三大任务。
绝缘子的选型、绝缘强度设计以及各种空气间隙的确定是特高压直流线路设计的核心问题之一。常见的绝缘子主要有玻璃绝缘子、复合绝缘子以及瓷绝缘子,其中复合绝缘子主要用于重污秽地区和高海拔地区。
大吨位悬瓷绝缘子主要的供应商是日本NGK和中国企业。在印度等海外特高压项目中,我国的多家企业的复合绝缘子已经在与国外知名厂家的激烈竞争中占有了一席之地。
特高压传输的电磁环境问题也是一个高难度的课题。电磁环境包括工频电场、工频磁场以及由电场导致的可听噪声和无线电干扰等。我国科研人员经过大量的研究和实践取得了相对成熟的国际领先的研究成果,应用在同塔双回交流特高压线路的导线选型、杆塔减重等方面。特高压的电磁环境是个非常复杂的课题,需要进行大量的试验和仿真计算,仍有大量的工作需要进行。
特高压不仅包括远距离传输的直流和交流特高压电网,还包括相应的超高压、高压电网和配电网。
为了应对大电流、突发负荷的冲击,更优化地调节电网,“坚强智能电网” 的概念被提出来。通过“坚强智能电网”的建设,使得网间的远距离传输和网内的小型、分散、灵活、智能相结合,实现用电信息的精准及时采集、毫米级精准负荷控制、智能分布式配电自动化,这将是特高压未来的长期发展趋势。
未来,我国特高压在新基建的风口下,作为 “新基建” 的重头戏,将具有长期竞争力,为未来而谋,任重道远。
编辑|李佳琪
(本文刊登于《科技与金融》杂志2020年6月刊,欢迎订购本刊,如需转载,请注明来源:科技与金融杂志。否则,将追究相关责任。)