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【特别策划·观察】大动脉更强健 新变革更有力

发布时间:2022-09-16

  

     文_本刊记者胡婧

    特高压的纪录正在不断刷新—

  2019年9月26日,昌吉—古泉±1100千伏特高压直流输电工程投运,成为世界电压等级最高的特高压输电工程;

  2020年12月30日,青海—河南±800千伏特高压直流输电工程投运,成为世界首条专为清洁能源外送而建设的特高压通道;

  2021年12月26日,南昌—长沙1000千伏特高压交流输电工程投运,创造了从开工到建成仅用10个月的建设新纪录;

  2022年7月1日,白鹤滩—江苏±800千伏特高压直流输电工程投运,在世界上首次研发“常规直流+柔性直流”的混合级联特高压直流输电技术。

  今年1月,习近平总书记提出,要加大力度规划建设以大型风光电基地为基础、以其周边清洁高效先进节能的煤电为支撑、以稳定安全可靠的特高压输变电线路为载体的新能源供给消纳体系,将特高压提到一个更高的战略位置。

  承载着“双碳”目标下的重大使命,特高压迎来大规模、高质量发展的新时代,向着更新的纪录进发。

  规模扩张:建强能源运输大动脉

  8月20日,在2022国际标准化大会上,国际电工委员会提出,由中国牵头制定全球首个新型电力系统关键技术国际标准框架体系。国际电工委员会表示,中国新能源装机规模和发电量持续多年世界第一,风电、光伏、锂电池等产业规模、市场规模均稳居世界第一,具有引领新型电力系统发展的产业和技术优势。

  保障新能源“发得出”,更要保障新能源“送得走”。清华大学夏清教授指出:“新能源开发主要有集中式和分布式两种途径,集中式开发更具规模化和经济性。因此,特高压工程对适应未来电源的颠覆性变化具有不可或缺的作用。”

  经过十余年发展,公司已累计建成“15交15直”特高压工程,在运在建工程线路长度达4.6万公里,跨区送电能力达1.3亿千瓦,累计送电超过2.5万亿千瓦时。同时,特高压利用效率也在逐步提升。2021年,特高压直流输送电量同比增加10.4%,综合线损率同比下降0.39个百分点。

  目前,特高压交流方面,建成华东、华北特高压交流环网,正在建设华中特高压交流环网;特高压直流方面,建成大规模的西北、西南等地区水电、火电、新能源基地外送至华东、华中等负荷中心的特高压直流群。

  这张从大送端到大受端的超级大网,覆盖我国主要的能源基地和负荷中心,成为“西电东送、北电南供、水火互济、风光互补”的能源运输大动脉。

  随着能源低碳转型的推进,特高压的“新能源”含金量越来越高。3月24日,福州—厦门和驻马店—武汉1000千伏特高压交流工程开工。2021—2030年,福建北部风电、核电等电源装机在福建全省占比将达80%。福州—厦门工程投产后,可有力保障福建北部新能源外送至福建南部负荷中心。驻马店—武汉工程是华中特高压主网架的重要组成部分,将有效保障青海—河南等特高压工程高效稳定输送清洁电力,实现风光水火多能互补运行。

  作为国家“十四五”规划中“现代能源体系建设工程”的重要内容,“3交9直”特高压工程正在加快落地,满足沙漠、戈壁、荒漠新能源基地大开发需要的新项目也在积极推进。

  上半年,公司在建的“8交3直”特高压工程线路全长达6828公里,总投资规模达900亿元,完成投资比去年增加98%。年底前,将投产“4交2直”6项工程,开工“4交4直”8项工程,并做好“4交5直”9项工程的开工准备。

  特高压大规模建设的浪潮将有力推动能源低碳转型的进程。辛保安董事长指出,力争通过“十四五”“十五五”时期的努力,将国家电网跨区跨省输电能力由目前的2.4亿千瓦提高到2030年的3.7亿千瓦以上,为清洁能源发展提供坚强网架支撑。

  创新攻坚:挺进两个“无人区”

  伴随规模的扩张,特高压工程面临的难题和风险也愈发凸显。

  “特高压发展开始进入‘地域无人区’和‘技术无人区’,需要爬坡过坎、打硬仗。”国网特高压部副主任黄勇指出,一方面,特高压首次进入4000—5000米高海拔地区,外部环境更加复杂;另一方面,大规模新能源集中送出对特高压工程技术带来新的挑战,国内外尚无先例。

  做好送受端电网格局规划,是从源头守住大电网安全底线的第一步。国网能源研究院能源战略与规划研究所研究员谭雪认为,针对沙漠、戈壁、荒漠地区新能源集中开发和大规模直流外送后的系统“双高”特征更加突出和调峰、调频、调压面临巨大压力等问题,要尽早明确送受端目标网架格局。国网发展部提出,配合国家有关部门做好大型风光电基地5个送出通道方案研究,持续优化特高压和超高压骨干网架,实现交流结构清晰、直流送端合理分群、受端分散接入。

  在送端,重点研究新能源、新型储能以及常规能源的优化组合方案,特别是电网薄弱地区的网架构建方案,支撑新能源大规模汇集和外送;在受端,重点研究加强1000千伏主网架结构,扩大电网规模,500千伏电网分层分区,同时推动受端建设一定规模支撑性保障电源,确保跨区直流安全。

  突破“卡脖子”技术,是特高压迎接新时代的必备支撑。从0起步到国际标准几乎都来自中国—特高压成功实现“中国引领”,靠的是“依托工程、以用促研、国网主导、产学研联合”的协同创新模式。当前,要攻克套管、分接开关和工控芯片三项关键技术,同样还要走这样的道路。

  “今年这一大波特高压工程承载着千钧重担,必须把机会留给自己,培养自己的能力。”国网特高压部换流站处处长宋胜利坚定地表示,不管多困难,也要通过特高压工程确保国产套管批量生产稳定,年内突破有载分接开关核心技术并推动工程应用。

  通过特高压大规模输送新能源则是全世界范围都无可借鉴经验的“技术无人区”。“新能源的随机性和波动性,导致其和负荷很难平衡。而且,新能源几乎没有提供无功的能力,极易发生暂态过电压引发的故障。”宋胜利指出,新能源在电量平衡和无功平衡两方面的“先天性”特征,是特高压面临的新难题。

  白鹤滩—江苏±800千伏特高压直流工程采用的混合级联特高压直流输电技术,集成了特高压直流输电大容量、远距离、低损耗,以及柔性直流输电控制灵活、系统支撑能力强的优势。在青海,世界最大规模的新能源分布式调相机群有效保障着青海—河南±800千伏特高压直流输电工程的输电能力。

  面对不同场景下大规模开发利用新能源的需求,什么是技术经济综合最优的特高压工程技术方案?需要什么样的新技术和新装备?随着特高压技术的深入发展,大容量IGBT、柔性直流先进控制、混合级联特高压输电等前沿输电技术和装备研究将加快突破,相信答案就在不远的将来。 

  品质升级:聚焦“稳定安全可靠”

  8月14日,湖南岳阳临湘市长江岸边,南阳—荆门—长沙1000千伏特高压交流工程螺山长江大跨越施工现场,红白相间的跨越塔迎风挺立、高耸巍峨。地面上,参建人员在精心地为工程导线展放第一环节光缆敷设作业做施工准备。

  371米的作业高度、单次重达几十吨的塔材吊装,长达几个月时间的高空作业,如何确保安全?历时半年多,国家电网有限公司特高压建设分公司成功研发了新型800吨/米级组塔抱杆装备,将此次跨越塔塔材空中组装的控制精度升至“毫米级”,减少高空作业人员数量,组塔效率有效提升近50%。国网特高压公司螺山长江大跨越工程业主项目经理肖峰说:“这既解决了工程建设技术的难题,填补了国内该领域的技术空白,又实现研发经费使用和设备技术创新的双优化。”

  目前,我国的特高压电网已形成规模,将承担新能源供给消纳载体的历史使命。“面对‘稳定安全可靠’的战略性要求,特高压必须贯彻新发展理念,聚焦高质量发展,加快推进特高压‘六精四化’实施方案落实落地,强基础、补短板、开新局,实现质量升级、技术升级和管理升级,打造特高压升级版。”黄勇指出,特高压要全力克服多项工程并行推进带来的前期工作艰巨、建设工期紧张、物资需求集中、施工难度加大、建设资源摊薄等现实困难,严格做到依法合规,全面提升工程品质。

  新基建,新水准。打造特高压升级版的理念和实践,体现在工程的方方面面。

  前期工作再发力—高强度、实质性推进各项准备工作。超前谋划储备项目,科学论证沙漠、戈壁、荒漠大型风光电基地和西藏清洁能源基地等后续输电通道方案。深化项目前期、工程前期“两个前期”高度融合,抓好可研和设计一体化管理,提高工程设计裕度,深入实施“先签后建”,开工前全面落实环评许可、拆迁补偿等协议手续。

  建设管理再升级—充分发挥“公司总部集约管控、专业公司现场建设、属地公司协调地方”的机制优势。国网特高压公司高效建设“五库一平台”,梳理总结9类专业、27项工程实体、4100余项成果文件,应用特高压工程标准工艺“一表一卡”,深化数字化建设与专业管理融合,着力实现建设管理、科技创新、专业人才“三个引领”,为加快推进重大项目建设做好思想准备、技术准备、物资准备、队伍准备、人才准备。

  施工作业再创新—按照建设新时代精品工程的要求,创新作业方式,全面推广机械化施工,强力管控高风险作业。7月1日投产的布拖±800千伏换流站,积极应用先进施工设备、材料、工艺和技术,形成150多条专项创优措施,创造了工程双极低端直流系统调试用时最短、进展最顺的建设纪录。运用“大云物移智链”等新技术,构建现场“智慧工地”与“特高压工程现场建设集控平台”融合的数字化管理平台,绿色建造、智能建造成色更足。

  产业链发展再创效—有力带动电源、电工装备、原材料、建筑施工等上下游企业发展。正在建设的白鹤滩—浙江±800千伏特高压直流工程,涉及上百家设备制造、建筑、安装、科研单位,拉动超过300亿元社会投资,直接带动生产规模近1000亿元,增加就业岗位超过1万个。

  向前看,聚焦高质量发展,特高压的“金色名片”将再添浓墨重彩的一笔。