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交流还是直流:特高压输电的“两条路线”之争

作者:德扑圈APP最新版 发布时间:2020-10-12 03:45 点击:

  如今,电力技术经过100多年发展,已同当年不可同日而语,而直流输电的优势也并未被忽视。中国工程院院士李国杰如此分析个中原因:“大功率电力电子技术的发展与成熟,使得直流输电受到青睐,远距离大功率输送促使直流输电进一步发展,直流输电系统还提高了电力系统抗故障的能力,无需进行无功补偿,同样电压等级的直流输电能输送更大功率,损耗小。”目前,世界各国几乎都采用了大范围交直流混合电网技术。随着电压等级从10千伏、110千伏到500千伏,再到1000千伏的不断升高,电网规模也在不断扩大,相应的交、直流输电技术始终同步发展,在工程应用上也实现了高度融合。

  今天的交、直流之争中,面对质疑的一方,变成了交流输电技术。反对者最初从特高压交流输电技术是否安全入手,以战争时易被石墨炸弹摧毁为由,反对特高压交流输电。但是,“这一论据显然经不住推敲”,国家能源局原局长、国家能源委员会委员张国宝解释说:“石墨炸弹是没有选择性的,无论是500千伏还是1000千伏,无论是交流、还是直流,其原理都是挂在导线上造成短路故障,影响是一样的。”其后,争论的焦点又被引向国家电网规划中的“三华”(华北、华中、华东)特高压交流同步电网:规模太大是否安全?该不该建设?对此,张国宝认为:“事实上,2009年初建成的晋东南—南阳—荆门1000千伏特高压交流试验示范工程,已将华北、华中电网连接成一个同步大电网,自投运以来一直保持安全稳定运行,并没有出现反对者担心的安全问题。”他同时表示,这项工程使得华北、华中两大电网实现了水电、火电互补,夏季南方丰水,使华中地区水电得以满发,向华北送电。他为此还专程前往国家电力调度中心现场求证。

  中国科学院院士、中国电科院研究员周孝信指出,直流输电和交流输电只能互补,不能互相取代。他介绍,直流输电只具有输电功能、不能形成网络,类似于“直达航班”,中间不能落点,定位于超远距离、超大容量“点对点”输电。直流输电可以减少或避免大量过网潮流,潮流方向和大小均能方便地进行控制。但高压直流输电必须依附于坚强的交流电网才能发挥作用。

  周孝信介绍,人类发现并使用电力以来,对于电力的需求一直以几何级数增长,与此相应,世界电网也经历了电压等级由低到高、联网规模由小到大、资源配置能力由弱到强的发展历程。1891年,世界上第一条高压输电线千伏,人类社会第一次出现了超高压线年,前苏联建成世界上第一条500千伏输电线千伏超高压输电线年,以我国自主知识产权的1000千伏特高压交流工程投运为契机,世界电网迈入特高压时代。

  特高压输电就像是“电力高速路”,具有输电容量大、输送距离远、覆盖范围广的特点和能耗低、占地少的显著优势。中国工程院院士、中国电科院院长郭剑波如此解读特高压电网:“随着特高压交直流输电技术的全面推广应用,电网不仅是传统意义上的电能输送载体,还是功能强大的能源转换、高效配置和互动服务平台。通过这个平台,煤炭、水能、风能、太阳能、核能、生物质能、潮汐能等一次能源能够转换为电能,实现多能互补、协调开发、合理利用;能够连接大型能源基地和负荷中心,实现电力远距离、大规模、高效率输送,在更大范围内优化能源配置;能够与互联网、物联网、智能移动终端等相互融合,满足客户多样化需求,实现安全、高效、清洁的能源发展目标。”

  浙江大学电气工程学院副院长韦巍分析,我国一次能源基地和用电负荷中心呈“逆向分布”:76%的煤炭资源在北部和西北部,80%的水能资源在西南部,90%的陆地风能主要集中在西北、东北和华北北部,太阳能年日照超过3000小时地区主要在西藏、青海、甘肃、宁夏、新疆等西部省区;而70%以上能源需求在东中部,距离一般在800-3000公里。这就迫切要求电力实现经济高效的大规模送出和大范围消纳。“建设特高压电网,就是为了满足大规模、远距离、高效率电力输送,保障能源供应。这是我国为建设生态文明社会而进行的最好实践。”

  中国西电集团公司副总工程师宓传龙认为,“伴随着国民经济的高速发展和能源电力需求的迅猛增长,特高压交直流电网的发展已由基础技术研究、设备研制、工程示范步入建设实施阶段,特高压电网承担起将西北、东北、蒙西、川西、西藏及境外电力输送至我国东中部地区负荷中心的重要职能,为能源安全提供了有力支撑。”

  目前,我国已建成投运”两交两直“特高压工程,并一直保持安全稳定运行,全面验证了特高压输电的可行性和成熟度。基于特高压技术的跨国、跨洲能源输送和电网互联的建设,也成为全球范围内解决能源问题的长远之策。国网北京经济技术研究院院长刘开俊透露,“除我国外,印度、巴西、南非、俄罗斯等都在积极发展特高压。”

  交流电网的电力交换能力应该与直流的容量相互匹配,才能使交流电网具有安全承接直流故障后潮流转移的能力,500千伏交流电网与500千伏直流是相互匹配的,特高压直流与特高压交流也是匹配的。“如果将500千伏直流比作大型船只,那么特高压直流就是万吨巨轮,需要停靠安全、稳固的深水港,这个深水港就是特高压交流电网”。郭剑波这样描述特高压交流与直流电网间的关系。

  参与分析论证的华北电力大学教授曾鸣告诉记者,通过大量仿真分析计算,对多种电网规划方案进行了的详细、全面对比研究,专家得出了“三华”特高压同步电网即所需要的“合理的电网结构”的结论,使直流集中馈入规模趋于合理,提高了交流电网的支撑能力。构建“强交强直”输电格局,既能发挥直流远距离输电优势,又可确保电网的安全可靠、经济高效运行。

  目前,随着特高压直流输电工程的陆续开工和投产,长三角地区500千伏电网短路电流超标的风险已经显现,现有500千伏交流电网与特高压直流不匹配的问题,将随着特高压直流工程的满载运行而变成现实,而由于相应的特高压交流工程迟迟不落实,使电网技术和运行人员对如何避免“强直流、弱交流”可能引发的连锁反应而忧心忡忡。加快建设特高压交流主网架,构建坚强合理的华东受端电网,已成为当前电网发展的当务之急。

  凭借成功研制和应用特高压交直流输电技术,“毫无争议,中国是这一领域的领导者。”意大利电力电工技术实验研究中心高级顾问亚历山大·克莱里西,在2013年国际智能电网论坛上作出了这样的评价。当时,国际电工委员会主席克劳斯·武赫德尔面对众多国际媒体表示:“中国的特高压输电技术在世界上处于领先水平,这种能够减少长距离输电损耗的技术,在世界其他地区也将有广泛的应用前景。中国成功地实现了特高压输电,全世界都对此给予了积极评价,有了这个标准,世界上其他国家就可以在此基础上继续发展,将特高压技术投入到应用中。”

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