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。”
特高压路径依赖由“逆向分布”现实决定
这样一项具有显著优势的技术,为什么在我国、而非其他国家率先落地?
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。”
“根据我国能源分布与消耗的区域特点,未来能源的流向是北部煤电、西南水电向华北、华中、华东等地区输送。特高压电网的建设有利于能源资源的优化配置,也有利于西部地区将资源优势转化为经济优势。”东南大学电气工程学院院长黄学良表示。
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。”
特高压直流“万吨轮”需停靠特高压交流“深水港”
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。
按照国家能源规划,加快推进国家综合能源基地建设,通过加大西电东送、北电南送输电规模,在更大范围内配置电力资源,解决电力发展中存在的生态环境日益恶化、能源供应成本持续上涨和煤电运持续紧张的矛盾。这是世界其他国家不曾遇到过的,而解决问题的关键,则是构建“强交强直”的特高压输电网络。
我国鄂尔多斯盆地、蒙西、山西等能源基地距离负荷中心相对较近,宜通过特高压交直流输送,既兼顾近区京津冀鲁用电需求,又能满足华东、华中用电需要。新疆、蒙东、西南等能源基地相对较远,适宜通过特高压直流输送。
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。”