十年磨一剑 匠心铸精品——记准东—皖南±1100千伏特高压直流输电工程

发布时间: 2019-09-27 来源:本站编辑 作者:李婕茜

  9月26日,世界瞩目的准东—皖南±1100千伏特高压直流输电工程正式投运。我国自主研发、自主设计和自主建设的目前世界运行电压等级最高、输送容量最大、送电距离最远的直流输电工程,终于揭开面纱,迎接世人关注的目光。

  工程起于新疆昌吉换流站,途经甘肃、宁夏、陕西、河南,止于安徽古泉换流站。历经十年研究、三年半建设工期,工程应用先进的高电压、大电流、低损耗换流技术和装备制造技术,创下多项世界纪录,填补多个国际空白,实现了世界高压输电领域的重大跨越,树立起了世界电力发展史上一座新的里程碑。

  这个工程的故事,还远远不止于此。

多项“世界之最”,底气从何而来?

  新的工程因何成为“世界之最”?通过以下几组数字或许可以得出答案——

  ±1100千伏,世界上最高的电压等级;

  3324千米,世界上最远的输电距离;

  1200万千瓦,世界上最大的输电容量。

  一个个“第一”背后,是一段漫长艰辛的登顶之路。

  10年前,国家电网有限公司启动了±1100千伏特高压直流输电21项关键技术研究,组织国内外数百家单位开展产学研联合攻关,向电网技术的“无人区”挺进,开始了输电技术攻关的马拉松赛。由于没有国外成熟的技术和成果可借鉴,研发团队必须根据我国国情和特高压直流输电技术现状,在工程规划、设计、施工、运行等方面持续深入细致地研究攻关,勇敢地“摸着石头过河”。

  2011年,公司又启动了15项±1100千伏特高压直流输电关键技术研究。此后一年,工程模型样机和关键组部件研制成功,工程研发工作取得阶段性胜利。2015年12月,工程获得核准,2016年1月工程正式开工建设。

  “从最初的规划,到工程研发再到工程建设,每个环节都有数不清的难点。电压等级提高到±1100千伏,看起来只是数字的增加,背后对系统稳定性、绝缘配合、换流站布置和设备性能等都提出了更高的要求。”国网经研院设备监造中心主任李明承担了工程大部分的设备监造工作,他说:“如此高的电压等级,如此大的输电容量,已经到了很多设备的设计极限。现有的厂房规模、制造手段等已经无法满足要求,一切都必须重新开始。”

  作为整个工程研发的核心,换流变压器研发的成败,决定了工程能否建成落地。

  对一幢房子来说,更高的楼层,需要更强的承重能力。对换流变压器来说,更高的电压等级需要更强的绝缘结构设计。±1100千伏,意味着必须重新设计变压器内部结构,才能保证所有设备的安全可靠稳定。早在变压器概念设计阶段,内部结构的改进工作就开始了。五年时间里,经过数不清的论证、计算、修改、实验,甚至在最后的生产阶段,换流变压器的内部结构也一直在改进优化。

  “为研制出适用于±1100千伏电压等级的换流变压器阀侧套管和出线装置,我们必须设计出一套全新的规范参数,提供给厂家研发制造。”说起设备研发过程,国网直流建设分公司副总工程师郑劲感慨,“参数设计和设备制造都是艰难的过程,这中间没有任何经验可循,我们和厂家相互配合、共同努力,经过了多次失败,然后再技术迭代。道路曲折,前途却光明,重大创新往往都是这样来之不易。”

  “路子找到了,就要大胆去做”。穿墙套管实现国产化、换流阀耐压特性提升、电磁环境难题被攻克……技术研发一环扣着一环,创新突破一个接着一个,电网人最终顺利完成了电工领域的巨大挑战,全面掌握了世界最高电压等级输电核心技术,建设了一个前所未有的精品工程,创下了多项名副其实的“世界之最”。

超强输送能力,带来几重利好?

  旅客从新疆昌吉出发前往安徽宣城,需要乘坐汽车再换乘火车,历时52小时22分才能抵达终点。而电,顷刻之间便能穿越数千千米,实现“用新疆的一阵风来点亮华东的万家灯火”。

  2018年10月,工程调试送电,来自我国西部能源基地的富集电能直通华东地区。如今工程投运,我国成为世界首个具备3000~5000千米范围内输送千万千瓦级电能能力的国家。±1100千伏特高压直流输电也成为目前世界范围内最高效最经济的能源输送方式。

  先来做一道算术题。仅一个±1100千伏直流工程的输电能力即可满足我国一个中等发达省份一半左右的用电需求。准东—皖南±1100千伏特高压直流输电工程的输电能力可同时驱动1200列高铁列车全速运行,同时点亮4亿盏30瓦的电灯,满足华东5000万家庭的用电需求。

  新疆是我国五大综合能源基地之一。准东地区煤炭资源品质优良、开发条件好,已探明煤炭储量2136亿吨,规划产能可支撑4000万千瓦煤电装机。如此丰富的煤炭资源,却因外送问题,无法大规模开发利用。

  “首先运力紧张是重要因素。其次,尽管铁路部门积极畅通疆煤运输通道,但如此大规模的煤炭运输,从经济性上考虑,是很不划算的一件事。”国网特高压部有关专业人士在接受记者采访时说,“但特高压输电解决了这个难题。与其他的利用方式相比,工程能以最少成本获取最大收益,将新疆的潜在资源优势转化为实际经济优势,并同时降低用户用能成本。”

  除了超强输电能力带来的用能效率提升和用能成本下降,工程建设本身也具备强大的经济效益。工程能直接带动新疆的电源等相关产业投资约1020亿元,可增加就业岗位2.8万个,每年拉动国内生产总值增长上千亿元,助力打赢精准脱贫攻坚战,为新疆经济社会发展和长治久安提供了坚强保障。

  重重利好,不仅体现在经济效益的“量”上,更体现在社会发展“质”的提升上。

  利用先进特高压输电技术实施大规模“疆电外送”,工程不仅能有力促进新疆能源基地集约化开发,拉动新疆经济增长,实现新疆健康快速发展和长治久安;从更大范围看,它极大提升了电力系统的资源优化配置能力,给跨国输电、洲际输电提供了解决方案,对“一带一路”建设具有重大的示范效应,也为加快世界能源转型和可持续发展提供了成熟技术和成功经验。

推动绿色发展,如何发挥更大作用?

  新疆无垠的戈壁荒滩上,高耸的白色风机迎风起舞。叶片飞旋,股股清风不断转化为涓涓电能,送入千家万户。

  得益于“三山夹两盆”的特殊地形,新疆多地处于“风口”,九大风区的风能资源相当于四个半三峡电站。

  但近年来,随着风能资源大规模开发,运行消纳矛盾也日益突出——风电装机暴增的同时,利用率却不高。

  把风电送出去,必须依靠特高压。

  2014年1月投运的哈密南—郑州±800千伏特高压直流工程是实施“疆电外送”的首个特高压直流工程。此后,新疆面向华东地区的输电网络不断延伸。随着准东—皖南±1100千伏特高压直流输电工程投运,新疆丰富的清洁电能将继续“灌溉”远方。

  据测算,工程每10小时输送的电量就能给全国所有电动汽车充满电,每8小时20分钟输送的1亿千瓦时电能,相当于替代燃煤4.58万吨。如此庞大的燃煤量,即使采用国内运煤能力最强的重载列车运送,也需要55小时。

  “工程投运后,相当于给‘疆电外送’额外增加了一条‘输血’大动脉。显而易见,交易电量尤其是清洁电量也将随之增加。”北京电力交易中心交易一部有关专业人士说,“依靠发电权替换、电力现货市场交易和中长期电力交易,工程将进一步提高新能源消纳水平,提升新能源利用率。”

  工程解决的不仅是西北地区新能源消纳问题,更为华东地区的“呼吸之痛”开出了一剂良方。

  作为大气污染防治的有效手段,特高压能减少燃煤排放,进一步提高华东地区终端用能电气化水平,推动地区高质量发展,助力打赢污染防治攻坚战,推动大气污染防治目标的实现。工程投产后具备年送电600亿~850亿千瓦时的能力,超过上海全年用电量的一半,可使华东每年减少原煤消耗3800万吨,减排二氧化碳7000万吨、二氧化硫70万吨。

  电网技术创新突破,电网网架优化完善,将随着经济社会发展的需求,永不止步。预计到2020年、2025年和2035年,国家电网跨区跨省输电能力将分别达到2.5亿、3.6亿和6亿千瓦,满足清洁能源装机6.5亿、9亿和15亿千瓦发展需要。纵横神州的特高压电网,将尽其所能为经济社会发展发挥更大作用。

关键词: 特高压,直流输电

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