科技时代,我国的创新能力不断提高,许多领域的科技水平逐渐领先全球,如量子通信、高速铁路、无人机、人工智能……这些科技成就不仅让每一个中国人倍感自豪,也让许多外国友人赞叹不已。
你知道吗?我国还有一项技术是独一无二且非常厉害的,这就是特高压输电技术。虽然在生活里,这个名字我们不常听到,但它却和千家万户的生活,以及工农业生产息息相关,甚至影响着整个世界的经济格局。
艰难的起步
要了解特高压输电技术,还得从发电厂说起。
1875年,世界上第一座以煤炭为燃料的火力发电厂在法国巴黎北火车站建成,为附近的居民区提供照明用电,此后几年里,美国、俄国、英国纷纷建立小型火电厂。1913年,全世界年发电量达500亿千瓦时,电力工业部门作为一个独立的工业部门,进入人类的生产、生活领域。但建发电厂容易,把电输送出去却不简单。
输电线路就像是一条运送电能的“道路”——如果仅在城市里送电,距离不算远,难度并不大。如果要跨地区、远距离送电,难度就飙升了。要想送得多、送得遠,就必须加大电流或电压,但电流太大又会引起电线发热,在输送过程中出现能量损耗,也不安全。人们最终只能采取提高电压的方式来送电。
新中国成立后,党和政府一直关注电力建设。1954年,我国第一条220千伏高压输电线路——松东李输电线投入运行,确保了辽宁省南部地区的工业用电。当时,220千伏是国际上高压输电线路实际应用中的最高等级,世界上只有美国、苏联等少数几个国家具有独立设计、建设的能力。
1972年,支持刘家峡水电站水电外送的刘天关输电线投入运行,这是我国第一条330千伏超高压输电线路。但直到21世纪初,我国用电仍处于紧张状态。电力优先供应给工业生产,其次保障居民用电。2003年夏天,全国就有22个省拉闸限电,不仅经济发展受到影响,居民生活用电也无法得到保障。
与此同时,我国西部地区有充足的水电、火电资源,却由于缺少远距离输电线路,无法输送到东部缺电地区。在这种情况下,建设特高压输电线路被提上日程,我国的电力事业开始起飞。
打造“电力高速公路”
在专业领域内,一般称220千伏以下的输电电压是高压输电,330千伏-765千伏的输电电压是超高压输电,1000千伏及以上的输电电压是特高压输电。
特高压输电线路输送电能的能力是超高压输电线路的数倍,如果说超高压输电是“4G”,那特高压输电就是名副其实的“5G”。
我国经济发达地区主要在东部和中部,这些地区集中了70%以上的电力消费,但能源资源丰富的地区却多在上千公里之外的西部。过去,为满足东部和中部地区的电力供应,我国建设了大量火电厂,可是所需的煤炭资源却要从山西省、内蒙古自治区、新疆维吾尔自治区等地拉运。
因此,用输电代替输煤,让特高压输电线路成为“电力高速公路”,也是我国电力专家团队的一个重要研究目标。经过十多年的艰苦攻关后,我国终于在远距离、大容量、低损耗的特高压输电核心技术和设备国产化等领域取得重大突破。
2009年,我国第一条1000千伏长距离特高压输电线路通过试运行,它从山西省出发,经过河南省南阳市,直达湖北省荆门市,是我国在能源基础研究和能源建设领域取得的世界级重大创新成果,也是世界电力发展史上的重要里程碑;2010年,来自向家坝水电站的电能,通过特高压输电线路被输送到1000多公里外的上海市,在世界范围内率先实现直流输电电压和电流的双提升、输电容量和送电距离的双突破。
输电能力的提高,让我国的发电量迅速增长。1985年,我国大陆地区的发电量全球排名第六;2011年,我国超过美国,成为发电量全球排名第一的国家;而到了2015年,仅江苏一省就和德国全国的用电量相当。
与此同时,特高压输电线路将青海省、新疆维吾尔自治区的风电和太阳能,金沙江、雅鲁藏布江上的水电,源源不断地输往东部——它成为资源富集地区和电力需求大户之间的便捷通道。
2019年9月底,新中国成立70周年纪念日的前夕,我国电力人为祖国华诞献上了特别的礼物——准东-皖南±1100千伏特高压直流输电工程、淮南-南京-上海1000千伏交流特高压输变电工程苏通GIL综合管廊工程双双投入运营。这两大特高压创新工程一个上天、一个过江,使我国大范围跨区域配置能源的能力大幅提升。
特高压输电技术为何没有“全球化”
我国的特高压输电技术独步全球,也招来了不少质疑的声音:既然特高压输电技术这么有用,为什么发达国家不用?
实际上,从20世纪60年代开始,美国就着手研究1000千伏特高压输电技术,并规划了相关工程,但由于70年代的石油危机,以及经济增速放缓和去工业化的政策,最后不了了之。
无独有偶,日本也想过建核电群,然后用特高压向全国输送电力,甚至在20世纪90年代建成了2条线路。可惜泡沫经济破灭后,日本没有了大规模核电站,这两条线路也就降压成了超高压。
因此,发达国家并非不想用特高压输电技术,只是他们开展研究虽然早,但遭遇各种意外,失去了需求动力,只能让技术闲置荒废。
百年巨变,走向世界
1888年,李鸿章花6000两白银买了套发电设备和电灯,装在寝宫讨慈禧太后欢心的时候,他不会想到,100多年后,我国特高压输电技术会领跑世界。
今日,我国特高压输电技术独步全球,不仅拥有完全的自主知识产权,技术标准也成为全世界的通用标准。哪个国家想建特高压电网,都会向我国买设备,采用我国的技术标准。
例如巴西第二大水电站“美丽山”项目,这个位于亚马逊热带雨林中的项目,电能要输送到2000公里之外的南方工业区。巴西与中国国家电网有限公司合作,开发特高压电网。
由多项国家标准和行业标准组成的特高压输电技术标准体系,让我国在国际电工标准领域掌握了话语权。由此推动成立的国际特高压直流和交流输电技术委员会,秘书处也设在我国。
几十年来,一直追赶世界先进科技的我国在特高压输电技术领域弯道超车,最终成为领跑者,中华民族伟大复兴的脚步永不停歇。