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特高压 更大容量更远距离输电

什么是特高压输电?
 
  我国能源资源与电力负荷需求呈逆向分布。2/3的水电资源集中在西南地区,80%以上的陆地风能资源和太阳能资源集中在西部、北部地区,而70%以上的电力消费集中在东中部地区,能源基地距离负荷中心1000~4000千米。针对我国能源资源特点,国家提出了“西电东送”发展战略。随着社会发展,社会对电能的需求不断增加,输电线路传输电能容量(功率)不断增长。
 
  输电主要有交流输电和直流输电两种形式,两种输电形式相辅相成、相互支撑。交流输电的自然功率与电压的平方成正比,与线路的阻抗成反比,通过提高输电电压可以大幅提升输电功率。电压等级越高,传输的容量越大;输送的距离越远,经济性越高。直流输电在电流相同的条件下,输电功率与电压成正比,电压提升可以有效提高输电功率。
 
  特高压输电是采用交流电压1000千伏及以上和直流电压±800千伏及以上电压等级的输电技术。特高压输电是在超高压输电的基础上发展的,目的是在节省土地资源的前提下继续提高输电线路走廊的输电能力,实现大功率的中、远距离输电;适用于远距离、大规模电力输送和大范围能源资源优化配置,是一种资源节约、环境友好型输电技术。
 
  特高压输电的特点主要体现为输送容量大、输送距离远和减少线路走廊。
 
  输送容量大。一回1000千伏输电线路的输送容量大约是一回500千伏线路的5倍,一回±800千伏输电线路的输送容量大约是一回±500千伏线路的2倍左右。
 
  输送距离远。由于特高压输电线路电压等级高,可以降低网损,从而实现远距离输电。
 
  减少线路走廊。随着用电负荷的增长、电网的不断发展,输电线路走廊日趋紧张。采用特高压交、直流输电可以减少线路回路数,节约土地资源。
 
  技术研究与示范工程建设
 
  我国的特高压技术研究始于20世纪80年代,自2005年开始对交流1000千伏、直流±800千伏特高压输电线路进行研究实验。
 
  中国特高压交流工程在电网设计、设备、建设、科技等多个领域实现了重大创新和突破。“特高压交流输电关键技术、成套设备及工程应用”获得2012年度国家科技进步奖特等奖,国家电网公司引领我国特高压交流工程建设走向世界舞台。
 
  2018年1月8日,“特高压±800千伏直流输电工程”荣获国家科学技术进步奖特等奖。国家电网公司等单位联合科研、高校、设备制造等160多家单位协同攻关,攻克了特高电压、特大电流下的绝缘特性、电磁环境、设备研制、试验技术等世界级难题。
 
  2009年1月6日,晋东南—南阳—荆门特高压交流试验示范工程投入商业运行。工程变电容量600万千伏安,系统标称电压1000千伏,最高运行电压1100千伏。
 
  示范工程成为我国南北方向的一条重要能源输送通道,为世界首个商业化运营的特高压交流工程,是我国乃至世界电力发展史上的重要里程碑。依托该工程,我国具备了全面推广应用特高压输电技术的条件。
 
  2010年7月8日,向家坝—上海±800千伏特高压直流示范工程投运。工程最大输送容量为700万千瓦,输电距离1907千米。
 
  示范工程由我国自主研发、自主设计和自主建设,是我国能源领域取得的世界级创新成果。我国已全面掌握特高压直流规划设计、试验研究、设备研制、工程建设和运行管理等关键技术,并在国内国际上推广应用。
 
  截至目前,国家电网公司已累计建成投运“十三交十一直”特高压工程。
 
  特高压交流工程:
 
  1000千伏晋东南—南阳—荆门
 
  1000千伏淮南—浙北—上海
 
  1000千伏浙北—福州
 
  1000千伏锡盟—山东
 
  1000千伏蒙西—天津南
 
  1000千伏淮南—南京—上海
 
  1000千伏胜利—锡盟
 
  1000千伏榆横—潍坊
 
  1000千伏雄安—石家庄
 
  1000千伏苏通GIL综合管廊
 
  1000千伏潍坊—临沂—枣庄—菏泽—石家庄
 
  1000千伏驻马店—南阳
 
  1000千伏张北—雄安
 
  特高压直流工程:
 
  ±800千伏向家坝—上海
 
  ±800千伏锦屏—苏南
 
  ±800千伏哈密南—郑州
 
  ±800千伏溪洛渡—浙西
 
  ±800千伏宁东—浙江
 
  ±800千伏酒泉—湖南
 
  ±800千伏晋北—江苏
 
  ±800千伏锡盟—泰州
 
  ±800千伏上海庙—山东
 
  ±800千伏扎鲁特—青州
 
  ±1100千伏准东—皖南
 
  ±1100千伏昌吉—古泉特高压直流工程
 
  ±1100千伏昌吉—古泉(准东—皖南)特高压直流工程额定电压为±1100千伏,输电容量为1200万千瓦,输电距离为3324千米。工程是目前世界上电压等级最高、输电容量最大、送电距离最远、技术水平最先进的特高压直流工程。
 
  在工程设计研究与设备制造方面,攻克了过电压深度控制、电磁环境控制、系统分析与设计等世界级难题,在世界上首次研制成功电压等级和容量之最的换流变压器、换流阀等设备。自主研制成功世界首支1100千伏直流穿墙套管,代表了国际上特高压直流输电技术研究、装备制造和工程应用的最高水平。
 
  施工建设方面,在工程现场创新建立“智慧工地指挥服务平台”,形成智慧工地的数据资产,实现工程现场建设管理水平的新突破。
 
  设备运行稳定,主要技术性能指标优于国家标准,处于国际先进水平。
 
  昌吉—古泉特高压直流工程每8小时20分即可输送1亿千瓦时电能,破解了新疆丰富的能源资源难以大规模开发利用的困局。与±800千伏、800万千瓦直流工程比较,该工程每千公里线路损耗由2.8%降低到1.5%,具备年送电量600亿~800亿千瓦时的能力,超过上海年用电量的40%,可使华东每年减少燃煤3000万吨,二氧化硫51.41万吨。
 
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  1000千伏张北—雄安特高压交流工程
 
  河北张家口地区是国家可再生能源综合示范区,风能、太阳能等能源资源丰富,但本地消纳能力不足,需要大规模送出。1000千伏张北—雄安特高压交流工程能够有效促进张家口国家可再生能源示范区建设,满足河北南网、京津冀电网的负荷发展需求。工程投产后,将助力发电侧打造多点汇集和送出的可再生能源消纳模式,保证新能源的安全可靠接入及送出,为2022冬奥会100%使用清洁能源提供坚强特高压网架支撑。
 
  工程是国家电网有限公司打造的环水保典范工程,穿越众多景区、矿区,地形复杂,生态环境保护要求高,施工过程中切实落实绿色施工方案,保证了施工全过程安全、可控、能控、在控。
 
  该工程研发应用了世界上首套1000千伏特高压交流可控并联电抗器(以下简称“可控高抗”)。
 
  可控高抗作为一种新型柔性交流输电系统装置,与传统的固定高抗相比,对系统电压的调节效果更好,可根据系统无功需求实现无功补偿容量自动调节,动态补偿输电线路过剩的容性无功功率,降低线路损耗,显著提高系统输送能力和安全稳定水平。可控高抗在本工程的成功应用,填补了国际空白,是特高压和新能源送出技术创新发展的一项重要成果。
 
  张北—雄安特高压交流工程远期最大送电能力可达到每年360亿千瓦时,相当于北京年用电量的1/3,每年可以为雄安新区输送70亿千瓦时清洁电能,为雄安新区实现100%清洁能源创造了条件。
 
  来源:国网交流公司、国网直流公司、国网冀北电力、《中国电力百科全书》(第三版)、电网头条、上海浦东供电公司,夏伟、侯镭、董然、刘环、李天佼、方杰、金雍奥等对本文有贡献。
 
 

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