亞歐大陸腹地的曠野上,數百萬年來,只有稀疏的荒漠植物和黃羊、野驢隨著冬去春來,循環(huán)往復地釋放生機。但在如今,亙古荒原熱鬧非凡,一列宛如長龍的巨大銀色電力鐵塔群,從工地上拔地而起,托舉著手臂粗細的電纜,接力般從新疆準噶爾盆地一路向東,翻過天山,穿行河西走廊,跨越黃河、長江天險,最終抵達安徽南部。
這條“長龍”便是承攬目前世界電壓等級最高、輸送容量最大、輸送距離最遠、技術水平最先進“四項第一”的準東至皖南±1100千伏特高壓直流輸電工程。隨著這一工程一路攻堅克難并將于今年年底建成投運,中國的特高壓輸電技術再度引起廣泛關注。
技術創(chuàng)新“挑戰(zhàn)不可能”
不久前,在新疆準東工業(yè)園的昌吉換流站附近,準東至皖南±1100千伏特高壓直流輸電工程中,地形地貌最多樣、氣候條件最復雜的新疆段實現全線貫通。
進入施工現場,如同來到“巨人國”:兩基鐵塔高度均超過百米,有33層樓高,塔重400多噸,是名副其實的“巨無霸”;工程所用電纜有成年人手腕粗細,固定電纜的“螺絲螺母”、絕緣瓷瓶每個都有十幾公斤重。
兩年來,工程新疆段從準噶爾盆地東部,征服沙漠和戈壁,越過風區(qū)和天山,近600公里的廊道上架起了1109基鐵塔。
相對于技術成熟的750千伏輸電線路,電壓等級提升至1100千伏,意味著鐵塔更高、噸位更重,基礎混凝土方量更大、難度更高,且沒有先例借鑒,工程的首創(chuàng)性讓施工人員面臨前所未有的困難。
線路新疆段要穿越中國第二大沙漠——古爾班通古特沙漠,高溫暴曬、沙暴大風卻不是讓施工人員最頭疼的事。400多噸的鐵塔要“站得穩(wěn)”基礎混凝土牢固是關鍵,而讓混凝土澆筑后“保濕”在沙漠并非易事,以往的“人工澆水法”耗時費力還難以奏效。
在新1標段項目副經理金毅帶領下,項目組技術人員“腦洞大開”,想到了農業(yè)節(jié)水中的“滴灌”,不僅解決了混凝土“保養(yǎng)”難題,還節(jié)省了水資源。“混凝土強度得到保證,用水量僅相當于過去的1/6。”金毅說。目前,沙漠地區(qū)混凝土滴灌養(yǎng)護技術正在申請國家專利。
翻越東天山是新疆段施工的又一個難題。60多公里的標段不僅涵蓋高山丘陵等復雜地形,處于地震烈度帶,且全程處于43米/秒的風區(qū)中。在天山深處的施工點,工作人員將山腳下的建材用索道一點點運送到塔位,再用抱桿在山頂將建材“精確”組立起來。新疆段業(yè)主項目部副經理徐玉波說,其中一基鐵塔花費45天才組立完成。
為了讓15公里以外攪拌好的混凝土“上山”時不能凝固,而要在澆筑后24小時內凝固,施工方還聯合科研院校進行科技攻關,最終通過加入新材料外加劑攻克了這一難題。
換流站是特高壓直流輸電工程的心臟,僅昌吉換流站投資就達81億。7家電廠及五彩灣750千伏變電站傳輸的交流電在這里轉化為直流電,電壓升至±1100千伏再輸送出去。眼下,7臺換流變壓器和兩套換流閥已完成設備本體安裝。
國網直流公司昌吉換流站業(yè)主項目副經理姚斌說,±1100千伏換流站代表當今世界直流輸電技術最高水平,換流容量、電氣絕緣等技術指標都“趨于極限”,刷新了我國相關設備制造的新高度。
準東至皖南特高壓直流輸電工程,全長3324千米,總投資407億元,輸送電壓等級提升到1100千伏,輸送容量增至1200萬千瓦,經濟輸電距離延伸到3000公里以上。除了新疆段貫通之外,目前陜西段組塔過半,安徽段進入放線階段。
這一工程順利展布標志著我國特高壓技術應用進入新高度,增強了我國電網技術和電工裝備制造領域的國際影響力與競爭力,為將來有序推進電力互聯互通、帶動中國技術和服務“走出去”奠定了基礎。
特高壓全面“出海”還有多遠
我國西部能源資源富集,距離用能中心東中部地區(qū)卻有數千里之遙,電力供需區(qū)域不平衡。以新疆為例,當地煤炭預測儲量逾2萬億噸,占全國煤炭預測儲量四成以上,風能及太陽能儲量可觀,但地下、空中資源均需3000公里以上的運輸才能到達東部。將能源集約化開發(fā)轉化為電能是可行之路,而特高壓能大幅降低長距離輸電損失。
據國家電網測算,準東至皖南特高壓工程每年可從新疆向中東部輸送電力660億千瓦時,減少燃煤運輸3024萬噸,每千公里輸電損耗僅1.5%,滿負荷條件下輸送能力相當于6條750千伏線路,節(jié)約了土地和走廊資源。
建設特高壓輸電工程、大規(guī)模輸送西部清潔能源,可緩解東中部人口稠密地區(qū)大氣污染防治壓力。準東至皖南特高壓工程投運后,每年可減排煙塵2.4萬噸、二氧化硫14.9萬噸、氮氧化物15.7萬噸。
目前,中國建成“八交十直”特高壓工程,其他國家也看到了特高壓的優(yōu)勢。由中國國家電網公司與巴西國家電力公司聯合投資的巴西美麗山±800千伏特高壓直流輸電一期工程,2015年奠基,去年12月建成投運。這條中國首個特高壓“走出去”項目,將美麗山水電站超過1/3的電能輸送到巴西東南部負荷中心,滿足了2200萬人口的年用電需求,實現了特高壓技術首次海外落地。
眼下,二期項目正在建設中。業(yè)內預計,二期項目將帶動超過25億元人民幣的國產電力裝備出口,進一步推動特高壓輸電技術、規(guī)范和標準的全球化應用。
動輒兩三千公里的特高壓也許對部分國家吸引力有限,但對跨國電網、洲際互聯就不一樣了。日本軟銀集團首席執(zhí)行官孫正義宣稱要打造包括中俄日韓蒙在內的東北亞能源“超級電網”,去年10月軟銀在蒙古戈壁灘建設的50兆瓦風力發(fā)電場投入使用。韓國電力公社社長趙煥益在一次論壇上也表示“覆蓋韓中日乃至俄羅斯的‘超級電網’在經濟及技術層面是可行的。”
四年前的秋天,聯合國亞洲及太平洋經濟社會委員會曾邀請多國電力專家、企業(yè)及投資機構代表,在新疆探討泛亞洲區(qū)域“超級電網”。參會代表分析,東亞的韓國、日本屬消費大國,但供應能力薄弱,蒙古國煤炭、風能及太陽能富集,但消費市場有限;中亞的塔吉克斯坦、吉爾吉斯斯坦水電供大于求,而臨近的阿富汗和巴基斯坦缺電人口達4000萬人——結論是,互相連通的“亞洲超級電網”可完成跨國電力交易和互聯,促進區(qū)域能源供需平衡,提高能源利用經濟性。“這是未來亞洲集體的能源策略。”亞太經社會能源專家德里克˙阿金森說。
促進可再生能源利用被認為是“亞洲超級電網”的另一個驅動力。氣候變化要求各國研究設計以可再生能源為依托的輸送模式,若想把發(fā)電空間讓給隨時變動的風電和光電,電網必須堅強、智慧地應付這些“不靠譜”能源,這就需要特高壓電網的大輸送能力和足夠的裕度。
這一點已被實踐證明。目前,新疆已投運750千伏“疆電外送”一、二通道及±800千伏哈密南-鄭州特高壓直流外送通道。依靠這些“電力高速公路”,去年新疆可再生電力外送量占據“疆電外送”總電量的1/3還多。
金風科技股份有限公司董事長武鋼表示,新疆與周邊8個國家接壤,是“一帶一路”核心區(qū),未來可推進新疆與周邊國家電力互聯互通,深化國際能源合作,為“一帶一路”沿線國家提供能源利用的最佳方案。
關于特高壓的爭議
特高壓自誕生之日,便爭議不斷,特別是對特高壓交流輸電技術。
主要觀點有三:一是不安全,有導致大停電的危險,美國、印度大停電就是教訓;二是造價太高,相當于“燒錢”,發(fā)電企業(yè)虧損,電網企業(yè)營收增速放緩,誰來投資;三是電力需求增長放緩,西部棄水、棄風、棄光加劇,難以消化特高壓跨區(qū)域送來的電,政策趨勢顯示送電地區(qū)與受電地區(qū)電價價差可能進一步縮小,從而減弱遠距離輸電的動力。
但也有觀點與之相對,認為特高壓與大停電并無直接因果關系。此外,特高壓工程造價及經濟效益分析不等同于特高壓電網整體效益分析。
受訪業(yè)內人士對記者表示,特高壓技術推進應伴隨整個項目的嚴謹論證,并通過實踐不斷檢驗總結。
提升特高壓技術水平,在電網架構、通道設計及事故防備上不斷完善,提高特高壓安全性。目前國家電網已建立仿真中心,通過掌握電網特性的仿真分析技術,避免安全穩(wěn)定控制措施失效,防止大面積停電。
引入市場化機制,通過跨省區(qū)現貨交易加大可再生能源消納空間,這使甘肅省去年棄風棄光電量同比減少19%,通過跨省區(qū)現貨交易消納的新能源電量占新能源增發(fā)電量的一半。在東北,不能深度調峰的火電廠向提供深度調峰服務的火電廠支付補償金,這種市場化定價的經濟補償激勵發(fā)電企業(yè)在調峰困難時主動減發(fā),也為可再生能源騰出消納空間。
按照國家《解決棄水棄風棄光問題實施方案》,今后幾年將優(yōu)先建設以輸送可再生能源為主且受端地區(qū)具有消納市場空間的輸電通道;優(yōu)化電網調度運行,提高現有輸電通道運行效率,發(fā)揮電網關鍵平臺作用,為水電、風電和光電打造“綠色通道”;因地制宜開展跨區(qū)跨流域的風光水火聯合調度運行,實現多種能源發(fā)電互補平衡,從而逐步解決全國棄水棄風棄光問題。
可以預見,擁有自主知識產權的我國特高壓技術不會一夜壯大,發(fā)展道路上仍會爭議不斷,全面“出海”也不會一片坦途,未來有待于提高安全性、保持技術先進、擴大成本優(yōu)勢,還需考量我國供應鏈控制能力和批量化工業(yè)制造能力。