2019年9月的一天,巴西里约热内卢的郊外被笼罩上了一片“中国红”。因为就在这一天,中国为巴西援建的八百千伏特高压输电线路正式建设完成。
这条供电线路建成之后,将会为巴西的5个州、78个市解决供电问题。为了庆祝这一历史性的时刻,里约热内卢州的州长还亲自来到了竣工典礼的现场,向中方的施工人员表示感谢。
中国为巴西援建的这条特高压线路将一次性解决1600万巴西人的用电需求。同时它也标志着巴西成为了拉美地区第一个拥有中国特高压线路的国家。
众所周知,电力的运用始于第二次工业革命期间的西方国家。但如今中国的特高压输电线路在世界范围内可谓是“一枝独秀”。
那么,中国的“特高压输电技术”到底是怎样炼成的?为什么其他的国家就无法建设特高压输电线路呢?
被”逼出来“的中国特高压输电技术说起电压,一般分为低压,高压,超高压和特高压这几种。从低压到高压从技术上来说并不难,但从超高压提升到特高压就非易事了!
原来这是因为当电压高到一定程度后,连空气这样原本不导电的绝缘体都会变成可以通电的导体,致使输电设备损坏。
因此,如何发展特高压输电技术,让内部的变压器做好绝缘,就是特高压输电的核心技术!而这在全世界也被公认为一个技术上的难题。
但办法总比困难多,中国的特殊国情决定了中国人必须掌握这一世界先进技术,唯有如此才能更好地生存发展下去。
众所周知,中国能源分布和经济发展是不均衡的。煤炭资源和水电资源超过百分之七十分布在中国的中西部。
而国内能源需求和电力消费大部分集中在中国的沿海和中部地区,其中长三角和珠三角就是两个巨大的用电中心。
而中国国土辽阔,主要用电中心距离能源基地最远可以达到3000km。中国以前的500kv输电网络不能满足这些集中式发电基地大规模开发和远距离送电的要求。
而针对这个难题,我们只有两个解决办法。一是在沿海用电中心占用大量土地,投入巨额资金继续建设普通电站,但这对于沿海经济发达地区的后续发展十分不利,也是不现实的。
二是在送电省份建设电站,进行远距离送电。在这种情况下,发展有大容量、远距离、低耗损的特高压输电技术对中国而言迫在眉睫。
其实在上世纪八十年代,中国就已经开始了1000kv特高电压的研究试验。在“七五”,“八五”期间,我国也都坚持把特高压输电技术放到重点突破名单里。
而经过了二十年的辛苦耕耘,中国科研机构在特高压输变电设备、特高压变电站、绝缘配合等领域取得了突破性进展。
来到21世纪,中国的特高压技术在应用和产业化方面更是独树一帜。2009年,从陕西北部到到湖北荆门的特高压示范线路建成,这是世界上首个投入商业运行的特高压示范工程。
2010年,中国完全自主设计建造的云南——广东特高压直流输电工程投入运行,全长1373km,高达800kv。
这两项重大工程的建成,象征着中国电网全面进入特高压电网时代,中国特高压工程遍地开花。
到2020年底,中国完建和在建的特高压工程共计35个,线路总长度超过40000km,绕地球一圈还有富余。
恰在此时,随着全球环境危机的出现,“碳达峰、碳中和”以及中国智能电网的概念浮出水面,特高压顺理成章将在这些领域发挥重大作用,拥有宽广的使用前景。
作为一个负责任大国,中国提出要在2030年前和2060年前实现“碳达峰”“碳中和”这两个伟大目标。
要实现这一目标,中国必须大量使用核电、风电和水电这样的清洁能源来减少碳排放。而能源生产省份都在中西部,要实现清洁能源的远距离、大容量输送就离不开特高压输电技术。
当然,特高压输电技术本身也可以帮助电网提高运行效率。在特高压技术普及前,中国的传统电网是区域分布的局部电网,传入输入电能缺乏弹性,浪费了大量能源。
而特高压的远距离、大容量输电把彼此分割的区域电网链接起来,在电力方面做到“全国一盘棋”,从而实现效率高、能耗低的智能电网,为世界节能减排做出贡献。
如此看来,特高压的商业运用可说得上是百利而无一害。那么世界上的其他发达国家,诸如欧美为何不发展特高压输电技术呢?
(前苏联电力建设)
外国特高压输电技术瓶颈难破在上个世纪60年代,国外发达国家就开始了对于特高压技术的研究,他们都曾建成过特高压试验线路,也进行了大量的特高压输电技术研究和试验。
但由于各种各样的原因,这些国家要么半途而废,要么建成的特高压线路被迫降级运营,真正意义上的特高压输电技术实际上只有中国完全掌握!
1985年,前苏联就已经建成了长达900km,高达1150kv的特高压线路,之后安然运行了5年时间。
但苏联的突然解体导致这个项目胎死腹中。新独立的哈萨克斯坦没有那么多的用电需求,也缺乏相关特高压技术方面的人才。
在这种情况下,位于哈萨克斯坦境内的这条试验线路被降到500kv运行,失去了其试验价值。
(图为苏联在哈萨科斯坦建设的特高压线路)
而美国也在1967年开始了特高压输电方面的研究,主导研究的美国电力公司和通用电力公司先后建成了数百千米的特高压输电试验线路。
尽管他们起步很早,但美国到现在都没有在工程中采用真正的特高压输电技术,远远落后于中国。
一方面,美国在上世纪70年代的石油危机,使得政府财政没有足够的钱支撑特高压技术方面的进一步研究。
另一方面,美国是联邦制的政体,地方各自为政,电力公司彼此独立,这导致美国电网是区域性,碎片化的二流电网,不能彼此传输电能,特高压输电也就没有了发展基础。
(彼此分割,互不相连的美国电网)
而日本作为一个蕞尔小国,虽然只有37.8万平方千米的国土面积,对特高压输电需求没有那么强烈,但为了应对能源短缺的窘境,日本也修建了一条从福岛到东京的线路。
可是因为2011年的福岛核电事故以及经济危机影响,这条线路最终只能以500kv运行,完全谈不上特高压输电技术的真正运用!
而中国特高压输电技术起步虽然晚一些,但中国特高压技术能够后来居上,排名世界第一,这离不开中国自身的体制优势和自主创新。
俗话话:“集中力量办大事”。中国特高压输电取得飞快进步就是有这一点作为支撑。为突破特高压输电技术的技术天堑。
国家电网公司,中国能源建设集团规划设计集团等特大型国有企业专门调集上万人,负责专门的技术攻关和工程建设。
(图为国家电网公司)
在行政上,从中央政府到地方政府一路开绿灯,对于工程所需设备及材料的生产、运输上尽最大程度的支持,
在生产,学习,研究三个方面多管齐下,把中国特高压输电技术中的难题以最快最优的速度解决掉。
可即便如此,特高压属于新兴科技,在中国之前,没有任何一个国家在该领域实现完全成功,故而技术攻关的道路其实并不好走!
前文中提到,特高压设备内部变压器做好绝缘的问题是掌握该项技术的核心,美国的解决办法是生产出一种特殊的陶瓷绝缘材料,然后用这种材料制作特高压变压器。
但根据这种标准制作,成品的变压器重量达到了7000吨以上,这对设备的生产运输产生了极大限制,花费的成本也急速上升。
眼看美国的路走不通,中国便采用了一种针对特高压单独设计制造的绝缘纸来让超高压变压器正常运转,而且这种纸方便裁剪,能适应各个元件的不同形状。
绝缘纸的应用,使得中国特高压变压器的重量只有500吨,不仅便于运输,成本更是大大降低,而且安全系数远远领先美国。
(图为中国特高压线路变压器)
当然,这么先进的技术中国是投入了巨额资金进行研发的。为了让该项技术造福世界,同时走上商用道路,中国把眼光投向国际市场。
那么具备中国特色的特高压远距离传输技术是否能够在国际市场上一鸣惊人呢?巴西给出了自己的答案!
墙内开花墙外也香——中国特高压输电技术助力巴西作为南美洲第一大国,巴西人口和国土面积都位于世界第五位,经济排在世界第八。坐拥亚马逊河,巴西拥有世界上得天独厚的水电资源。
但与中国情况类似,巴西水电资源分布与用电中心分布不一致,巴西里约热内卢和圣保罗等南部、东南部发达地区占用了全国百分之八十以上的电力负荷,因此对长距离大容量的特高压输电需求十分强烈。
(图为巴西地图)
同为金砖国家,巴西早就对中国拥有的特高压输电技术心向往之,而中方企业也不负众望。
为了拿下巴西的美丽山水电项目,中方的财务团队连轴转,分析了竞争对手差不多时间的投标数据,在七天只睡了7小时的情况下估算对手出价,为中方公司决策提供了重要数据。
2015年2月,中国国家电网公司以微弱优势成功中标巴西第二大水电站—美丽山水电站送出特高压直流输电二期特许经营权项目。
在中国国家电网公司拿下一期项目后,中国特高压技术才算真正的走出国门,开始为世界服务!
(巴西特高压输电线路图)
2017年9月,在中巴两国元首的见证下,巴西前部长费尔南多在人民大会堂向中国国家电网公司颁发巴西美丽山二期项目开工许可证。
其实美丽山项目对中国电力人是一个严峻的考验。巴西位于热带地区,气候恶劣,常年气温在40度以上,每年有6个月的雨季。
再加上基础设施建设水平低下,对野外施工作业提出了严苛的要求。西方的工程建设公司之所以打退堂鼓,与恶劣的自然和施工环境有很大关系。
(图为巴西美丽山电站施工项目图)
而且,巴西国内对于施工建设方面有严格的环境保护要求。人为规则和自然环境的双重限制,让美丽山项目二期难上加难。
但凭借着先进的特高压技术和丰富经验,参与建设的中方企业提前两个月完成项目建设,惊呆了全世界。
值得一提的是,美丽山二期项目也是巴西这些年来第一个没有遭到环保处罚的大型工程,巴西政府为表彰中方施工企业尊重环境,合法经营,巴西标杆管理评审机构授予该项目“2019年巴西社会环境管理最佳实践奖”。
巴西电力专家保罗指出:美丽山水电站项目把来自北部的电能源源不断输送到里约州和圣保罗州,满足了巴西最重要的经济中心的用电需求。
而中国企业为巴西打造了一条先进、高效和可靠的“电力高速公路”,使 1600 万人口受益。
(巴西省份地图)
而中国国内也授予该项目第六届“中国工业大奖”,这也是第一个获得“中国工业大奖”的中国海外项目。
从伊泰普水电站到美丽山项目,从巴西到中国,美丽山一、二期项目见证了中国特高压落地巴西,也向世界展现了中国技术和中国速度。
结语:回顾中国工业的发展史,中国人总是被教导向西方学习,向国际看齐。中国也总是被认为是“西方技术的跟屁虫”、“只善于模仿,不善于创新”。
这些舆论像一面面密不透风的墙,把中国工业包裹起来,在墙外面还写着“自卑”的大字。而特高压输电技术狠狠替中国人出了口恶气。
随着中国的特高压交流标准电压被推荐为国际标准电压。中国就如同苏醒的一头雄狮,正在向西方各国宣布:
中国从此也拥有了通过制定标准来抢占技术制高点,为世界各国服务的能力与水平了!
参考文献:[1]邓国庆. 中企助巴西打造“电力高速公路”
[2]段巍,王明,吴福象.能源结构、特高压输电与中国产业布局演变
[3]耿晓康. 美丽山的中国故事
[4]张思豪.中国特高压的发展状况及前景
编辑:葳蕤
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