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　　周鶴良¹ 奚大華¹  張文亮²

　?。?.中國(guó)電工技術(shù)學(xué)會(huì)，北京 100823；2.國(guó)家電網(wǎng)公司，北京 100037）

　　電力是國(guó)民經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)性產(chǎn)業(yè)，多年來(lái)我國(guó)高速的經(jīng)濟(jì)發(fā)展引起了對(duì)電力的迫切要求，但中國(guó)的自然條件以及能源和負(fù)荷中心的分布特點(diǎn)使得超高電壓、超遠(yuǎn)距離、超大容量的電力傳輸成為必然。為了減少輸電線路的損耗和節(jié)約寶貴的土地資源，這就需要一種經(jīng)濟(jì)高效的輸電方式，而特高壓直流輸電恰好滿足了這一條件。多年來(lái)的實(shí)踐證明，特高壓直流輸電是實(shí)現(xiàn)全國(guó)能源資源優(yōu)化配置最佳的方式之一，是我國(guó)能源轉(zhuǎn)型發(fā)展較好的方式，對(duì)于推動(dòng)我國(guó)能源生產(chǎn)和消費(fèi)革命、減少環(huán)境污染、促進(jìn)能源供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革，都具有十分重要的意義。

　　一、我國(guó)電力工業(yè)的發(fā)展及前景

　　中國(guó)的電力工業(yè)在1949年，發(fā)電裝機(jī)容量只有185 萬(wàn)kW。而到2015年，全國(guó)裝機(jī)容量已達(dá)到15億kW，增加了789倍，平均每年以10%以上的速度在增長(zhǎng)。從2002年電力體制改革以來(lái)，我國(guó)發(fā)電裝機(jī)容量持續(xù)高速增長(zhǎng)，凈增規(guī)模超過(guò)10億kW，其中，“十一五”、“十二五”期間年均新增電力裝機(jī)約1億kW，為經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展提供了堅(jiān)強(qiáng)的電力支撐。2015年，全國(guó)凈增發(fā)電裝機(jī)容量1.4億kW，更是創(chuàng)年度投產(chǎn)規(guī)模歷史新高。

　　2015年，我國(guó)全社會(huì)用電量5.55萬(wàn)億kW·h，人均用電量為4000kW?h，為世界平均水平的1.3倍，但仍為發(fā)達(dá)國(guó)家的1/3～1/5。因此，我國(guó)電力負(fù)荷增長(zhǎng)仍有巨大空間。

　　表1 專家對(duì)我國(guó)2015—2050年發(fā)電裝機(jī)容量構(gòu)成預(yù)測(cè)/萬(wàn)kW

　　根據(jù)各產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值電耗歷史變化趨勢(shì)及未來(lái)我國(guó)經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)調(diào)整、發(fā)展方式轉(zhuǎn)變等因素，預(yù)測(cè)2020年全國(guó)全社會(huì)用電量為7.1萬(wàn)億kW，“十三五”期間用電量年均增速為4.5%。到2020年，全國(guó)人均用電量5100kW，已經(jīng)接近部分發(fā)達(dá)國(guó)家水平，如意大利、西班牙、英國(guó)等，約為目前世界平均水平的1.7倍。

　　我國(guó)飽和用電水平將介于一般發(fā)達(dá)國(guó)家中等偏上水平，即人均用電量7500kW?h左右，飽和時(shí)期大致在2035—2040年期間。2020年前后，我國(guó)將全面建成小康社會(huì)，逐步進(jìn)入后工業(yè)化時(shí)期。2020—2030年全社會(huì)用電量年均增速為2.5%左右，到2030年用電量達(dá)到9萬(wàn)億kW·h左右，人均用電量6500kW·h。預(yù)計(jì)我國(guó)人均能源消費(fèi)量在2030年達(dá)到飽和，人均用電量飽和時(shí)期略有滯后，大約在2035年前后。2030年以后，我國(guó)經(jīng)濟(jì)將遵循可持續(xù)發(fā)展的基本原則，在實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)持續(xù)增長(zhǎng)的同時(shí)，能源和資源消耗總量開始下降，生態(tài)環(huán)境質(zhì)量全面改善，社會(huì)財(cái)富極大提高，考慮到人口總量衰減因素，2030-2050年全社會(huì)用電量基本穩(wěn)定，到2050年用電量達(dá)到10.4萬(wàn)億kW·h左右，人均用電量8000kW·h。

　　二、采用特高壓直流輸電方式的必要性

　　特高壓直流輸電可點(diǎn)對(duì)點(diǎn)、大功率遠(yuǎn)距離直接將電力送往負(fù)荷中心，系統(tǒng)穩(wěn)定，輸送容量和距離不受同步運(yùn)行穩(wěn)定性的限制；可以減少或避免大量的過(guò)網(wǎng)潮流，并可對(duì)本系統(tǒng)的潮流方向和大小進(jìn)行控制；由于節(jié)約一根導(dǎo)線，桿型也較簡(jiǎn)單，可降低線路造價(jià)30%～40%左右；直流輸電系統(tǒng)一般為雙極輸送方式，如果其中一極的設(shè)備發(fā)生故障，另一極仍能以大地作回路，帶半負(fù)載運(yùn)行；直流輸電對(duì)通訊的干擾較小，且直流輸電不存在磁滯損耗和渦流損耗，線損較小，節(jié)能效果顯著；輸電走廊利用率高，節(jié)省土地資源；距離越長(zhǎng)，其單位投資效益越好。

　　我們知道，我國(guó)一次能源和電力負(fù)荷分布極不均衡。全國(guó)可開發(fā)的水電資源近2/3在西部的四川、云南、西藏；煤炭保有量的2/3分布在山西、陜西、內(nèi)蒙古。而全國(guó)2/3的用電負(fù)荷卻分布在東部沿海和京廣鐵路沿線以東的經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)。

　　表2 我國(guó)能源資源的地區(qū)分布一覽/%

　　西部能源供給基地與東部能源需求中心之間的距離將達(dá)到1000～3000km，這種發(fā)電能源分布和經(jīng)濟(jì)發(fā)展極不均衡的基本國(guó)情，就決定了能源資源必須在全國(guó)范圍內(nèi)進(jìn)行優(yōu)化配置。預(yù)計(jì)到2020年我國(guó)13個(gè)大型水電基地、15個(gè)大型煤電基地、9個(gè)大型風(fēng)電基地的開發(fā)規(guī)模將達(dá)到7.7億kW。為此建設(shè)特高壓電網(wǎng)，才能滿足東西2000～3000km、南北800～2000km遠(yuǎn)距離大容量的電力輸送需求。這也將促進(jìn)煤電就地轉(zhuǎn)化和水電大規(guī)模開發(fā)，實(shí)現(xiàn)跨地區(qū)、跨流域的水電與火電互濟(jì)，將清潔的電能從西部和北部大規(guī)模輸送到中東部地區(qū)，滿足我國(guó)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展對(duì)電力的需求。

　　從人口高度聚集的發(fā)展趨勢(shì)看，未來(lái)15年我國(guó)京津地區(qū)和沿海地區(qū)的能源需求還將大大增加。東部地區(qū)借助文化、科技、資金、交通和貿(mào)易等方面的基礎(chǔ)優(yōu)勢(shì)，國(guó)民經(jīng)濟(jì)將得到持續(xù)快速發(fā)展，加上人口的聚集，到2020年，華東、廣東、京津唐、山東、遼寧電網(wǎng)年用電量之和將達(dá)到4萬(wàn)億kW·h，占全國(guó)年用電量的比例近60％，因此這種強(qiáng)勁的電力輸送需求將使今后相當(dāng)一段時(shí)期為建設(shè)特高壓直流輸電的黃金時(shí)期。

　　此外，發(fā)展特高壓輸變電技術(shù)，將帶動(dòng)相關(guān)制造行業(yè)的發(fā)展，全面提升國(guó)內(nèi)輸變電設(shè)備制造業(yè)的水平，使國(guó)內(nèi)特高壓直流輸電及相關(guān)設(shè)備制造技術(shù)更加成熟，對(duì)實(shí)現(xiàn)我國(guó)輸變電設(shè)備制造技術(shù)升級(jí)，提高行業(yè)的國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力都有重大意義。

　　三、我國(guó)特高壓直流輸電的驕人成果

　　特高壓直流輸電系統(tǒng)十分復(fù)雜、裝備技術(shù)水平要求高，且當(dāng)時(shí)世界沒有工程先例。但隨著電力輸送規(guī)模和距離的日益增加，以及對(duì)提高電力輸送效率，建設(shè)可靠、高效、 環(huán)保電網(wǎng)的要求，需要研發(fā)更為先進(jìn)的特高壓直流輸電裝備，對(duì)于提升電力的大規(guī)模遠(yuǎn)距離輸送能力和我國(guó)電網(wǎng)技術(shù)水平，都具有重要的意義。

　　因此，在我國(guó)迅猛發(fā)展的國(guó)民經(jīng)濟(jì)需求的倒逼下，2005年我國(guó)就將發(fā)展特高壓直流輸電工程提到日程上來(lái)了。經(jīng)過(guò)全國(guó)上下各有關(guān)方面的奮力拼搏，克服重重困難，推動(dòng)了特高壓直流輸電的迅速發(fā)展，推動(dòng)了電工裝備制造業(yè)的科技進(jìn)步，實(shí)現(xiàn)了全面突破。經(jīng)過(guò)十年的建設(shè)和發(fā)展，我國(guó)特高壓直流輸電已在規(guī)劃、技術(shù)、裝備、施工、標(biāo)準(zhǔn)及運(yùn)行上具備了技術(shù)和運(yùn)行成熟的管理經(jīng)驗(yàn)，并且在工程規(guī)模、技術(shù)水平、輸送距離和容量、投資和經(jīng)濟(jì)效益等各個(gè)方面走到了世界的前列。我國(guó)在特高壓直流輸電領(lǐng)域取得了這些舉世矚目的成績(jī)，大幅提升了我國(guó)在國(guó)際電工領(lǐng)域的影響力和話語(yǔ)權(quán)，實(shí)現(xiàn)了“中國(guó)創(chuàng)造”和“中國(guó)引領(lǐng)”。

　　特高壓直流輸電是指±800kV及以上電壓等級(jí)的直流輸電，這是由中國(guó)引導(dǎo)并首先實(shí)施的偉大實(shí)踐。我們知道，在發(fā)電和用電均為交流電的情況下，要進(jìn)行直流輸電，必須解決換流問(wèn)題，即在送端需將交流電變換為直流電（整流），由直流輸電線路送到受端，然后再將直流電變換為交流電（逆變），送入受端交流電網(wǎng)使用。我們現(xiàn)在所說(shuō)的直流輸電就是這種需要進(jìn)行換流的直流輸電，而進(jìn)行這種換流的核心部件是特大功率晶閘管。特高壓直流輸電換流閥是由多個(gè)晶閘管串聯(lián)而成的。特高壓直流輸電工程的輸電容量直接取決于超大功率晶閘管的電流和電壓等級(jí)，尤其是晶閘管的電流容量，對(duì)輸電容量影響較大。為了滿足歷年來(lái)特高壓直流輸電輸送容量的不斷提高，晶閘管容量也在逐步提高，直至達(dá)到目前的世界最高水平，晶閘管的芯片直徑為6英寸，電流容量為6250A。

　　特高壓直流輸電投資較大，但替代煤電及其經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益也很可觀。2020年，甘肅酒泉風(fēng)電裝機(jī)容量達(dá)到2000萬(wàn)kW，光伏太陽(yáng)能達(dá)到1000萬(wàn)kW，建設(shè)甘肅酒泉到湖南湘潭±800kV直流輸電線路2300km，完全服務(wù)于新能源風(fēng)電及太陽(yáng)能發(fā)電，輸電線路經(jīng)過(guò)甘肅-陜西-重慶-湖北-湖南五省，在酒泉、湘潭設(shè)立2個(gè)換流站，可以輸送電量800萬(wàn)kW。此外，特高壓直流輸電建設(shè)還將推動(dòng)裝備制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)并拉動(dòng)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)。據(jù)估算，僅錫盟—泰州、上海廟—山東兩工程總投資達(dá)475億元，將增加輸變電裝備制造業(yè)產(chǎn)值213億元，其中換流閥占工程總投資的6.5%左右，約30億元，大功率晶閘管占換流閥的15%左右，約4.5億。同時(shí)還直接帶動(dòng)電源等相關(guān)產(chǎn)業(yè)投資約1185億元，可增加就業(yè)崗位3.3萬(wàn)個(gè)，每年拉動(dòng)GDP增長(zhǎng)152億元。

　　四、我國(guó)特高壓直流輸電的發(fā)展前景廣闊

　　為落實(shí)國(guó)家大氣污染防治行動(dòng)計(jì)劃，國(guó)家能源局在《能源行業(yè)加強(qiáng)大氣污染防治工作方案》提出了“在具備水資源、環(huán)境容量和生態(tài)承載力的煤炭富集地區(qū)建設(shè)大型煤電基地，加快重點(diǎn)輸電通道建設(shè)，成為“電從遠(yuǎn)方來(lái)的空中高速路”，加大向重點(diǎn)區(qū)域送電規(guī)模，緩解人口稠密地區(qū)大氣污染防治壓力的任務(wù)。為此，國(guó)家能源局批準(zhǔn)了12條跨區(qū)輸電通道，包括寧東—浙江、晉北—江蘇、錫盟—泰州、上海廟—山東4條特高壓直流線路。2017年全面建成納入國(guó)家大氣污染防治行動(dòng)計(jì)劃的“四交四直”和酒泉—湖南、滇西北-廣東深圳等特高壓直流工程。據(jù)統(tǒng)計(jì)，從現(xiàn)在到“十三五”末，特高壓建設(shè)線路長(zhǎng)度將達(dá)8.9萬(wàn)km，變電和換流容量達(dá)到7.8億kW。

　　投資達(dá)407億元的準(zhǔn)東-皖南±1100kV特高壓直流輸電工程已于今年開工，這是目前世界上電壓等級(jí)最高、輸送容量最大、輸送距離最遠(yuǎn)、技術(shù)水平最先進(jìn)的特高壓直流輸電工程。這昭示著我國(guó)特高壓直流輸電又上了一個(gè)新的臺(tái)階。目前全國(guó)有8個(gè)特高壓直流輸電工程在建，是歷史上直流輸電建設(shè)罕見的高潮期。

　　根據(jù)國(guó)家電網(wǎng)規(guī)劃，預(yù)計(jì)2020年前還需繼續(xù)建設(shè)26條路線，按單個(gè)項(xiàng)目210億元的投資額度測(cè)算，26條路線投資額度預(yù)計(jì)達(dá)到5460億元。再加上目前已經(jīng)開工建設(shè)的，2020年前，特高壓項(xiàng)目投資預(yù)計(jì)至少達(dá)到7000億元。隨著特高壓建設(shè)投資力度加大，“十三五”期間相關(guān)設(shè)備需求將迎來(lái)高峰。

　　根據(jù)國(guó)家電網(wǎng)規(guī)劃，“十三五”期間，在“四交四直”工程基礎(chǔ)上，后續(xù)特高壓工程分三批建設(shè)，首先是加快建設(shè)“五交八直”（酒泉-湖南、準(zhǔn)東-皖南、扎魯特-山東青州、陜北-武漢、金上-贛州、蒙西-湘南、雅中-南昌、準(zhǔn)東-成都等）特高壓直流輸電工程。除此之外，國(guó)際間的特高壓直流輸電工程也在規(guī)劃之中，如俄羅斯-霸州、蒙古-天津、伊犁-巴基斯坦等?！笆奈濉币灿泻裘?東明、烏東德-溫州、白鶴灘-鄂東等11條特高壓直流輸電線路；“十五五”規(guī)劃了怒上-吉安、大拐彎-雅安、藏東南-石家莊等14條特高壓直流輸電線路。中國(guó)的特高壓直流事業(yè)方興未艾，如火如荼。

　　五、結(jié)論

　　在人們?yōu)殚L(zhǎng)距離能源輸送發(fā)愁的時(shí)候，特高壓直流輸電應(yīng)運(yùn)而生。這些年來(lái)適應(yīng)我國(guó)國(guó)情的特高壓直流輸電像高鐵一樣發(fā)展迅猛，并領(lǐng)跑世界。同時(shí)我們看到，“一帶一路”沿線國(guó)家地廣人稀，電力資源與用電負(fù)荷中心相距遙遠(yuǎn)，特高壓尤其是直流輸電線路具有極為廣闊的市場(chǎng)空間。特高壓直流輸電已經(jīng)將市場(chǎng)開辟到了國(guó)外，它是繼高鐵、核電之后，中國(guó)裝備制造業(yè)的第三張名片。

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