从千疮百孔艰难起步到全球最大电网是如何形成的?
发布日期:2019-10-11 来源:中国电力企业管理 作者:中国电力企业管理 浏览次数:450
在中国960万平方公里的广袤天地和300万平方公里的澎湃海潮中,能源的盛宴无处不在。
西南河川奔腾而下,西北阳光倾泻如瀑,东北大风呼啸不止,华北煤炭灼灼生辉……
一张全国统一的大网,让这分布于天南海北的能源盛宴流动起来,一滴水、一缕光、一片风、一捧煤所产生的电能,都将通过电网,抵达千家万户,抵达远方。
“流动的盛宴”解决的不仅仅是电力缺口和冗余的资源分配,更是社会进步的载体,它决定了这片土地上的人们所选择的生活,所企盼的现代生态文明观。伴随着70年的演进,我国走出了一条独特的电网发展道路,建成了一张为中国“量身定制”的坚强、安全、智能大电网,它不仅让如今的中国人用电成为寻常事,还让人们更多地用上了清洁电、绿色电。
在千疮百孔中艰难起步
时光回溯到70年前。那一年,历经战火与磨难的中国人终于迎来新的起点,百废待兴,百端待举。旧中国留下的电网,是一张损毁严重、技术落后、支离破碎的网。据资料记载,新中国成立初期,除东北地区有规模不大的154~200千伏高压电网、京津唐地区建有联系微弱的77千伏电网、上海市建有33千伏供电电网外,个别地方间或架设有单独的22千伏或33千伏输电线路,广大地区几乎再无成型的电力系统。在当时,广大农村地区几乎无电,城市中的电力供应也极为稀缺,停电、限电是常有之事。
上世纪50年代参加高考的卢强院士对于自己备战高考的日子记忆犹新。那时候,城市普通家庭除了照明设备,少有其他家用电器。三伏暑天,卢强的家乡安徽芜湖气温高达42度,家里仅有一台电扇,由于电压不稳,这唯一的电扇也是 “有气无力”,卢强被热得浑身长痱子。
在中国共产党的领导下,全国电业职工开始了电力工业的恢复工作。电网也进入了有序发展的阶段。但在过去“重发轻供不管用”的思想下,我国电网建设长期以来,只是作为电源的配套送出工程而存在,没有网络概念,更谈不上统筹规划。
“如上所述,在当时,电力是围绕大型工业来发展的。如果某地有一片大型工业用户,就针对该大用户修建发电厂,然后建设配套的‘送出工程’,以主要保障工业用电的需求,如丹江口发电站向武钢送电就是典型的例子。在这样的发展思路下,电源的建设基本有了规划,但电力网络的建设基本没有规划。就依以上所说的‘送出工程’代替电网规划。随着电力工业的不断发展,逐步形成了电源、电网统一规划的格局。而电源电网统一设计的思想和方法是逐步形成的。”卢强说。随着供电范围的扩大和送变电工程的陆续建设,各地的高压电力网开始有了较快的发展。
被誉为“共和国长子”的东北,是新中国工业发展的摇篮。钢铁、石油、机床、造船、军工等是东北响彻全国的支柱产业。于新中国的电力事业而言,东北同样扮演了拓荒者的角色。依托丰满水电厂、水丰水电厂和镜泊湖水电厂,东北拥有了新中国成立初期规模相对较大的电网系统。我国第一条220千伏高压输电线路也诞生于这片黑土地。
建设220千伏高压输电线路与丰满水电厂的送出需求有关。那时,东北地区的主要电源丰满电厂逐渐恢复发电,东北三省特别是辽宁重工业基地需要大量用电,原有线路容量已无法满足工业生产的需求。同时,为避免受朝鲜战争影响,提高对辽宁省的供电可靠性,我国决定自行设计施工建设220千伏松东李输电线路。该线路是当时我国156项重点工程之一,工程代号“506”。
当时,国外运行的最高电压等级的电网是瑞典于1952年建成的380千伏输电线路,220千伏输电线路在当时仍属世界先进水平,世界上只有美国、苏联等少数国家具备独立设计和建设的能力。对于当时的中国而言,这一工程从研发设计到施工建设都具有极大的挑战性。
1953年7月20日,松东李线220千伏高压输电线路破土动工。该线路起自吉林第二松花江上的丰满水电站,经五十台变电所至辽宁抚顺市西南的李石寨变电所,途经山地、丘陵、平地和洼地,跨域河流32处,在当时没有大型施工设备的情况下,全靠施工作业人员肩挑背扛。在东北零下30多度的寒冬里,几十人同抬一根导线,喊着号子向山上爬。在这样有限的条件下,施工人员硬是凭着一腔热血顺利完成了工程建设。1954年1月,工程投运,工期仅用6个月,投运时间较原计划提前了67天。1955年,国家邮电部发行了一枚特种邮票,以资纪念。
作为我国第一条220千伏高压输电线路,松东李输电线路工程在新中国电网建设史上具有里程碑的意义,它的投运不仅为辽南地区工业发展提供了用电保障,更为新中国输变电事业打下了坚实的基础,开启了良好的新局面。
在“一五”期间,我国建成了一些35千伏、110千伏或220千伏大小不同的电力网,加强了各发电厂之间的联系与调度,增强了经济运行,扩大了电力供应的区域范围,供电可靠性大幅提升,为国家经济建设的进一步发展提供了动力。
弹指一挥间。电压等级的再一次提升,已是十多年之后。1964年,我国冲击更高电压等级——330千伏的序幕拉开。
此次输电电压等级的提升,仍与水电站有关。这一次的水,来自大西北的黄河干流。
彼时的西北,正是三线建设轰轰烈烈的主战场,为了将刘家峡水电站的电力向陕西送出,1964年,国家正式提出要在西北地区建立我国第一个330千伏超髙压输变电工程——刘天关输变电工程。该工程贯通关中、天水、兰州、西宁几个独立电网,使陕甘青形成一体的电力网络,最大限度保障这些地区的用电需求。
输电电压等级提升之所以常常与水电站有关,是由于大型水电站往往地处偏远,远离负荷中心,这一特点也推动了我国加速研发更高电压等级输电线路,进行大容量、远距离输送。
刘天关输变电工程项目启动之日,西安人民大厦迎来了来自全国46个单位的科研设计、设备制造、施工安装、供电运行的技术人员和专家,他们马不停蹄地对项目展开研究。1967年10月,国家计委正式批准了设计任务书,并将该项目列为国家重点建设项目。1969年3月,中央批准由兰州军区和水电部组成“330工程联合指挥部”,刘天关输变电工程开始有序推进。
1972年6月16日,甘肃、陕西两省的巍巍高原和渭河沿岸上银线飞舞、铁塔屹立,刘天关输变电工程正式建成并开始送电,源源不断的清洁水电通过这条线路输送到天水、秦川,甘肃电网与陕西电网自此实现了联网。刘天关输变电工程有效缓解了西北地区能源紧张的局面,保证了西北地区工农业建设生产,为促进西北地区工农业生产和国防建设作出了巨大贡献,在新中国电力工业史上留下了浓墨重彩的一笔。
全球最大电网是如何形成的
1978年,中国走到了一个重要的历史节点,十一届三中全会后开始实行的对内改革、对外开放的政策,成为中国特色社会主义事业伟大飞跃的起点。
电网规模也以跨越式发展的速度不断壮大。据资料显示,1978年,220千伏及以上输电线路长度仅2.3万千米,到2018年,电压等级实现了极大提高,35千伏及以上的输电线路回路长度195.9万千米。跨区输电能力不断提高,到2018年跨区输电达到1.36亿千瓦,其中交直流联网跨区输电能力超过1.23亿千瓦,跨区点对网送电能力1344万千瓦。
但在改革开放之初,我国电网仍以相对孤立的省级电网和城市电网为主,省份之间的联系很少,独立、多头、弱小、覆盖面窄。
由于各种物资供应短缺,当时许多生活必需品都要凭票供应。柴米油盐酱醋茶,开门七件事,件件都要票。许多缺电严重的地区,还发行了电票。计划停电的通知如同天气预报一样频繁见报。电力短缺不仅影响了人民的生活,也限制了生产力的进一步提高。
需求是推动创新的根本动力。
原国家发改委副主任、能源局局长张国宝在《如何建成全球规模最大的统一大电网》一文中回忆到,改革开放后,我国接触到发达国家的电力技术和装备,也看到了我们自己的差距。从上世纪80年代初期开始,我国引进了大量先进的发电装备和技术,通过消化吸收再创新,我国的电力技术迈上了一个新的台阶。在这一时期,从变压器、高压开关、避雷器、充油电缆到绝缘器材、电缆接头,与输变电有关的设备制造技术都引进过。
1978年,武汉长江南畔,武汉钢铁集团的厂房里,数台巨大的1.7米轧机轰鸣作业。
这些轧机是1972年,武汉钢铁集团耗资40亿引进的。但轧机投产后,在很长时间内生产不稳定、事故多,不能达到设计生产能力,其中的重要原因之一便是供电不足——轧机试车时就要求电网拥有300万千瓦出力以承受其冲击负荷,而当时湖北全省的发电装机总容量仅254.38万千瓦。
为满足武钢1.7米轧机运行的用电需求,国家批准建设500千伏河南平顶山-湖北武昌输变电工程。1981年,工程竣工,湖北、河南两省联网得以加强,扩大了电网容量。中国也由此成为世界上第8个拥有500千伏线路的国家。
华中地区输变电工程建设的脚步继续加快。在湖北宜宾,葛洲坝电厂一期和二期工程相继投产,而2000多公里之外,处于改革潮头的上海,正面临着负荷快速增长、供电形势极度紧张的局面。
在这样的背景下,1985年10月,±500千伏葛洲坝-上海直流输电工程开工。这是我国第一个超高压直流输电工程,该线路将相距约2000公里的四川与上海联系到一起,第一次实现了中国华中、华东两大区域电网的联网,跨区联网的序幕也由此拉开。葛沪直流工程为满足上海电力需求发挥了重要作用。据媒体报道,1990年,上海市共有发电厂11家,发电设备总容量468.67万千瓦。葛沪直流工程的投运,相当于为上海新增了25%的供电能力。
到上世纪90年代,我国已形成以东北、西北、华北、华东、南方联营公司电网为主的几大区域电网格局,但区域之间互不相连,山东、福建、四川(含重庆)、海南、新疆、西藏等地仍是独立电网,200万千瓦以上装机的电网系统有11个。
2001年5月,辽宁绥中-河北姜家营一回500千伏交流线路建成,使东北电网与华北电网相连,东北电网和华北电网成为一个同步大电网;2005年8月,灵宝换流站投运,实现了华中电网和西北电网的互联互通。
2004年,国家电网公司提出建设特高压电网的重大战略构想。经过大量的研究、论证和试验,2006年,晋东南-南阳-荆门特高压交流试验示范工程开工,这一线路联结了华北电网和华中电网,使二者形成一个同步大电网,在丰水期,华中地区三峡水电站以及四川的水电可以送往华北,在枯水期,华北的火电可以送往华中,在更大范围内形成水火互济、丰枯互补。
岁月不居,春秋代序。在日新月异、气象万千的神州大地上,一张越来越密集、越来越广泛的大电网正以前所未有的速度织就。时间的指针转到了2010年,此时,这张大网正在向着中国西南部的雪域高原延伸——西藏,这片被人称为万山之巅、江河之源的大地蕴藏着丰富的水能资源,但因电源单一和水电的丰枯特性,使其在枯水期饱受缺电之苦。将西北电网与其相连,在枯水期可由西北电网向其送电。青藏联网工程正是为解决西藏供电问题而建设。
在正式开工建设之前,青藏联网工程经历了长达5年的论证过程。对于西藏,这一自然环境、人文环境极为特殊,具有重大政治和民生意义的地区,应如何保障能源供应,是一个极为复杂,需要多方考量的问题。时任国家能源局副局长的钱智民在接受媒体采访时表示,对于西藏这个生态脆弱的高原地区来说,选择能源输送模式,既要满足西藏地区经济社会发展需要,也要保护好生态环境。为解决西藏电力短缺问题,国家曾论证过建设输油气管道、建设更高等级电网等多个方案,但都不如青藏联网方案来得经济和环保可行。为了保证青藏联网工程的顺利实施,国家能源局组织了国家电网等有关方面在最短的时间里完成了高原线路环境保护、高原低气压下绝缘问题等数十个重大课题攻关,为工程建设做了充分准备。
2011年12月,工程提前一年建成并投入试运行。这条跨越青海、西藏两省区的电力天路结束了西藏电网长期孤网运行的历史,西藏的用电问题得到了根本性的改善,它的建成,也标志着我国内地电网全面互联格局基本形成,这张大网的资源配置能力在世界独领风骚。
特高压问鼎之路
在我国逐渐建设成为统一大电网的编年史中,晋东南-南阳-荆门特高压交流试验示范工程联结华北电网和华中电网或许只是其中的寥寥几笔,但这短短几行字却凝结着一代电力人对开拓创新的渴望、对求真务实的执着和攻坚克难的勇气,这一工程建成的背后可一窥我国电力人在电网发展道路上的上下求索和深刻思考:我们究竟需要一个怎样的电网,以及架构这一电网的路径选择。
当我们站在15年后的今天,答案是不言而喻的:特高压,是中国坚强智能电网的主干。它将西南之水、东北之风、西北风光转化成清洁电力,通过电力“高速公路”送往千里之外的负荷中心,逐步形成了“西电东送、北电南供、水火互济、风光互补”的电力配置格局。纵横千里的特高压,是资源负荷逆向分布的中国优化资源配置的“定制方案”。
但在世纪之初,要不要建特高压,能不能建特高压,在业内引发了长久的争论与交锋。
2004年,国家电网公司提出发展特高压的战略构想。这一年,全国正遭受电荒考验,拉闸限电地区由前一年的21个省区增加到24个,很多地区由季节性缺电转为全年性缺电。苏浙沪地区更是电力红灯频现。能源供需矛盾之尖锐可见一斑。
从电荒肆虐的现实到特高压战略构想的提出,中国电力发展仿佛走到了现实困境与历史使命的十字路口,难题何解,何去何从?时任国家电网公司总经理的刘振亚在2004年年底召开的一次国家电网公司党组扩大会议上阐述了发展特高压电网的必要性、可行性和紧迫性。他指出,建设特高压电网,是满足日益增长的电力需求的根本保证,是提高电力工业整体效益和效率的必然选择,是实现更大范围的资源优化配置、是推动我国能源高效开发利用的基本途径。
彼时,特高压对于大多数电力从业者而言,还是一个遥不可及的概念。上马特高压,是一个充满创新精神的战略构想,而创新在某种程度上,也意味着风险与成败,意味着它必须直面各方的审视和质疑。
2005年6月21~23日,国家发改委在北戴河召开特高压输电技术研讨会,持各种观点的专家齐聚一堂,共同商讨特高压发展问题。此后,国家发改委又先后两次组织召开特高压输电技术研讨会。“在中国是否有必要建设特高压电网”“特高压电网的经济性如何”“如何保证特高压电网的安全性”“目前世界上还没有商业运行的特高压电网,依靠我们自己的能力是否可行”……质疑之声并非阻碍创新的绊脚石,相反,这些疑问和意见促使耕耘在特高压上的相关人士将研究做得更扎实、更透彻。通过这两次会议的充分讨论,绝大多数专家形成共识,认为我国需要发展特高压。
创新的旅程是艰难的。自有电以来,我国在输电领域一直延续“引进、消化、吸收、再创新”的发展路线,输电技术水平长期落后于西方发达国家,每一个新电压等级的投运都晚于发达国家20年左右。但经济建设不能等,民族振兴不能等,突破、再突破,是国家和时代赋予电力人的使命。在当时,放眼国际,前苏联自1985年建成约900公里的特高压交流试验工程后,断断续续运行了5年,在苏联解体后降压至500千伏运行。日本在1999年建设了426公里1000千伏交流同塔双回试验线路,之后由于福岛核电等大型能源基地建设停滞,一直降压5 0 0千伏运行。美国和意大利在特高压方面只做了基础研究,没有工程建设。可以说,我国研发、建设特高压输电工程,没有前人开路,只能摸索行进。
特高压的研发难题,一难在于输电系统电压等级高,输送容量大,电压控制难;二难在于复杂环境下,特高压系统外绝缘的配置;三难在于高电场下要控制电磁环境,确保特高压工程环境友好;四难在于特高压输电系统9大类几十种设备需要自主研制,国外没有成熟经验和技术可借鉴。
特高压技术攻关之难,在大的方面体现在以上几个方面,而一旦深入到具体的研究之中,还有无数意想不到的技术问题需要解决,正是这个过程让研发人员积累了很多经验,提升了认识和能力。
2009年1月6日,我国自主研发、设计和建设的具有自主知识产权的1000千伏特高压交流输变电工程——晋东南-南阳-荆门特高压交流试验示范工程顺利通过试运行。这标志着我国在远距离、大容量、低损耗的特高压核心技术和设备国产化上取得重大突破。
这条世界上首次投入运营的特高压交流线路全长640公里,纵跨晋豫鄂三省,其中还包含黄河和汉江两个大跨越段,其电压等级是当时世界最高的,输送的电能是500千伏的5倍,输送过程的电能损耗和占地面积都可以节省一半以上,整个工程的投资比500千伏线路节省三分之一。
同年12月,世界上第一个±800千伏特高压直流输电工程云南-广东±800千伏特高压直流输电示范工程成功实现单极投产。2010年6月,该工程双极投产。工程跨越云南、广西、广东三省区,极大地增强了云南清洁水电向广东输电的能力,对加快我国西南地区水电资源开发利用具有重要意义。
2010年7月,±800千伏向家坝-上海特高压直流输电示范工程正式投运。恰逢世界博览会在上海举办,炎炎夏日,来自2000千米外的清洁电为世界各地的游客 带来一抹清凉。
2012年、2014年,±800千伏锦屏-苏南、溪洛渡-浙江特高压直流工程相继投运,西电东送再添大动脉。
从第一条特高压线路投运至今,十年转瞬而过。在十年中,特高压经历了蓄势沉淀,经历了提速前行,2014年后,为配合国务院《大气污染防治行动计划》,特高压建设进入高峰期,截至2018年底,中国已累计建成“八交十四直”22个特高压工程,我国电网远距离大容量输电能力大大增强,一条条绵延千里的能源大通道,将能源基地和负荷中心相连,构筑起全球最大电网的骨架,助力清洁能源“飞起来”。
特高压的成功建设,让中国电力科技从此站上了世界之巅,它完整而深刻地诠释了电力“跨越式”发展的内涵,彰显了中国电力人在把握历史机遇时的智慧、勇气与决心。它不仅为中国提供了一套独特的能源解决方案,更成功走出国门,在世界工程版图中打下中国企业的标识。
2014年7月17日,巴西世界杯的热烈氛围尚未散去,另一个激动人心的消息成为巴西街头巷尾热议的话题:一条超过2000公里的输电线路就要动工建设了。在中国国家主席习近平和时任巴西总统罗塞芙·迪尔玛的共同见证下,中国国家电网公司与巴西国家电力公司共同签署《巴西美丽山特高压输电项目合作协议》,开启了中巴电力合作新篇章。这是中国特高压技术推动“中国创造”走向世界的精彩起笔,是中国电力工业成功实现从跟随到引领大逆转的真实写照。
伟大的时代成就伟大的事业。70年来,从落后到先进,从脆弱到坚强,从零星孤网到全国联网,在浩浩荡荡的发展浪潮中,我国电网已成为世界上电压等级最高、系统规模最大、资源配置能力最强的大电网。风雨兼程,铸造丰碑,载梦前行,再创光辉,与新中国共同成长的中国电网,仍在续写属于它的光荣与梦想。
西南河川奔腾而下,西北阳光倾泻如瀑,东北大风呼啸不止,华北煤炭灼灼生辉……
一张全国统一的大网,让这分布于天南海北的能源盛宴流动起来,一滴水、一缕光、一片风、一捧煤所产生的电能,都将通过电网,抵达千家万户,抵达远方。
“流动的盛宴”解决的不仅仅是电力缺口和冗余的资源分配,更是社会进步的载体,它决定了这片土地上的人们所选择的生活,所企盼的现代生态文明观。伴随着70年的演进,我国走出了一条独特的电网发展道路,建成了一张为中国“量身定制”的坚强、安全、智能大电网,它不仅让如今的中国人用电成为寻常事,还让人们更多地用上了清洁电、绿色电。
在千疮百孔中艰难起步
时光回溯到70年前。那一年,历经战火与磨难的中国人终于迎来新的起点,百废待兴,百端待举。旧中国留下的电网,是一张损毁严重、技术落后、支离破碎的网。据资料记载,新中国成立初期,除东北地区有规模不大的154~200千伏高压电网、京津唐地区建有联系微弱的77千伏电网、上海市建有33千伏供电电网外,个别地方间或架设有单独的22千伏或33千伏输电线路,广大地区几乎再无成型的电力系统。在当时,广大农村地区几乎无电,城市中的电力供应也极为稀缺,停电、限电是常有之事。
上世纪50年代参加高考的卢强院士对于自己备战高考的日子记忆犹新。那时候,城市普通家庭除了照明设备,少有其他家用电器。三伏暑天,卢强的家乡安徽芜湖气温高达42度,家里仅有一台电扇,由于电压不稳,这唯一的电扇也是 “有气无力”,卢强被热得浑身长痱子。
在中国共产党的领导下,全国电业职工开始了电力工业的恢复工作。电网也进入了有序发展的阶段。但在过去“重发轻供不管用”的思想下,我国电网建设长期以来,只是作为电源的配套送出工程而存在,没有网络概念,更谈不上统筹规划。
“如上所述,在当时,电力是围绕大型工业来发展的。如果某地有一片大型工业用户,就针对该大用户修建发电厂,然后建设配套的‘送出工程’,以主要保障工业用电的需求,如丹江口发电站向武钢送电就是典型的例子。在这样的发展思路下,电源的建设基本有了规划,但电力网络的建设基本没有规划。就依以上所说的‘送出工程’代替电网规划。随着电力工业的不断发展,逐步形成了电源、电网统一规划的格局。而电源电网统一设计的思想和方法是逐步形成的。”卢强说。随着供电范围的扩大和送变电工程的陆续建设,各地的高压电力网开始有了较快的发展。
被誉为“共和国长子”的东北,是新中国工业发展的摇篮。钢铁、石油、机床、造船、军工等是东北响彻全国的支柱产业。于新中国的电力事业而言,东北同样扮演了拓荒者的角色。依托丰满水电厂、水丰水电厂和镜泊湖水电厂,东北拥有了新中国成立初期规模相对较大的电网系统。我国第一条220千伏高压输电线路也诞生于这片黑土地。
建设220千伏高压输电线路与丰满水电厂的送出需求有关。那时,东北地区的主要电源丰满电厂逐渐恢复发电,东北三省特别是辽宁重工业基地需要大量用电,原有线路容量已无法满足工业生产的需求。同时,为避免受朝鲜战争影响,提高对辽宁省的供电可靠性,我国决定自行设计施工建设220千伏松东李输电线路。该线路是当时我国156项重点工程之一,工程代号“506”。
当时,国外运行的最高电压等级的电网是瑞典于1952年建成的380千伏输电线路,220千伏输电线路在当时仍属世界先进水平,世界上只有美国、苏联等少数国家具备独立设计和建设的能力。对于当时的中国而言,这一工程从研发设计到施工建设都具有极大的挑战性。
1953年7月20日,松东李线220千伏高压输电线路破土动工。该线路起自吉林第二松花江上的丰满水电站,经五十台变电所至辽宁抚顺市西南的李石寨变电所,途经山地、丘陵、平地和洼地,跨域河流32处,在当时没有大型施工设备的情况下,全靠施工作业人员肩挑背扛。在东北零下30多度的寒冬里,几十人同抬一根导线,喊着号子向山上爬。在这样有限的条件下,施工人员硬是凭着一腔热血顺利完成了工程建设。1954年1月,工程投运,工期仅用6个月,投运时间较原计划提前了67天。1955年,国家邮电部发行了一枚特种邮票,以资纪念。
作为我国第一条220千伏高压输电线路,松东李输电线路工程在新中国电网建设史上具有里程碑的意义,它的投运不仅为辽南地区工业发展提供了用电保障,更为新中国输变电事业打下了坚实的基础,开启了良好的新局面。
在“一五”期间,我国建成了一些35千伏、110千伏或220千伏大小不同的电力网,加强了各发电厂之间的联系与调度,增强了经济运行,扩大了电力供应的区域范围,供电可靠性大幅提升,为国家经济建设的进一步发展提供了动力。
弹指一挥间。电压等级的再一次提升,已是十多年之后。1964年,我国冲击更高电压等级——330千伏的序幕拉开。
此次输电电压等级的提升,仍与水电站有关。这一次的水,来自大西北的黄河干流。
彼时的西北,正是三线建设轰轰烈烈的主战场,为了将刘家峡水电站的电力向陕西送出,1964年,国家正式提出要在西北地区建立我国第一个330千伏超髙压输变电工程——刘天关输变电工程。该工程贯通关中、天水、兰州、西宁几个独立电网,使陕甘青形成一体的电力网络,最大限度保障这些地区的用电需求。
输电电压等级提升之所以常常与水电站有关,是由于大型水电站往往地处偏远,远离负荷中心,这一特点也推动了我国加速研发更高电压等级输电线路,进行大容量、远距离输送。
刘天关输变电工程项目启动之日,西安人民大厦迎来了来自全国46个单位的科研设计、设备制造、施工安装、供电运行的技术人员和专家,他们马不停蹄地对项目展开研究。1967年10月,国家计委正式批准了设计任务书,并将该项目列为国家重点建设项目。1969年3月,中央批准由兰州军区和水电部组成“330工程联合指挥部”,刘天关输变电工程开始有序推进。
1972年6月16日,甘肃、陕西两省的巍巍高原和渭河沿岸上银线飞舞、铁塔屹立,刘天关输变电工程正式建成并开始送电,源源不断的清洁水电通过这条线路输送到天水、秦川,甘肃电网与陕西电网自此实现了联网。刘天关输变电工程有效缓解了西北地区能源紧张的局面,保证了西北地区工农业建设生产,为促进西北地区工农业生产和国防建设作出了巨大贡献,在新中国电力工业史上留下了浓墨重彩的一笔。
全球最大电网是如何形成的
1978年,中国走到了一个重要的历史节点,十一届三中全会后开始实行的对内改革、对外开放的政策,成为中国特色社会主义事业伟大飞跃的起点。
电网规模也以跨越式发展的速度不断壮大。据资料显示,1978年,220千伏及以上输电线路长度仅2.3万千米,到2018年,电压等级实现了极大提高,35千伏及以上的输电线路回路长度195.9万千米。跨区输电能力不断提高,到2018年跨区输电达到1.36亿千瓦,其中交直流联网跨区输电能力超过1.23亿千瓦,跨区点对网送电能力1344万千瓦。
但在改革开放之初,我国电网仍以相对孤立的省级电网和城市电网为主,省份之间的联系很少,独立、多头、弱小、覆盖面窄。
由于各种物资供应短缺,当时许多生活必需品都要凭票供应。柴米油盐酱醋茶,开门七件事,件件都要票。许多缺电严重的地区,还发行了电票。计划停电的通知如同天气预报一样频繁见报。电力短缺不仅影响了人民的生活,也限制了生产力的进一步提高。
需求是推动创新的根本动力。
原国家发改委副主任、能源局局长张国宝在《如何建成全球规模最大的统一大电网》一文中回忆到,改革开放后,我国接触到发达国家的电力技术和装备,也看到了我们自己的差距。从上世纪80年代初期开始,我国引进了大量先进的发电装备和技术,通过消化吸收再创新,我国的电力技术迈上了一个新的台阶。在这一时期,从变压器、高压开关、避雷器、充油电缆到绝缘器材、电缆接头,与输变电有关的设备制造技术都引进过。
1978年,武汉长江南畔,武汉钢铁集团的厂房里,数台巨大的1.7米轧机轰鸣作业。
这些轧机是1972年,武汉钢铁集团耗资40亿引进的。但轧机投产后,在很长时间内生产不稳定、事故多,不能达到设计生产能力,其中的重要原因之一便是供电不足——轧机试车时就要求电网拥有300万千瓦出力以承受其冲击负荷,而当时湖北全省的发电装机总容量仅254.38万千瓦。
为满足武钢1.7米轧机运行的用电需求,国家批准建设500千伏河南平顶山-湖北武昌输变电工程。1981年,工程竣工,湖北、河南两省联网得以加强,扩大了电网容量。中国也由此成为世界上第8个拥有500千伏线路的国家。
华中地区输变电工程建设的脚步继续加快。在湖北宜宾,葛洲坝电厂一期和二期工程相继投产,而2000多公里之外,处于改革潮头的上海,正面临着负荷快速增长、供电形势极度紧张的局面。
在这样的背景下,1985年10月,±500千伏葛洲坝-上海直流输电工程开工。这是我国第一个超高压直流输电工程,该线路将相距约2000公里的四川与上海联系到一起,第一次实现了中国华中、华东两大区域电网的联网,跨区联网的序幕也由此拉开。葛沪直流工程为满足上海电力需求发挥了重要作用。据媒体报道,1990年,上海市共有发电厂11家,发电设备总容量468.67万千瓦。葛沪直流工程的投运,相当于为上海新增了25%的供电能力。
到上世纪90年代,我国已形成以东北、西北、华北、华东、南方联营公司电网为主的几大区域电网格局,但区域之间互不相连,山东、福建、四川(含重庆)、海南、新疆、西藏等地仍是独立电网,200万千瓦以上装机的电网系统有11个。
2001年5月,辽宁绥中-河北姜家营一回500千伏交流线路建成,使东北电网与华北电网相连,东北电网和华北电网成为一个同步大电网;2005年8月,灵宝换流站投运,实现了华中电网和西北电网的互联互通。
2004年,国家电网公司提出建设特高压电网的重大战略构想。经过大量的研究、论证和试验,2006年,晋东南-南阳-荆门特高压交流试验示范工程开工,这一线路联结了华北电网和华中电网,使二者形成一个同步大电网,在丰水期,华中地区三峡水电站以及四川的水电可以送往华北,在枯水期,华北的火电可以送往华中,在更大范围内形成水火互济、丰枯互补。
岁月不居,春秋代序。在日新月异、气象万千的神州大地上,一张越来越密集、越来越广泛的大电网正以前所未有的速度织就。时间的指针转到了2010年,此时,这张大网正在向着中国西南部的雪域高原延伸——西藏,这片被人称为万山之巅、江河之源的大地蕴藏着丰富的水能资源,但因电源单一和水电的丰枯特性,使其在枯水期饱受缺电之苦。将西北电网与其相连,在枯水期可由西北电网向其送电。青藏联网工程正是为解决西藏供电问题而建设。
在正式开工建设之前,青藏联网工程经历了长达5年的论证过程。对于西藏,这一自然环境、人文环境极为特殊,具有重大政治和民生意义的地区,应如何保障能源供应,是一个极为复杂,需要多方考量的问题。时任国家能源局副局长的钱智民在接受媒体采访时表示,对于西藏这个生态脆弱的高原地区来说,选择能源输送模式,既要满足西藏地区经济社会发展需要,也要保护好生态环境。为解决西藏电力短缺问题,国家曾论证过建设输油气管道、建设更高等级电网等多个方案,但都不如青藏联网方案来得经济和环保可行。为了保证青藏联网工程的顺利实施,国家能源局组织了国家电网等有关方面在最短的时间里完成了高原线路环境保护、高原低气压下绝缘问题等数十个重大课题攻关,为工程建设做了充分准备。
2011年12月,工程提前一年建成并投入试运行。这条跨越青海、西藏两省区的电力天路结束了西藏电网长期孤网运行的历史,西藏的用电问题得到了根本性的改善,它的建成,也标志着我国内地电网全面互联格局基本形成,这张大网的资源配置能力在世界独领风骚。
特高压问鼎之路
在我国逐渐建设成为统一大电网的编年史中,晋东南-南阳-荆门特高压交流试验示范工程联结华北电网和华中电网或许只是其中的寥寥几笔,但这短短几行字却凝结着一代电力人对开拓创新的渴望、对求真务实的执着和攻坚克难的勇气,这一工程建成的背后可一窥我国电力人在电网发展道路上的上下求索和深刻思考:我们究竟需要一个怎样的电网,以及架构这一电网的路径选择。
当我们站在15年后的今天,答案是不言而喻的:特高压,是中国坚强智能电网的主干。它将西南之水、东北之风、西北风光转化成清洁电力,通过电力“高速公路”送往千里之外的负荷中心,逐步形成了“西电东送、北电南供、水火互济、风光互补”的电力配置格局。纵横千里的特高压,是资源负荷逆向分布的中国优化资源配置的“定制方案”。
但在世纪之初,要不要建特高压,能不能建特高压,在业内引发了长久的争论与交锋。
2004年,国家电网公司提出发展特高压的战略构想。这一年,全国正遭受电荒考验,拉闸限电地区由前一年的21个省区增加到24个,很多地区由季节性缺电转为全年性缺电。苏浙沪地区更是电力红灯频现。能源供需矛盾之尖锐可见一斑。
从电荒肆虐的现实到特高压战略构想的提出,中国电力发展仿佛走到了现实困境与历史使命的十字路口,难题何解,何去何从?时任国家电网公司总经理的刘振亚在2004年年底召开的一次国家电网公司党组扩大会议上阐述了发展特高压电网的必要性、可行性和紧迫性。他指出,建设特高压电网,是满足日益增长的电力需求的根本保证,是提高电力工业整体效益和效率的必然选择,是实现更大范围的资源优化配置、是推动我国能源高效开发利用的基本途径。
彼时,特高压对于大多数电力从业者而言,还是一个遥不可及的概念。上马特高压,是一个充满创新精神的战略构想,而创新在某种程度上,也意味着风险与成败,意味着它必须直面各方的审视和质疑。
2005年6月21~23日,国家发改委在北戴河召开特高压输电技术研讨会,持各种观点的专家齐聚一堂,共同商讨特高压发展问题。此后,国家发改委又先后两次组织召开特高压输电技术研讨会。“在中国是否有必要建设特高压电网”“特高压电网的经济性如何”“如何保证特高压电网的安全性”“目前世界上还没有商业运行的特高压电网,依靠我们自己的能力是否可行”……质疑之声并非阻碍创新的绊脚石,相反,这些疑问和意见促使耕耘在特高压上的相关人士将研究做得更扎实、更透彻。通过这两次会议的充分讨论,绝大多数专家形成共识,认为我国需要发展特高压。
创新的旅程是艰难的。自有电以来,我国在输电领域一直延续“引进、消化、吸收、再创新”的发展路线,输电技术水平长期落后于西方发达国家,每一个新电压等级的投运都晚于发达国家20年左右。但经济建设不能等,民族振兴不能等,突破、再突破,是国家和时代赋予电力人的使命。在当时,放眼国际,前苏联自1985年建成约900公里的特高压交流试验工程后,断断续续运行了5年,在苏联解体后降压至500千伏运行。日本在1999年建设了426公里1000千伏交流同塔双回试验线路,之后由于福岛核电等大型能源基地建设停滞,一直降压5 0 0千伏运行。美国和意大利在特高压方面只做了基础研究,没有工程建设。可以说,我国研发、建设特高压输电工程,没有前人开路,只能摸索行进。
特高压的研发难题,一难在于输电系统电压等级高,输送容量大,电压控制难;二难在于复杂环境下,特高压系统外绝缘的配置;三难在于高电场下要控制电磁环境,确保特高压工程环境友好;四难在于特高压输电系统9大类几十种设备需要自主研制,国外没有成熟经验和技术可借鉴。
特高压技术攻关之难,在大的方面体现在以上几个方面,而一旦深入到具体的研究之中,还有无数意想不到的技术问题需要解决,正是这个过程让研发人员积累了很多经验,提升了认识和能力。
2009年1月6日,我国自主研发、设计和建设的具有自主知识产权的1000千伏特高压交流输变电工程——晋东南-南阳-荆门特高压交流试验示范工程顺利通过试运行。这标志着我国在远距离、大容量、低损耗的特高压核心技术和设备国产化上取得重大突破。
这条世界上首次投入运营的特高压交流线路全长640公里,纵跨晋豫鄂三省,其中还包含黄河和汉江两个大跨越段,其电压等级是当时世界最高的,输送的电能是500千伏的5倍,输送过程的电能损耗和占地面积都可以节省一半以上,整个工程的投资比500千伏线路节省三分之一。
同年12月,世界上第一个±800千伏特高压直流输电工程云南-广东±800千伏特高压直流输电示范工程成功实现单极投产。2010年6月,该工程双极投产。工程跨越云南、广西、广东三省区,极大地增强了云南清洁水电向广东输电的能力,对加快我国西南地区水电资源开发利用具有重要意义。
2010年7月,±800千伏向家坝-上海特高压直流输电示范工程正式投运。恰逢世界博览会在上海举办,炎炎夏日,来自2000千米外的清洁电为世界各地的游客 带来一抹清凉。
2012年、2014年,±800千伏锦屏-苏南、溪洛渡-浙江特高压直流工程相继投运,西电东送再添大动脉。
从第一条特高压线路投运至今,十年转瞬而过。在十年中,特高压经历了蓄势沉淀,经历了提速前行,2014年后,为配合国务院《大气污染防治行动计划》,特高压建设进入高峰期,截至2018年底,中国已累计建成“八交十四直”22个特高压工程,我国电网远距离大容量输电能力大大增强,一条条绵延千里的能源大通道,将能源基地和负荷中心相连,构筑起全球最大电网的骨架,助力清洁能源“飞起来”。
特高压的成功建设,让中国电力科技从此站上了世界之巅,它完整而深刻地诠释了电力“跨越式”发展的内涵,彰显了中国电力人在把握历史机遇时的智慧、勇气与决心。它不仅为中国提供了一套独特的能源解决方案,更成功走出国门,在世界工程版图中打下中国企业的标识。
2014年7月17日,巴西世界杯的热烈氛围尚未散去,另一个激动人心的消息成为巴西街头巷尾热议的话题:一条超过2000公里的输电线路就要动工建设了。在中国国家主席习近平和时任巴西总统罗塞芙·迪尔玛的共同见证下,中国国家电网公司与巴西国家电力公司共同签署《巴西美丽山特高压输电项目合作协议》,开启了中巴电力合作新篇章。这是中国特高压技术推动“中国创造”走向世界的精彩起笔,是中国电力工业成功实现从跟随到引领大逆转的真实写照。
伟大的时代成就伟大的事业。70年来,从落后到先进,从脆弱到坚强,从零星孤网到全国联网,在浩浩荡荡的发展浪潮中,我国电网已成为世界上电压等级最高、系统规模最大、资源配置能力最强的大电网。风雨兼程,铸造丰碑,载梦前行,再创光辉,与新中国共同成长的中国电网,仍在续写属于它的光荣与梦想。