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走出交流特高壓的認識誤區

發布日期:(2018-12-19)   點擊次數:193

走出交流特高壓的認識誤區

原創: 吳安平 電力法律觀察 今天

吳安平/西南電力設計院原副總工程師

一、引言

交流特高壓工程建設的必要性一直是一個有爭議的問題。支持的觀點主要有兩種:一種認為我國沒有像西方發達國家那樣放棄發展交流特高壓,是因為國情不同,我國東部地區經濟相對發達,但能源資源不足;西部地區能源資源豐富,經濟卻相對落後,能源資源與負荷需求呈現出逆向分布的狀況,西部電力要長距離向東部輸送,所以需要交流特高壓。這種觀點等於說交流特高壓基本隻適合於中國。另一種則認為,發展交流特高壓是建設“全球能源互聯網”(即以交流特高壓電網為骨幹網架的全球統一電網)、實現可再生能源資源全球配置的需要,中國建設交流特高壓電網,是實現該目標的第一步(中國也是實驗示範區)。這種觀點表明,交流特高壓並非隻適合中國,而是全世界的需要。顯然,兩種觀點是有矛盾的。

質疑交流特高壓的觀點認為,我國能源資源與負荷需求逆向分布指的是傳統能源資源,對於可再生能源資源來說,西部比東部多隻是一種相對的關係,實際上我國東部也有較豐富的可再生能源資源,比歐洲德國的狀況可能還要好些;電力的遠距離輸送主要依靠直流特高壓和直流超高壓;建設以交流特高壓電網為骨幹網架的全球統一電網,是一個根本不可能實現、貽笑大方的幻想。因此不僅中國,全世界都不需要交流特高壓。

對交流特高壓工程的建設出現不同看法,一個重要原因是人們對交流特高壓的認識存在不少誤區,比如:誤以為電網的電壓等級越高電網就越先進、混淆了交流特高壓技術與交流特高壓工程的區別、將交流特高壓工程與直流特高壓工程等同看待、對交流特高壓電網與能源互聯網的關係認識不清等。

步入新時代,為了真正實現我國電網的高質量發展,客觀科學認識交流特高壓,走出誤區是十分必要的。

二、電壓等級高低不是電網先進與否的評判標準

世界電網100多年的曆史,是一部沿著“單機容量越來越大、電源越來越集中、電壓等級越來越高”的路線前進的曆史。這一發展過程使人們普遍產生了一種看法,認為電壓等級的提高體現了電網技術的進步,因此,電網的電壓等級越高意味著電網越先進。這種觀點看似有道理,其實是一種誤解。我國交流特高壓技術通過實驗示範工程取得成功,說明我國的傳統電網技術,包括高電壓絕緣、電氣設備製造、電網運行控製等技術處於世界領先水平,這是毋庸置疑的,但不能因此得出結論說:“交流特高壓技術使我國電網成為今天世界上最先進的電網”。

電網是多電壓層次的“立體型”網絡,一個電網需要幾個電壓層次,是根據具體情況確定的。各個電壓等級的電網有複雜與簡單,技術含量高與低的不同,但沒有先進與落後的區別。後來出現的高等級電壓電網,並不能替代原來的低等級電壓電網,這是由電網的技術規律決定的,因此電網的發展過程中,不存在“先進的高電壓”,淘汰“落後的低電壓”的問題。恰恰相反的是,配電網的電壓盡管很低,但它卻是電力係統的核心,在一定條件下,配電網可以不依賴於超高壓和(或)特高壓電網而獨立向用戶供電,但超高壓和(或)特高壓電網若離開配電網,則將失去存在的意義。

如果認為電壓等級越高電網就越先進的話,那早在上世紀80年代初期,我國電網的先進性就已經超過了歐洲電網,因為那時我國電網的最高電壓已經達到500千伏,而歐洲電網隻有400千伏,顯然這種說法是不正確的。按照這種觀點,也沒法解釋西方發達國家為什麽要放棄“先進的交流特高壓”而執意固守“落後的超高壓”的原因。

一個電網是否先進,並不在於它的電壓有多高,而主要看它是否能夠跟上時代前進的步伐,是否能夠提供更安全、清潔、低碳、高效、可持續發展的電力滿足社會的需求。我國在傳統電網的建設上,除配電網有所遜色外,其它各個方麵基本都處於領先地位。但在現代電網(智能電網及能源互聯網)的建設上,整體的水平則相對落後,主要表現在低碳和可再生能源比例遠低於西方發達國家,電網利用效率不高、電力市場機製不健全等方麵。歐洲電網的最高電壓盡管比我國低,但從整個電網(尤其是主動配電網)的作用發揮看,無疑比我國電網顯得更先進。他們注重實效、不圖虛名,敢於創新的精神,尤其值得我國電力工作者學習。

三、交流特高壓技術與交流特高壓工程不能劃等號

一項技術是否成功,由科學實驗來檢驗;技術應用於工程是否成功,則需由市場和環境來決定,成功了的技術並不一定就有工程應用價值。

交流特高壓技術應用於工程存在三個較大問題:

第一個問題是它有“寄生性”,而且難以改變。由於電壓太高,實踐中找不到相匹配的、隻經一級升壓即可接入交流特高壓工程的電源。交流特高壓線路形成的網架,不再像500千伏電網那樣是一個主要靠大容量機組支撐的“有源網”,而是一個經網間聯絡變壓器直接“架”在500千伏電網之上的“無源網”,注入其中的功率一般都要經過兩級、甚至三級變壓器升壓才能獲得,這是過去電網發展史中基本看不到的現象。“寄生性”帶來的後果是大幅提高了交流特高壓電網的等效阻抗,使其理論上的技術優勢被大打折扣,相關線路的實際輸電能力不是500千伏的4倍,而可能隻是2到3倍,電網的穩定水平也因此降低,損耗因此增加。理論上可以研究更大型的發電機組和特殊的升壓變壓器,將電源直接接入交流特高壓電網,但問題是什麽樣的電源可以接入?煤電已經開始考慮如何退出的問題了,顯然不能接;水電單機容量不夠大,距離又太遠,無法接;核電可靠性要求高,廠址都靠近負荷中心,若直接接特高壓電網,不僅不經濟,增加不必要的損耗,還會帶來新的安全風險,沒必要接;其它新能源電源或無慣量或低慣量,就更不用提了。因此交流特高壓電網工程的“寄生性”,尤其在能源轉型的背景下,是根本無法改變的。

第二個問題是工程造價高,“性價比低”。我國除西北地區外的5個區域電網最高層主網架,是采用“直流特高壓+交流超高壓”方案,還是“直流特高壓+交流特高壓”方案,經濟上差別很大,後者與前者相比,每個區域電網需要增加的投資,都可能超過1000億元。而且,由於交流特高壓電壓太高,受到環境條件的製約更多,在實際建設過程中會出現投資爆炸性增長的情況。如華東交流特高壓環網跨長江工程,原方案為線路從江麵跨過,後改為GIL管道從江底穿越,長度僅6公裏多,投資竟達47.6億元人民幣,若用等額投資建設500千伏線路,長度可超過1000公裏。

第三個問題是環保代價大。如果僅就一回交流特高壓線路與3回(或4回)500千伏線路的走廊占地相比,前者無疑比後者少,但這種比較沒有意義,因為交流特高壓和交流超高壓工程都不可能像直流特高壓工程那樣,單獨承擔長距離輸電任務,它們都需要成網。建設交流特高壓工程意味著要在現有500千伏電網之上覆蓋一個1000千伏電壓的電網。電網的“立體型”特性告訴人們,從某種意義上說,高電壓層次電網是對低電壓層次電網的“重複建設”。“直流特高壓+交流特高壓+交流超高壓”方案比“直流特高壓+交流超高壓”方案可能會少幾回直流輸電線路,但卻需要在中部和東部人口密集區,增加數千甚至上萬公裏縱橫交錯的特高壓線路和無數特高壓變電站,由此付出的環境代價顯然比後者要大得多。

鑒於上述問題,交流特高壓工程(非交流特高壓技術)受到質疑,是理所當然的。

四、交流特高壓工程與直流特高壓工程沒有共生共存關係

交流特高壓工程與直流特高壓工程盡管都是特高壓,但兩者卻有質的差別,它們各自的技術特性、采用的設備以及在電網中的作用都是不同的。在現實生活中,由於它們常常被統稱為“特高壓”,不加區別地出現在各種媒體和宣傳資料中,致使很多人都認為它們兩者不僅有相同的應用價值,還具有共生共存的關係,顯然,這也是一種誤解。

直流特高壓工程的優勢,在於它能高效經濟地承擔遠距離輸電任務,輸電成本隻有交流特高壓工程的三分之一,甚至更低。加上直流工程具有輸電電壓和容量可以任意選擇、不增加電網短路電流等特性,它在有遠距離輸電需求的電網中發揮了重要作用,體現了應有的價值。而交流特高壓工程則不一樣,由於存在“寄生性”、造價高、環境代價大等問題,進入能源轉型時代,它已經基本不具有工程應用價值了。“特高壓好、輸電距離遠、輸電容量大、損耗小、走出了國門”等,指的都是直流特高壓而不是交流特高壓;質疑“特高壓”,說“特高壓存在問題”,指的都是交流特高壓而不是直流特高壓。

交流特高壓工程與直流特高壓工程不具有共生共存的關係。怎樣使用直流特高壓,究竟是讓它滿足交流電網的要求,還是讓交流電網適應它的需要,這是一個電網統籌規劃的問題,帶有強烈的主觀性。如果不顧電網正在發生的變革,任性要上交流特高壓,可以將每回直流特高壓的輸送容量設計得很大,然後要求建設交流特高壓電網與之配合;如果看清了電網的發展趨勢,就會合理確定直流特高壓的輸送容量,使其與現有的超高壓電網相適應。遠距離輸電無論現在還是將來,在滿足電力的供給中始終處於輔助地位,隻要進行科學規劃,保持遠距離輸電規模以及直流特高壓輸電線路數量在合理範圍內是完全可以做到的。

“直流特高壓+500千伏交流超高壓”的電網發展模式,已被實踐證明是合理和可行的,我國南方電網采用的就是這種模式。世界上有直流特高壓的國家還有印度和巴西,他們的交流電網最高電壓也是500千伏,今後也不可能為了“強交強直”而建設交流特高壓電網。

五、交流特高壓電網與能源互聯網具有排斥性而非兼容性

交流特高壓電網是堅持傳統電網發展路線的產物,它的顯著特征是高度集中、係統垂直、遠離用戶;能源互聯網則是能源轉型推動電網變革的結果,它的顯著特征是供需分散、係統扁平、貼近用戶。兩者不僅形態不同,而且發展方向完全相反。

交流特高壓電網與能源互聯網具有排斥性是由電網內在的技術規律決定的。傳統電網的發展有一個基本規律,就是當同步電網的規模隨著電壓等級的提高而擴大時,其慣量也隨之增大,即同步電網的慣量與其規模成正比,這一關係是同步電網增強抗幹擾能力,維持自身穩定運行的基本保障。但能源轉型時代這一規律已不再適用,出現了原來沒有意料到的情況,這就是隨著風電、太陽能等分布式能源裝機容量比例不斷提高,同步電網的規模盡管也在擴大,但其慣量卻不僅不增加,反而逐漸減小,呈現出低慣量化的趨勢。這一事實說明兩個問題:一是傳統電網變革的時代已經到來,變革的主要方法是建設以智能電網為核心的能源互聯網,電網將走向分布式和扁平化二是電網電壓等級的提升應當止於超高壓,電網的低慣量化,意味著同步電網的規模有了重新進行調整、相應縮小範圍的技術要求,故不需要再提升電網的電壓等級。能源互聯網的建設進展越快,電網低慣量化的速度也越快,交流特高壓電網的建設也越沒有必要。

交流特高壓電網“高大上”,電從遠方來;能源互聯網則“接地氣”,電自身邊取,實踐中兩者的矛盾是顯而易見的,發展其中一個,另一個必然受到限製。歐洲曾經有企業規劃要將非洲北部撒哈拉沙漠的太陽能和風電,通過建設超級電網,跨越地中海遠距離向歐洲送電,遭到了原世界可再生能源理事會、歐洲可再生能源協會主席赫爾曼·希爾先生的尖銳批評。他認為超級電網是發展可再生能源的絆腳石,依賴遠距離輸送可再生能源,必然使能源變革放緩,而以分散投資方式發展可再生分布式電源,是實現能源變革最快的方法。德國正是按照赫爾曼·希爾先生的思想,著力在配電網側發展分布式能源,建設能源互聯網,才取得了今天可再生能源比例超過30%的成績,到2050年有望超過80%

我國可再生能源分布廣泛,實現能源轉型的路徑完全可以借鑒德國的經驗。華東地區無論是可再生能源資源的賦存情況、經濟發展水平、人的觀念和素質等,都具備加快發展分布式能源和建設能源互聯網的條件。隻要各方共同努力,2035年華東當地可再生能源比例超過30%、甚至35%都是完全可能的;但如果工作重心始終放在發展交流特高壓電網上,這個目標想要達到10%都是困難的。

六、結語

交流特高壓工程建設必要性的爭論,實質上是能源轉型期電網發展兩種技術路線的爭論,爭論的焦點是我國電網的主網架方案,究竟是采用“直流特高壓+交流特高壓”還是“直流特高壓+交流超高壓”的問題。澄清對交流特高壓的有關誤解,無疑有助於分辨爭論的是非。

電網的技術特性表明,提高電網的電壓等級(同時增加電網層次),並不是電網發展追求的目標,而隻是根據實際情況采取的一種並非理想的措施(手段),因此在工程實踐中應當盡可能予以避免。

避免或放棄交流特高壓方案在電網建設中是可以做到的,隻要順應電網變革潮流,遵循電壓“就低不就高”的基本原則,進行科學、民主、客觀、深入的規劃研究和方案論證,就能優選出真正安全、經濟、高效、環保、並能與未來電網順利銜接的替代方案,以較小的代價取得較優的效果。這是電網高質量發展的需要,也是能源轉型的要求。

避免或放棄采用交流特高壓是一種智慧,今天的中國尤其需要這種智慧。

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