“特高压交流输电关键技术、成套设备及工程应用”荣获国家科学技术进步奖特等奖。这是国家电网公司迄今为止获得的国家科技进步最高奖项,也是我国电工领域在国家科技奖上收获的最高荣誉。
上午10时12分,习近平微笑着将大红的获奖证书授予了项目第一完成人、国家电网公司总经理、党组书记刘振亚,并亲切握手祝贺。
一路走来不寻常。实际上,特高压近年来获奖不少,之前荣获了中国机械工业科学技术奖特等奖、中国电力科学技术奖一等奖(最高奖项)、国家重大工程标准化示范奖、国家优质工程金质奖以及中国工业大奖等一系列奖项。而这一天的奖项,是党和国家对特高压成就给予的最高褒奖,尤其令人振奋。
特高压事业的一次次飞跃,是众志成城、团结奋斗的结果,是勇攀高峰、开拓进取的体现。近些年来,国家电网公司努力超越、追求卓越,自力更生,艰苦奋斗,突破了一个又一个尖端课题,掌握了一项又一项自主创新技术。
今天,灿烂的灯光下,国家电网公司的与会代表们百感交集。他们中有老专家,也有年轻人……老一辈科学家仍不知疲倦地奋斗在工作一线,年轻一代科技工作者也正成长起来,逐渐成为科技创新的栋梁。
大会结束后,大家纷纷拿着证书寻找好位置合影留念。
今天,是收获的日子!
信仰、理想、责任……这些看似抽象的词语,在国家电网公司每一位科技工作者的人生经历中熠熠生辉。创新、奉献、进步……这些弥足珍贵的坚守,与国家电网公司的每一个发展节奏同频共振。
(一)能源往事
美国经济学家萨缪尔森曾说过:学习经济学是再简单不过的事了,你只要掌握两件事,一个叫供给,一个叫需求。然而,在中国资源供需格局中,却似乎横亘着一道亟待逾越的煤电运综合难题,要破题,谁能堪此重任?
能源迷局求解
伴随迟缓而沉重的刹车声,司机冯宝民又一次无奈地将刹车一踩到底,内心涌起一阵焦灼。这是2010年9月的一天,从上午10点到晚上10点,整整12个小时,他和他满载着48吨煤炭的解放大卡车就一直瘫在从内蒙古到北京的高速路上。而从2009年下半年起,这条高速路就成了“停车场”的代名词,常跑这条线的老司机们都会随身带上被子、方便面、香肠等等“战备物资”,以备突如其来的堵车之用。“你想,半个中国的卡车都来内蒙古拉煤,能不堵吗?”一位当地的司机师傅参透了个中原因,分析得比专家还直截了当。
不仅内蒙古,还有山西、陕西,这三个省份尤其是三省交界之地,埋藏着我国当前最丰富的煤炭资源,被称为能源“金三角”。然而,在享受资源红利的同时,“金三角”也在承受运力之痛。
还从公路说起。包茂高速的内蒙古、陕西段,由榆蒙高速、榆靖高速、延靖高速等路段组成,这可能是我国大型车辆最密集的高速公路之一。从榆林到神木到鄂尔多斯,是当下整个中国的能源走廊。丰富的煤炭资源为这几个曾默默无闻的西部小城带来了前所未有的商机和流动的人口。每年,数以千计的中型卡车奔行在这条路上,将煤炭、石油等“工业粮食”从西到东进行“空间大挪移”。
频密的大巴和重型卡车同时奔驰在这条路上。当高速公路被运输能源的大量重型卡车占据,卡车与长途客车之间的相互干扰变得日益严重,发生交通事故的概率也随之大幅上升。2012年8月,发生在包茂高速陕西延安安塞段的双层卧铺客车与装载甲醇的罐车追尾起火,伤亡惨重,震惊全国,而这只是近年来这里频发事故中的一例。
公路如此拥挤,铁路呢?在铁路系统的行话中,货物分“黑货”和“白货”。山西长治市市长张保说:“黑货指煤炭,白货是生活用品、粮食等其他货物。在黑白配比中,10辆火车,只一辆半运白货,其他全部运黑货。我们宁可把白货压下来,也要保证煤炭的对外输送。因为在长治乃至山西,我们的煤炭是‘以运定产’。不是生产出来就行,能不能运出去才是关键,所以煤炭使用和运输一直是个瓶颈。”2010年年初,铁道部甚至把原本属于一级运输物资的棉花降为二级,以保证煤炭运输,即使这样,依然难以满足全国的用煤需求。看来,铁路已经尽力而为了。
要了解严重透支的交通运输系统,还要从我国的能源资源禀赋谈起。
从资源禀赋来看,我国能源资源与经济发展分布并不平衡。山西的煤电、内蒙古的风电、青海的太阳能光伏发电、西南的水电,哪一处能源富集的地区与东部负荷中心不是相距千山万水、隔了上千千米的路程?2003年以来,我国煤炭产量占能源总产量的比重始终保持在四分之三强,而煤炭资源的三分之二以上又分布在晋陕蒙“金三角”内。资源富集、土地广袤的西部地区能源需求却少得可怜,用电量仅占全国的22.4%,GDP占全国17.3%,本地煤炭消费量占全国17.5%。过低的经济总量与富集的资源角色形成巨大反差。这样的能源布局给了我们两种选择——要么在负荷中心区建设电站,要么在能源中心区建电站输送!
在过去很长一段时间,我们都选择前者。
负荷就地平衡的思路,曾经为东部沿海沿江的经济发达地区竖立起一座又一座烟囱与冷却塔。以江苏为样本,2010年年底,江苏火电机组装机占全省电力装机的84%。当然,从经济上看,这里30年来一直是我国经济最活跃的地区之一,今年最新出炉的“2011年我国最富的10座城市”中,江苏境内三座城市榜上有名。而随着我国经济近十年的高速发展,东部地区的“工业血脉”——电力供应却逐年吃紧,终于在2002年到2007年迎来“硬缺电”。2004年,我国“硬缺电”达3000万千瓦,创历史纪录,东部企业只好收紧了“能源的腰带”,开始了“开四停三”或者“开三停四”的紧巴日子。企业家将“跑电”列为首要日程,而东部省份的官员则奔赴西部踏上“跑煤”的路程。即使之后经济飞速发展的步伐随着全球经济的冷却开始放慢,但只要还在跑着,东部地区就无法摆脱对资源的“渴望”。以西部为起点,大量煤炭仍在“东去”的路上。
但是,东部还能建设多少电厂?“吃”进多少煤炭?占用多少运力?中国工程院院士薛禹胜对此不无担忧:纵观长江沿岸整个东部地区,两个电厂之间的平均距离是30千米,但从南京到镇江这一段,每10千米就有一个电厂。按这个密度,当地生态环境已经无法承受这样的排放水平。“到目前为止,华东地区二氧化硫的排放量是全国平均排放量的20倍。在长三角,我们还能承受更多的电厂吗?”
资源与环境的双重约束下,煤电运顽疾如同环环相扣的九连环,能源问题已经不单纯是能源领域的问题,不能用头痛医头、脚痛医脚的传统医术来诊治。如何创新思维,跳出自我发展的小圈子?
“能源科学发展,需要统筹兼顾,树立大能源观。必须坚持可持续发展的理念,以电力为中心,统筹考虑能源禀赋和能源需求,统筹考虑煤、水、电、油、气等各类能源发展,统筹考虑能源生产、输送和消费各环节。从基本国情出发,解决我国能源和电力供应问题,关键要实施“一特四大”战略,加快发展特高压电网,规模、集约、高效开发大煤电、大水电、大核电和大型可再生能源。”国家电网公司总经理、党组书记刘振亚面向整个能源行业作出了这样的论断。
用“大能源观”重新审视我国的能源问题,一条通向正确答案的康庄大道就此铺就。
特高压破题
2004年年底,参加三峡—广东±500千伏直流输电工程验收的国家发改委主任马凯(现任国务委员兼国务院秘书长),与同车赶路的国家电网公司总经理刘振亚谈起了电力发展。马凯说,电力企业挨骂解决不了问题,有什么好办法?答案早已在刘振亚心中盘桓许久:“电网薄弱是缺电的重要原因,最好尽快开展特高压电网建设,这是解决煤电油运紧张问题的关键,也是破解能源棋局的一步‘活棋’。”这个提议当即得到马凯的赞同。在随后召开的三广直流工程验收总结会议上,马凯强调,特高压是解决能源问题的一个很好的思路和办法,“在电力规划中要研究和考虑”。
“特高压”,这个电力行业的专业术语第一次正式出现在决策者的视野中。
2005年新年前5天,国家电网公司召开专门会议,对启动特高压工程进行决策。深入讨论之后,会议决定正式向国家发改委提交特高压立项报告,成立刘振亚任组长的领导小组及工作组,并聘请院士、专家组成顾问组。
2005年6月下旬,国家发改委在北戴河组织专家就特高压进行专业讨论。32位专家各抒己见,讨论集中在输煤输电优势比较、特高压技术可行性、特高压同步电网安全性等方面。会上,每位专家面前都堆起来近半米高的资料。会议连开3天,终于得出结论:特高压技术由国家组织研究;可以上马特高压示范工程,但须遵循客观规律。
起初,人们对这个陌生的专业还颇有疑虑。即使是一些接触过特高压的电力行业专家,也提出了不同意见:苏联、欧美、日本已开展了特高压研究,但均无商业运行项目。20世纪80年代,我国也进行过技术探索,但国外核心资料一直对中国保密。“发达国家都没有,我们能成功吗?”
这样的担忧,与中国电力行业长期以来的“追赶者”角色不无关系。从历史看,500千伏之前的每次电压升级,中国从来没有发出过自己的声音。但实际上,在国外电力发展中,新的电压、新的技术在争论中诞生的情况并不罕见。“美国的电力系统每次升级电压,都会伴随着大量的争论与辩论,而且这样的争论会一直持续,直到新的电压等级用实践证明自身的安全与可靠为止。只是这一次,这场争论由中国人来领衔而已。”美国电气和电子工程师协会(IEEE)的一位输电专家这样解读我国专家的特高压之辩。
辩论的意义在于让决策更优化、更趋近完美。来自各方的不同学术意见,都被国家电网公司当作课题进行研究,特高压的开展因此更谨慎、更扎实。此后的实践证明,因为充分的争论与大量的试验验证,特高压交流试验示范工程的各项指标比预想更加优秀。
2006年年初的全国科技大会上,一个响亮的词汇——自主创新,如春雷掠过大地。《国家中长期科学和技术发展规划纲要(2006-2020)》特别提到:“提高能源区域优化配置的技术能力。重点开发安全可靠的先进电力输配技术,实现大容量、远距离、高效率的电力输配。”
2006年8月9日,1000千伏晋东南—南阳—荆门特高压交流试验示范工程获得核准。
(二)激情燃烧
如同艰险无法阻止探险者征服一座又一座高山,享受“一览众山小”的乐趣,前进路上的困难也无法阻止电力人探索和实践一级高过一级的电压等级的欲望。攀登高山是为了更开阔的视野,探索未知是为了解决更多的问题。
攀登
2006年秋天,北京房山。
有人发现一基几天前才看到的20多层楼高的铁塔忽然消失了,简直是“来无影,去无踪”。原来,这座高79.3米、重59吨的猫头形特高压直线塔是我国第一基特高压真型试验塔。在它被建好又被拆除的过程中,测试人员记录下了大量宝贵的数据。
这不过是无数次特高压技术试验中的一次。早在国家电网公司提出发展特高压电网的战略构想之时,甚至更早,数以千计的电力科研人员已经投入了一场与时间赛跑、与挑战对决的艰苦攻关。
年届六旬的老专家万启发已经记不清曾多少次登上武汉特高压试验场60米高的铁塔了。“导线间隙缩小1厘米,可以减少百分之一的塔材用量。对于一条几百甚至上千千米的线路来说,可以节约多大一笔开支呀!”为了测量精确的导线间隙和风偏,老人即使两腿发颤、汗流浃背,也总是坚持自己上塔测量。每上去一次,他就要在烈日下曝晒近两个小时。在特高压试验场,专家和普通工人是很难区分开来的,他们全都衣着朴素,面色黝黑。
在特高压交流试验示范工程建设期间,年过八旬的中国工程院院士朱英浩,从晋东南变电站建设工地出来,又风尘仆仆地奔赴640千米以外的荆门变电站工地。他不顾自己年老体弱和艰辛的长途跋涉,总是一下车就直奔现场。面对工作人员,他深情难掩:“特高压给我提供了一个难得的机会,我等了一辈子啊,可不能错过!”
年长的科学家不愿错过,而年轻的科研人员则不能错过这场电网科技盛宴。
十几年前,刚毕业不久的汤广福到我国首个直流工程换流站参观,心中很是震撼:“不仅换流阀等核心部件都是纯进口的,连草皮都要从国外打包进口。”他记得,长期以来中国电力科研人员总会在国外顶尖电力实验室门口吃“闭门羹”,跨国“大鳄”们对待直流输电核心技术的态度出奇地一致——不发文章、不开会交流、不降低价格。如此严密的技术封锁,对他触动很大。十几年后,汤广福和他的团队站到了世界电力技术的前沿。他们自主创新研制出性能卓越的特高压直流换流阀,不仅打破了外国企业的技术垄断,降低了建设成本,还吸引了巴西、印度等国的高度关注,使中国电力企业成为参与全球市场的有力竞争者。
今天,汤广福已经是我国特高压直流领域的学术带头人,同时还在国际电工委员会(IEC)、国际大电网组织(CIGRE)、美国电气和电子工程师协会(IEEE)等诸多国际组织任职。他带领着200多人的科研团队正在研究±1100千伏特高压直流换流阀。这个冲刺世界更高电压等级纪录的设备,将深深镌刻着四个字——“中国创造”;这四个字,还托起了我国特高压直流领域一批有理论、有实践的科研团队。
辉煌的成功,背后不是一马平川、一帆风顺,成功是由无数次失败累积而成的。
2008年3月,是参与特高压交流试验示范工程项目的工程技术人员难以忘怀的“黑色三月”。两家国内顶尖变压器生产商提供的变压器双双实验失败,给项目组带来了沉重的打击。那是国家电网公司副总经理舒印彪一段难熬的日子,设备问题犹如一块巨石,压在他心头久久不能去。
舒印彪鼓励科研人员:“依靠自己的力量制造特高压设备的决心不能动摇。因为自主创新是一个使命,是一种责任,当然也会冒一定的风险。但到关键时候,一定不能动摇。有失败正说明特高压难,科学的道路本就不会那么平坦。”一周以后,变压器实验再次进行,一场迟到了半个月的欢庆终于在武汉特高压交流试验基地降临,从此刻开始,中国在输变电技术上真正走在了世界的前列。
特高压的“品牌效应”为我国整个电力产业链带来不少跨国订单。2010年7月,巴西能源矿业部长带团到中国参观上海世博会,特意修改行程,前往山西参观特高压交流试验示范工程。这位部长向更高层积极汇报,建议引进中国特高压输电技术,这也直接促成了国家电网公司在巴西的合作项目,特高压成为该国远距离输送能源的战略要素。2010年,沈阳特变电工获得印度国家电网公司逾1亿美元的特高压输变电设备采购合同。特高压电网的成功经验成为我国电力企业海外并购以及电力装备制造企业走出国门的“金字招牌”。全国政协经济委员会副主任、国家能源局原局长张国宝说:“正是得益于特高压这样的重大工程,国内电力设备制造企业在技术水平、产品质量和服务方面已和当年不可同日而语。”
托举这一成功的是超级“豪华”的技术方阵。包括30多位院士在内的3000多名研究和工程技术人员,以及国内外11家权威机构和组织参与了特高压调研和论证,国内主要电力科研、设计单位和9所大学参与了特高压研究设计。老、中、青三代科技工作者为了一个共同的目标不懈努力,系统开展了321项特高压关键技术研究,解决了过电压与绝缘配合、外绝缘设计、大电网安全运行控制等多项世界难题,掌握了关键技术;建成了国际一流的特高压交流、特高压直流、高海拔、工程力学四个试验基地和大电网仿真、直流成套设计两个研发中心,形成了功能齐全、综合指标居世界领先水平的大电网实验研究体系;成功研制出世界最高水平的大容量特高压变压器、电抗器、换流变压器、换流阀、6英寸晶闸管、平波电抗器、气体绝缘组合电器、套管、绝缘子等全套特高压关键设备和元器件。
这些突破并非一朝一夕就能实现的,而是在不停刷新纪录中从量的积累再到质的飞跃,最终实现“中国创造”和“中国引领”。全国政协副主席、科技部部长万钢这样评价我国特高压输电技术:“我国首个特高压试验示范工程正式运行,标志着我国在特高压工程设计、建设、运行和设备制造方面达到世界领先水平。”
会战
2006年年底,贺虎第一次前往特高压试验示范工程晋东南变电站。他知道,这里将是他人生中的又一个战场。正值隆冬,贺虎眼前是一片被积雪笼罩的荒芜,但他早已习惯这样的生活——从一无所有到高质量现代化的变电站。穿着厚厚的棉衣,寒风还是一丝一丝地浸入身体。作为晋东南变电站的项目经理,贺虎在这里度过了三个刻骨铭心的寒冬。
2007年冬天,罕见的冰雪灾害袭击全国,零下20多摄氏度的低温让这位经验丰富的项目经理提高了警惕。“混凝土要在5摄氏度以上的条件才能凝结,所以我们给混凝土浇筑基础盖了暖房,生炉子加温。”贺虎回忆,开春前的5个月里,400多个炉子在工地33个作业面“上岗”,为项目如期完工立下汗马功劳。
2008年冬天,最后一台1000千伏主变压器运抵场站。寒夜里,工人们用了6个小时将400多吨重的大家伙定位;随后,又用了24小时才把设备安装成功。看着这台可载入史册的“巨无霸”稳稳撑起晋东南变电站的一角,贺虎一颗悬着的心放下了。2009年1月,特高压交流试验示范工程投运了,贺虎终于笑了:“我现在的心情很平稳,就像站里的设备一样,比预期得更好!”
“能够参与特高压建设,是我们送变电人的光荣,再怎么苦,再怎么难,也一定要把它攻下来!”这是湖南送变电公司总工周孚民的话,也是所有建设者的心声。通过层层严格选拔,中标工程建设的送变电队伍都有着光荣的历史和丰富的经验。更重要的是,他们身上都透着一股敢啃硬骨头、敢打硬仗的韧劲。
特高压交流试验示范工程全线铁塔1284基,总重超过9.3万吨,每基铁塔平均重72.4吨,接近500千伏铁塔重量的两倍;77.2米的平均塔高,长达10余米的巨型绝缘子、高达40余米的变电站构架、庞大的主变压器……这些“巨无霸”让经验丰富的建设者们为之惊叹,却也给跋涉千里的运输带来了麻烦。崎岖的道路、险恶的地势挡不住建设者的步伐。为了把1000千伏变压器、电抗器等设备安全准时运输到位,来自不同单位的建设者共同保驾护航,硬是把这些总重逾千吨的“大家伙”安然架设到了长治、南阳、荆门三站。特高压第三项目部经理付明翔说:“我觉得铁塔就像我的孩子,看着铁塔一基一基组装起来,我心里别提多欣慰了。”
像贺虎、周孚民、付明翔一样投身特高压建设的工程人员有数万之众。来自全国500多家建设单位,铺开了一场规模超前的建设“大会战”。他们中有干了多年电建的老工程师,也有刚入职的新人,但对每个人来说,特高压电网建设都是“零起点”。尽管没有现成经验,建设者还是只用28个月的时间就完成了极具挑战的工程建设任务,实现了一次投运成功,这是世界电网建设史上的新纪录。
创造纪录的历程从来都不轻松。几年来,特高压建设者没有上下班、没有节假日、没有白天黑夜,有的只是高悬在每个人心中的“顺利建成特高压”的目标。
安徽送变电公司高空作业员工张成在日记里写道:“这一个月,天天都在100多米高的塔上施工。为了不耽误工作,午饭都是用绳子吊上来吃的,苦累自知。可是站在塔上,看着这么宏伟壮观的工程,衔嵩山,接黄河,心中豪气顿生,万里山河都写进了胸怀。”
2007年4月26日,特高压交流试验示范工程全线展开线路施工;
2008年9月10日,线路全线贯通;
2008年12月8日,1000千伏系统正式开始调试;
2009年1月6日,工程顺利结束168小时试运行,成功投入运行;
……
每一个节点,都镌刻着这些建设者们不凡的成就,推动着世界电力建设史向前迈一大步。
向上
比起第一条交流线路建设的激情澎湃与斗志昂扬,±800千伏向家坝—上海特高压直流输电示范工程的故事,书写起来更加从容,更加淡定。
种芝艺发现,世界上发生的很多意外,或多或少地和向家坝—上海输电工程的建设进度联系在了一起,这让她非常无奈。2010年4月,冰岛的火山爆发导致欧洲大批航班延误,平波电抗器与直流管母的连接件就被搁在了路上。“我们一直和前方保持联系,落实最新的运输进度。”后来,算准了到港时间,海关的货梯却又坏了,金具又被关在电梯里。时任国家电网公司直流建设公司换流站管理部主任的种芝艺,从业多年一直坚守直流工程建设事业,也是向家坝—上海直流工程中仅有的几位女性工程师之一。
2006年,种芝艺第一次来到向家坝—上海直流工程的起点复龙镇,发现换流站选址在8个小山丘之间。刚下过雨的山间土路一片泥泞,工作人员临时找来一堆胶鞋,鞋码和左右都来不及分清,大家就随便套上,深一脚浅一脚地往山里走。要建设先修路,2007年修桥铺路的过程中,修桥的围堰被反复冲毁8次。待到这段蜿蜒24千米的水泥路建成,细心的种芝艺数过:“有150多道弯。”
复龙换流站监理总监龙爱平已经干了几十年的电力工程,第一次去复龙站现场的感觉就是一个字——难。“全是泥土路,钢筋水泥进场都很困难,还总下雨。天晴都是灰,下雨全是泥。”这是他几十年来参加的建设环境条件最差、施工最困难的一项工程,但他坦言:“向上工程的工艺质量很高。”
建设者们习惯把这个工程叫“向上”。面对这条蜿蜒近2000千米、穿越八省一市,将巴蜀汩汩江水带来的电能送到上海浦东的“绿色电力走廊”,我们只能仰望,膜拜这种“向上”的力量。
“皖送汉子浑身胆,架线送电过凉山,喝着金沙江的水,敢把日月挑在肩,不畏艰险不畏难,扛着彩虹过凉山。”一位特高压建设者在博客中写下这样一首诗。
如今,向上的力量和精神还在不断延展。
2012年1月29日,277.5米高的皖电东送特高压交流工程长江大跨越南岸跨越塔地线支架成功就位,工程正在如火如荼地开展。刚刚从菲律宾干完项目的王成波一回国就碰上皖电东送项目的一块“硬骨头”——38千米的线路、84基新建基础;复杂的地形,丘陵占42%,还有河网泥沼。同时,施工人员还要在11到13米深、直径仅1.9米的狭窄基坑中作业,两个人同时作业几乎转不过身子。如此境况,王成波和他的团队还是如期完成了任务。
2012年5月,黄杰打起行李,吃住在锦屏—苏南±800千伏特高压直流输电工程裕隆换流站的工地上。12台换流变压器的集中运输安装,极Ⅰ低端调试都要在20天内完成。作为国家电网公司直流建设公司换流站管理部的负责人,他多次到安装施工单位项目部召开专项交底会,确保安全措施逐项落实;安排专责驻守现场,跟踪解决技术问题。这些工作为工程后续进度打下了基础。7月19日,工程低端直流输电系统转入运行。
十几天后,与锦屏—苏南工程同一方向的溪洛渡—浙西±800千伏特高压直流输电工程正式开工,物资运输踏勘、转角塔真型试验等各项工作同步推进。这将成为四川水电送出的第三条特高压通道。
(三)时光印证
建设者们的身影,已经成为特高压战场上永恒的记忆;他们流下的汗水,滋润了特高压脚下的土地。一基基铁塔连成长龙,翻越大山,跨过江河,从北到南,从西到东。这银色巨龙承载着强大有力的电流脉动,腾跃在神州大地上。
“水”畅其流
2012年,“水电”无疑是能源领域的一个关键词。从春天开始,气象部门就预计,水情将与1998年相仿。从5月份开始,华中地区多个水电厂满发。整个夏季,长江、黄河两大流域洪峰接踵而至,长江来水较上年偏丰48%,黄河来水偏丰60%。
有“水电王国”之称的四川,此时面临消纳水电的巨大压力。这个夏季四川外送水电创纪录地接近1110万千瓦,约占全省发电能力的一半。前10个月,四川电网外送电量256亿千瓦时,同比增长过半,甚至到了往年已经进入枯水期的10月份,水电仍在大发。
四川盆地“盛满了水”,要让清洁水电不浪费、不窝电,需要畅通其流——千里之外的华东和华北,成为水电流动的方向。
投运满两年的±800千伏向家坝—上海特高压工程,把四川水电送到上海,这个夏天,上海出现了20多个超过35摄氏度的高温天气,最大负荷虽然没有超过历史纪录,却比大范围缺电的2011年还要高。
向上工程投运前,上海每年的用电量中,有100多亿千瓦时来自三峡水电。借助向上工程,上海一半以上的用电量来自清洁能源。流溢着绿色之光的“东方明珠”,成为世界上使用清洁能源最多的“绿电”城市。
“君住长江头,我住长江尾,日日思君不见君,共饮长江水。”从向家坝到上海,因为这项工程,宜宾这座西南小城与东海之滨的大上海自此结了缘。金沙江、岷江、长江皆经宜宾,这里是国家确立的水电、火电等能源基地。2012年年末到2013年即将投运的向家坝电站、溪洛渡电站等世界前几名的大水电工程,都与宜宾有关。
可谁知道呢,守着水电“富矿”的宜宾,却曾跟上海一样,是个缺电的城市。2006年8月11日,宜宾一天之内就限电49条次、拉闸9条次,限电量200万千瓦时。这一天,电业局不得不通过《华西都市报》呼吁市民“巧用空调”。
一切因为向上工程而加速改变。工程开工两年之内,宜宾原来那个受电能力仅30万千瓦的末端弱联系电网,发展成为受电能力110万千瓦,拥有6条500千伏联络线和500千伏叙府变电站的强联系电网。宜宾成为“电能批发中心”,与四川、全国电网更加“亲密”地联成了一片,“能源基地”自此才名副其实。
强筋壮骨的宜宾电网,也给百姓带来了实实在在的好处。
“这两年用电多安逸,随便哪个时候都有充足的电用。”家住宜宾市翠屏区的唐老太说。同样从四川起点,与向家坝—上海工程比肩,一路延伸到华东的,是±800千伏锦屏—苏南工程。这个特高压大家庭中的“新成员”在2012年初夏两极低端投运,为大发的四川水电外送助力。
在锦屏—苏南工程的投运前一个月,2012年6月13日凌晨,1000千伏晋东南—南阳—荆门特高压交流工程由华北—华中反转为华中—华北送电,直到10月29日电流再次“掉头”,一共输电30.4亿千瓦时,全部为华中富余水电。这些电并不限于四川的水电,还包括湖北、湖南等多地水库满发的电量,经统筹调度后输往华北。
对于特高压交流试验示范工程,这其实并不新鲜。早在2009年夏天,工程才刚“半岁”的时候,四川的清洁水电就从这条大通道送入华北电网,缓解了山东等地的缺电问题。自此开始,每年初夏到秋季,特高压交流工程都要经历南北之间的电流逆转。
正如价格是市场经济的指挥棒,改变电流方向也有一个无形的指挥棒,那就是“资源效率”。
在中国,西部火、水、风、光各种能源资源集中,东部、中部缺资源、需要电,却只有煤炭实现空间的转换,付出的代价是长途运输、步步加价;而水能和捉摸不定的风、光资源,根本就运不走。这让人不禁想起两千年前的古代人,即便明明知道各地物产不同,却苦于没有便利的交通,连皇帝运几颗荔枝都不知要累死多少匹驿马。
当今世界,三大核心资源之一就是能源,而能源运输,绝不是普通的物资运输可以比拟,能源的运输效率和利用效率,关乎国家战略安全。
这是一道题:打开中国地图,如何能在“资源”与“需求”中间,求证一条最佳的“辅助线”?
特高压可以。正是特高压,让这些难题有了破解的可能。从2009年“特高压元年”开始,无论是交流还是直流,特高压电网开始发挥其远距离水火互济、大范围优化配置资源的作用。
煤从空中走
2011年年末。全年大范围缺电刚刚过去。6次冰点以下的低温,带来了湖北22年来最冷的春节,与此同时,冬季枯水期完全依靠火电的湖北,电煤供应却一再吃紧。这不能不让武汉神龙公司能源部的负责人秦星担心。
从2002年起,湖北已连续9年在枯水期采取限电措施。这个中部水电大省缺煤、少油、乏气,虽坐拥三峡、葛洲坝水电站,却必须面对水电大部分外送的无奈现实。
所以,从一入冬开始,秦星就时不时地向市经委和供电企业打听消息,担心一旦煤跟不上了,就要实施有序用电。她对“限电”二字非常敏感。
问一次,答案是“不会限电”,再问一次,还是不会……问了几次,秦星心中的石头才落了地。
“政府和供电企业一直都把我们当‘特保户’,用电是从来没问题的。我不放心的是70多家零部件供应厂商。哪家用电紧张、零部件生产跟不上了,就会直接影响整车生产。”让秦星庆幸的是,这个冬天没有缺电,生产高峰如期来临,企业产量由23万辆增长到40万辆。她说:“可靠的电力供应就是最大的支撑。”
就在12月中旬,特高压交流试验示范工程的扩建工程投运了,输送容量比前两个冬天增加了一倍。
回忆起特高压交流工程投运的第一年冬天,也就是2009年年底、2010年年初,湖北省经信委电力处处长刘文忠说,那算得上是湖北省有史以来用电最困难的时段。多亏特高压工程每天送来的近2000万千瓦时电,解决了大问题。2010年冬季,湖北电力供应再次紧张时,又是特高压输电近10亿千瓦时,算下来,等于给湖北新建了一个大型火电厂。累计起来,特高压扩建前,共给湖北输电133亿千瓦时,相当于运了600万吨原煤。
2011年1月6日,特高压交流工程启动扩建。晋东南变电站增加变电设备,输电容量增加一倍,原先河南南阳的开关站扩建为变电站。经济快速发展的河南、湖北两省,成为这条高速路上的两个站点,电力“下车”即用。
特高压扩建工程贯穿2011年全年。即使在施工紧张的春季,施工人员也掌握好工期,在迎峰度夏前夕提前10天恢复了工程运行。在彼时蔓延华东、华中的大缺电中,给湖北送来了“及时雨”。而2011年年底的正式投运,也抓准了湖北即将开始度冬的关键时间。
在刘文忠办公室的书柜上,一本《特高压电网》摆在特别显眼的位置。他对湖北的用电问题有着很现实的忧虑:随着经济的发展,预计到2015年,湖北省社会总用电量将增至2100亿千瓦时。如果还要靠就地建设新的火电厂,需要占用土地600公顷,电煤消耗也将增加3000万吨,多排放二氧化硫54万吨……这几年运煤尚且捉襟见肘,建发电厂,煤要怎么运?地又从哪里来?生态环境怎么办?他相信,特高压是解题之道。
特高压这一端的人们怀有信心和希望,沿着线路追到源头,另一端又会是何等景象?
李建伟说,特高压交流试验示范工程建成后,给山西能源行业带来了深刻影响。他从事电力工作几十年,如今是山西电力行业协会副理事长。他注意到,山西的坑口电厂越来越多。
2005年到过山西采访的一位记者,曾惊讶于煤炭外运给城市和乡村带来的污染:道路上都是遗撒的煤渣的黑色痕迹;空气很脏,呼吸一口寒冷的空气,仿佛连带吸进了煤末子,带点金属味和土腥气味的煤味儿,在鼻腔里清晰可辨。而2010年再度到山西,让他惊讶的换成了壮观的特高压输电铁塔和新建的电厂。
这些年来,国家经济“快跑”对原煤的需求,每年增加2亿吨以上,其中大部分用来发电。李建伟很清楚,这种增长速度,不是单靠建铁路、建公路运输就可以解决的。坑口电厂就地将煤变成电,再从“天上”送出去,既可以破解煤炭输送的难题,满足山西省内外对能源的需求,还可以为山西本地的经济发展带来更大的贡献值。
输电与输煤,对山西省国民生产总值的贡献率是6∶1,就业拉动效应是2∶1。精明的山西人算得清这笔账——建设火电厂与输电线路,将发出来的电力输送出去,比单纯输煤更有效益。以前,山西省发改委有一位官员曾抱怨,山西拥有全国最丰富的煤炭资源,但没有获得应有的经济效益。他已经意识到,过高的输煤比例似乎成为地方经济转型的“包袱”。而借助特高压,山西省2007年到2009年输煤与输电的比例一路下行,从26∶1到23∶1再到16∶1。
在山西河曲县,煤炭生产能力每年可达2000万吨,但以前每年只能生产1000万吨,就是因为运力跟不上。河曲电煤公司上榆泉煤矿的矿长王国兴心里有数,因为缺少铁路,煤炭外运不得不依靠省级公路。“走200千米的公路,一吨煤成本就要增加100多元。”每年人们总能看到各类报道:煤运到秦皇岛、山东,价格便一路高企,一吨甚至叫到上千元,但煤矿的出矿价格低得多,发电企业则不得不接受高煤价带来的“越发越亏”的现实。一吨煤从出矿到送进东部的发电厂,涨上来的数百元都在路上。
新疆哈密的维吾尔族姑娘热依汗古丽并不懂得复杂的经济学,但她是产煤地长大的孩子,父亲是位运煤货车司机,长年奔波跑长途。她知道父亲这行的苦累,也知道运煤赚不到什么钱。“一吨煤的利润还换不来一盘拌面。”但煤是当地的资源,长期以来,把煤卖出去是唯一的办法。
这也是新疆政府官员高度关注的问题。“当前,加快‘疆电东送’特高压直流输电工程建设,既具备了条件,也显得尤为迫切。”2011年全国两会期间,全国政协常委、新疆科学技术厅副厅长陈旗的提案中,强调了新疆电力外送的急迫。他分析:“十二五”期间,河南将从煤炭净输出省份变成煤炭净输入省份,可考虑哈密电力送河南。
2012年,陈旗的提案得到了落实。5月份,哈密南—郑州±800千伏特高压直流工程开工了。这条工程建设的目的,就是为了把哈密丰富的能源资源就地“点石成金”,变成电力送到中原地区。热依汗古丽也在家门口看到了一种以前根本想象不到的新的可能——把煤变成电。她说:“那运出去可就方便多了。”
热依汗古丽不知道,与哈密南—郑州±800千伏特高压直流工程同时开工的还有一条新疆与西北主网联网750千伏第二通道工程。这两条线路投运后,能给她的家乡直接拉动投资3000亿元,带来6万个新的工作机会,间接计算,能解决30万人的就业问题。那时,她的父辈和朋友们,或许可以不用选择披星戴月、风餐露宿地跑长途运煤了。
长风吹万里
其实,哈密作为“疆电外送”的桥头堡,不仅仅坐拥丰富的煤炭。在当地有名的风区三塘湖,一望无垠的戈壁滩上,成片的风机已经拔地而起。哈密东南部风区规划装机规模200万千瓦,三塘湖—淖毛湖风区规划装机规模300万千瓦,十三间房风区规划装机规模100万千瓦,加在一起总共有600万千瓦。
付涛是三塘湖地区马莲泉风电场的值长,值班室墙上挂着这一片的风电发展规划图。密集的线型、符号标识着不同企业正在建设的风电场,块与块之间的距离已经很接近。
新疆风能资源储量极为丰富,陆上风能资源占全国的40%。可是到2012年夏天为止,风电装机容量仅为190万千瓦。
近年来,新疆每年大约并网10个风电场,增长很快,而且基本建设了就能并网。这得益于政府部门、供电企业的有效协调和努力。可是,从长远来看,新疆虽然地域广阔,但用电方面却是全国数得上的“小网”。由于人口少、经济相对并不发达,新疆一年的用电量也就与长三角一个城市相当。建设大型风电基地,电送给谁用呢?制约新疆风电发展的一个重要因素,正是电力消纳问题。
2010年11月投运的新疆与西北主网联网750千伏第二通道工程,让新疆电网第一次有了750千伏电压等级,第一次与内地电网联结起来,新疆富余的电,有了外送的可能。可是,仅这一条电力通道的容量,并不能满足强劲电力的外送需求。
魏守明曾先后在哈密的两个火电厂工作了36年。2011年,他凭着工作经验应聘到风电场管理安全生产。2012年的发电情况还不错。但是他知道,眼前这条750千伏外送线路,还联着甘肃的酒泉风电基地,那里的装机量比哈密大得多,大家都想把自己的风电外送,这条线还是不够用。如果把原先的750千伏外送线路比作“国道”,那么哈密南—郑州±800千伏特高压直流工程,将在不久的将来为哈密电力外送开辟一条崭新的高速路。
“特高压不是一条普通的输电线路,而是空中的政治线、经济线、稳定线、发展线。”哈密地委副书记张文全说。
2012年11月10日,十八大新闻中心举办主题为“实施创新驱动战略,加快转型发展步伐”的集体采访。国家电网公司总经理、党组书记刘振亚介绍,目前,中国已经完全具备大规模建设特高压电网的条件。他说,发展特高压,也是发展清洁能源的需要。中国的清洁能源主要是风电和太阳能,且集中在中国的北部和西部。而恰恰在这些地方,经济欠发达,用电相对较少。清洁能源需要远距离输送几千千米到东部。从技术开发量来讲,仅新疆,风电就可以开发几亿千瓦。甘肃的河西走廊可以开发风电装机1亿千瓦,大沙漠戈壁滩都可以建成风电场、太阳能电场,那里的资源几乎是取之不尽的,但必须通过特高压向东南部输送。
美好的未来,正在一步步向我们走来。
(四)构筑能源支柱
这将是一个布局合理的能源输送网络,从能源基地到负荷中心,巨大的电流稳定流淌,畅行无阻;这将是一幅宏大的能源地图,勾勒出中国未来一段时期能源安全的屏障;这将是一部科学发展的实践纪录,每一步走下去,都镌刻出绿色、清洁、节能的字样。
站在历史长河中考量,2012年,在中国电力发展史上有诸多值得铭记之处。这一年,中国成为世界风电第一大国,国家电网并网风电超过5000万千瓦;这一年,水电罕见大发,四川电力外送创下新的历史纪录;这一年,全国首个百万千瓦光伏发电基地成功并网,国家电网并网光伏发电比上年增长5倍多;这一年,是特高压建设的关键年,新的特高压交流、直流工程接连获得核准开工,皖电东送、锦苏工程、哈密南—郑州、溪洛渡—浙西工程建设全速推进。
这一年12月12日,我国第三条特高压输电工程锦屏—苏南±800千伏特高压直流输电工程正式投运,每年将360多亿千瓦时的四川绿色水电送往华东,这样的能源“空中大挪移”,不仅为渐有起色的东部出口型经济送去没有污染的动力,也为渴求中部崛起的水电大省带来汩汩流淌的效益。
23天后,2013年1月5日,皖电东送1000千伏淮南—上海特高压交流输电示范工程淮河大跨越工程完成放线施工,成功跨越淮河,国家电网第二个1000千伏特高压交流工程取得重要突破。
中国经济正在逐步企稳。浙江省工业企业密布,供电公司对企业用电情况十分敏感,有着丰富的数据积累和分析经验。浙江省电力公司预计,2013年全省最大缺口可能达到1300万千瓦。皖电东送工程投运后,可在一定程度上缓解电力供应的压力。
通向浙江的另一条在建特高压工程,是±800千伏溪洛渡左岸—金华特高压直流输电工程。它建成以后,加上向家坝—上海、锦屏—苏南,3条特高压直流输电工程的输电总容量能达到2160万千瓦,水电出川,将丰富的清洁能源直送华东。
24天后,2013年1月6日,1000千伏晋东南—南阳—荆门特高压交流试验示范工程投运整4年。四年来,工程始终保持安全稳定运行,累计向华中地区送电296.44亿千瓦时,替代输煤约960万吨,极大缓解了华中地区缺电局面,拉动GDP增长3200多亿元;向华北地区送水电122.81亿千瓦时,减少弃水电量55亿千瓦时,节约用煤400多万吨,减排二氧化碳1200多万吨。这条能源输送大动脉,真正发挥了优化能源配置、服务经济社会发展的作用和价值。
目前,国家电网共有“一交两直”三项特高压工程投入运行,开创了世界电网发展新纪元。特高压工程的优越性日益突出,已经成为不争的事实——电网输电能力大大增强,输电距离大幅提高,输电损耗明显降低;与输煤相比,输电在运输成本上、效率上以及对公共交通运力的释放上,都有着明显的优势。
2013年是中国发展新的起点。站在这个点向后看,5年来,电力装机由7.2亿千瓦增长到11.4亿千瓦。石油增储稳产,天然气快速发展,用气量由705亿立方米增长到1500亿立方米左右。水电新增装机1亿千瓦,达到2.49亿千瓦,居世界第一。风电装机由500万千瓦迅速增加到6300万千瓦,年发电量超过1000亿千瓦时,并网风电居世界第一。光伏发电装机由基本空白增加到700万千瓦。核电在建机组30台、3273万千瓦,在建规模居世界第一,在役机组保持安全稳定运行。
站在这个点向前看,我国能源开发重心西移北移、负荷中心在东中部地区的基本格局长期不会改变,能源大规模、远距离输送和大范围优化配置仍是必然选择。煤电运紧张矛盾依然存在,西南水电、内蒙古和西北电力外送“瓶颈”问题日益突出。beplay规则 发展迅猛,2020年风电装机将超过2亿千瓦,光伏发电超过5000万千瓦,必须依托大电网、大市场进行优化配置和消纳,全面提高国家电网的安全性、经济性和适用性,守护中国能源战略安全,保障中国经济社会持续健康发展。
发展特高压是重中之重,是解决能源和电力发展深层次矛盾的治本之策,是满足各种大型能源基地和beplay规则 大规模发展的迫切需要。从2013年起的8年间,国家电网将走出特高压发展的三大步,到2015年、2017年和2020年,分别建成“两纵两横”、“三纵三横”和“五纵五横”特高压“三华”同步电网,同时到2020年建成27回特高压直流工程。届时,东中部地区受入电力流达到3.5亿千瓦,每年输送电量1.6万亿千瓦时,占当地用电量的30%左右。
“十二五”是特高压电网发展的重要战略机遇期。国家电网公司规划建设“三纵三横”特高压交流电网。“三纵”中,东纵是锡盟到南京,中纵是张北到南昌,西纵是蒙西到长沙。“三横”则是北横陕北到潍坊,中横是靖边到江苏,南横是雅安到上海。还有15回特高压直流电工程,形成交直流协调发展的格局。
如果规划中的特高压骨干电网能够顺利核准开建,只需数年,我国“三西”煤电基地、内蒙古和河北风电基地、西南水电基地的电力,就能“打包”批量送往京津冀鲁、华东、华中的负荷中心。如果特高压输电能力超过5000万千瓦,每年就能输送电量3000亿千瓦时,相当于运输煤炭1.5亿吨,中东部因煤导致的缺电局面将逐步缓解。
特高压,是清洁能源大发展的必要支撑。按照国家在“十二五”之初明确的目标,2020年,中国清洁能源发电总量将占到全国装机总量的15%。只有选择特高压,才能够解决大规模、大范围消纳的问题。
在内蒙古,风电“窝电”问题一度被人关注。内蒙古可开发风能容量超过1.5亿千瓦,是国家规划的“风电三峡”基地之一。近几年,内蒙古的风电装机呈现了“裂变”式增长,已占到全自治区发电总装机的20%,可本地市场空间极为有限,电网调峰能力不足。大面积的风电机组弃风限产,裹着真金白银的大风白白掠过。事实上,我国风电主要集中在“三北”地区,当地消纳空间都非常有限。
虽然中国已经成为世界风电第一大国,但大批风机集中上马、建设迅速,电网建设周期却长得多,加上技术、标准种种因素,综合看来,在风电发展问题上,内蒙古并不是个例。
在新疆,风电场一般位于偏远的戈壁滩上,如果通过线路接入现有的新疆主网,输送距离很长,电压低,线损大。哈密马莲泉风电场接入的是110千伏线路,距离长达100余千米,线损率达到10%以上。现在,这部分损失由国家电网公司承担。未来,哈密北—重庆特高压直流工程建成后,哈密几大风区的风电可通过特高压工程直接外送,线损就不再是大问题了。
新疆主网升级工程,正在为风电并网“架桥通路”,规划中的三个750千伏环网,将为新疆的多条特高压工程搭建起坚强的支点。除了在建的±800千伏哈密南—郑州直流工程,“十二五”期间,国家电网公司还规划了±800千伏哈密北—重庆、±1100千伏准东—四川特高压直流输电工程,总共可实现外送电力3000万千瓦。
大风电必须融入大电网,坚强的大电网能够显著提高风电消纳能力。有计算数据显示,如果各地的风电仅在本省内消纳,到2020年,全国可开发的风电规模约5000万千瓦。如今,并网规模已经超过了这个数字。仅内蒙古自治区规划建设的风电装机,到2015年就有3000万千瓦。只有通过合理规划建设特高压工程,跨区联网扩大消纳清洁能源的能力,全国风电开发规模才能实现1亿千瓦以上的目标。
送电的愿望迫切,盼电的愿望同样迫切。
2006年8月末,在1000千伏晋东南—南阳—荆门特高压交流试验示范工程荆门变电站的奠基仪式上,时任湖北省副省长的任世茂满怀感情,提出全力支持特高压工程建设,来满足湖北经济社会长远发展的用电需求。时隔5年,担任湖北省人大常委会副主任的任世茂仍然认为,特高压落户湖北是来之不易的历史机遇。
湖北省、内蒙古自治区政府曾于2010年签署经济社会发展战略合作协议,提出逐年增加内蒙古向湖北输电量。湖北与内蒙古之间并没有直接的电网通道联系,双方将推动尽快建成蒙西—荆门—长沙和荆门—武汉特高压通道。
“十一五”末的愿望,将在“十二五”逐步实现。“十二五”的“三纵三横”中,“三纵”都和风电输出有关,而起点在蒙西的“西纵”,正是经湖北最终落于湖南长沙,既送煤电,也送风电。
“十二五”“十三五”……展望新的发展征程,稳健前进的中国,需要尽快建设现代能源综合运输体系,让输电的优势充分发挥出来,为不断壮大的经济“肌体”增添强劲动力。
在世界能源领域中,特高压电网还是一个年轻的成员。但这个“年轻人”筋骨强健,充满生命力,代表着希望和未来。在广阔的能源舞台上,特高压的角色还将更加丰富,责任还将更加重大。
不远的将来,一条条能源大动脉纵横云天,将为全面建成小康社会,为经济发展,为人民幸福提供源源不断的动力!