一、 歐美俄日曾研究應(yīng)用交流特高壓失敗,聯(lián)合國(guó)文件又作了結(jié)論,
為什么要重走世界已失敗的道路?
回顧上世紀(jì)歐美俄日等曾為“遠(yuǎn)距離輸電”而長(zhǎng)時(shí)大規(guī)模研究交流特高壓,前蘇聯(lián)為實(shí)現(xiàn)交流1200kV的長(zhǎng)距離(1905公里)輸電,從1972年起步,4年后建成1公里試驗(yàn)線(xiàn)路,8年后建成設(shè)備,10年后才完成調(diào)試和開(kāi)始建設(shè)實(shí)際工程,13年后才正式投運(yùn)。在1985~1994的9年運(yùn)行中,雷擊跳閘特多,電暈損耗特大,過(guò)電壓?jiǎn)栴}特嚴(yán)重,不得不在線(xiàn)路上都裝設(shè)100%補(bǔ)償?shù)牟⒙?lián)電抗器,結(jié)果最多只能送160萬(wàn)千瓦,實(shí)踐證明前蘇聯(lián)經(jīng)歷22年也不能解決其技術(shù)風(fēng)險(xiǎn),又極浪費(fèi)投資,不得不永遠(yuǎn)降壓500kV運(yùn)行了。
日本東京電力在1992~1999年建成交流1000kV線(xiàn)路共426公里,但未建變電站,只能500kV運(yùn)行;國(guó)網(wǎng)公司在國(guó)家發(fā)改委2005年北戴河召開(kāi)的“特高壓輸電技術(shù)研討會(huì)”報(bào)告稱(chēng):“根據(jù)東京電力的預(yù)測(cè),2010年期間南巖木特高壓干線(xiàn)有必要升壓運(yùn)行”。而在2007年底【國(guó)際大電網(wǎng)委員會(huì)】在日本大阪召開(kāi)的《電力系統(tǒng)發(fā)展會(huì)議》時(shí),蒙工(蒙定中)作為會(huì)員作大會(huì)報(bào)告,以中國(guó)(除臺(tái)灣一次外)從不發(fā)生重大停電的經(jīng)驗(yàn)來(lái)論證不應(yīng)采用交流特高壓的問(wèn)題,從東京電力代表得到的回答是:“接受了教訓(xùn),不再升壓了。”
上世紀(jì)在直流輸電技術(shù)上成功地應(yīng)用可控硅代替了水銀整流器,從而既安全又經(jīng)濟(jì)地達(dá)到了“遠(yuǎn)距離輸電”的目的,結(jié)果交流特高壓在世界上確無(wú)實(shí)用價(jià)值了。
2005年聯(lián)合國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)部在紐約發(fā)表的報(bào)告(Multi-DimensionIssuesinInternationalElectricPowerGridInterconnections)指出“Voltagesashighas1200kVhavebeenusedinRussiaforsomelong-distancelinesacrossSiberia.Above1000kV,however,thepracticaldifficultyandexpenseofequipmentandinsulationthatcanwithstandsuchhighvoltagesbecomesprohibitive.交流1200kV曾在俄羅斯的西伯利亞長(zhǎng)線(xiàn)路使用,無(wú)論如何,超出1000kV伏時(shí),能承受如此高電壓的實(shí)際難度、設(shè)備和絕緣的代價(jià),都過(guò)高而難以采用。”聯(lián)合國(guó)文件所指包括兩個(gè)風(fēng)險(xiǎn):一個(gè)是技術(shù)難度風(fēng)險(xiǎn),另一個(gè)是經(jīng)濟(jì)代價(jià)風(fēng)險(xiǎn),這是世界上從技術(shù)經(jīng)濟(jì)上判別交流特高壓失敗的結(jié)論。
此外,聯(lián)合國(guó)文件還從電網(wǎng)結(jié)構(gòu)上指出:“長(zhǎng)距離輸電應(yīng)用直流,和交流比較,超出600公里都是直流輸電的經(jīng)濟(jì)距離,而且直流輸電比較安全、可靠,有優(yōu)良的特點(diǎn)。”聯(lián)合國(guó)文件還指出不同交流電網(wǎng)通過(guò)直流聯(lián)網(wǎng),可以避免同步網(wǎng)本身運(yùn)行出現(xiàn)的很多技術(shù)問(wèn)題。又引證損失7000萬(wàn)千瓦的2003年美加大停電事故,任何一處故障都影響整個(gè)同步網(wǎng),同步網(wǎng)愈大、線(xiàn)路愈長(zhǎng)、電壓崩潰和穩(wěn)定問(wèn)題愈嚴(yán)重,更會(huì)連鎖反應(yīng)導(dǎo)至全網(wǎng)大停電。
2003年美國(guó)能源部召開(kāi)兩次“國(guó)家電網(wǎng)預(yù)想會(huì)議”,研究了美國(guó)電網(wǎng)
Grid2030年預(yù)想計(jì)劃,主要是建立由東岸到西岸,北到加拿大,南到墨西哥的跨越全國(guó)的主要采用超導(dǎo)體技術(shù)和直流輸電骨干網(wǎng)架,特別是采用直流將東西區(qū)內(nèi)分更多的區(qū),縮小每區(qū)的范圍,而且認(rèn)為現(xiàn)有超高壓電壓已滿(mǎn)足發(fā)展需要,不需交流特高壓。2008年美國(guó)電科院和直流聯(lián)網(wǎng)公司曾研究了美歐重大停電,建議將美國(guó)東部網(wǎng)應(yīng)用直流隔離分為四個(gè)交流區(qū),同時(shí)也適用于美國(guó)西部網(wǎng)和西歐,這可以說(shuō)是在電網(wǎng)結(jié)構(gòu)上解決重大停電的重要策略。
2005年歐盟成立歐洲智能電網(wǎng)技術(shù)平臺(tái),2006年發(fā)表了“歐洲電網(wǎng)的未來(lái)展望和策略”提出,歐洲2020年和將來(lái)主要運(yùn)用直流輸電,根本不考慮采用比現(xiàn)有交流400kV更高的電壓,更不用經(jīng)歷失敗的交流特高壓了。更值得注意的近年具備世界上最寵大交流電網(wǎng)的歐洲卻接受了改造電力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)經(jīng)驗(yàn),采用直流分區(qū);目前已應(yīng)用42套直流作隔離設(shè)施,將歐洲分很多“分區(qū)”,以提高電力系統(tǒng)的可靠性和防止系統(tǒng)大停電。這說(shuō)明中國(guó)電網(wǎng)結(jié)構(gòu)的安全經(jīng)驗(yàn)已得到世界的重視。
1965年以來(lái)世界上曾發(fā)生了25次電網(wǎng)重大停電(每次電力損失800萬(wàn)千瓦
以上),電力容量占世界首位的美國(guó)重大停電最嚴(yán)重,發(fā)生6次;歐/(北)美號(hào)稱(chēng)技術(shù)先進(jìn),但重大停電共14次,負(fù)荷損失過(guò)半,占54.2%。
中國(guó)電力容量現(xiàn)已占世界首位,除臺(tái)灣地區(qū)一次外,為什么從不發(fā)生重大停電?上世紀(jì)70年代末,電力部工作組不僅調(diào)查分析國(guó)內(nèi)事故,還分析了全世界大停電,認(rèn)為:“連鎖反應(yīng)造成大停電的原因——不受控制的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和保護(hù)”,所以制定了《電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定導(dǎo)則》。改革開(kāi)放以來(lái),建立了可靠的交/直流、分層、分區(qū)的電網(wǎng)結(jié)構(gòu),分散的外接電源結(jié)構(gòu)和三道防線(xiàn),系統(tǒng)失穩(wěn)可能偶而發(fā)生,但不能造成大停電;而且由于區(qū)間為直流聯(lián)網(wǎng),任一區(qū)故障/失穩(wěn)都不會(huì)波及鄰區(qū)。但“三華交流特高壓聯(lián)網(wǎng)”就完全違反《穩(wěn)定導(dǎo)則》分層、分區(qū)和分散外接電源的規(guī)定;另一個(gè)主管部門(mén)——南方電網(wǎng)公司決定不采用交流特高壓,繼續(xù)按《穩(wěn)定導(dǎo)則》以直流隔離將南網(wǎng)分2~3大區(qū),再將廣東分東、西兩個(gè)小區(qū),交流500kV遠(yuǎn)距離輸電有的改為直流輸電,有的改為中、短距離,特別解決交直流并列運(yùn)行的不安全問(wèn)題,又長(zhǎng)遠(yuǎn)解決廣東交流500kV系統(tǒng)的短路電流超標(biāo)并保證更多直流輸電的安全饋入,這才是我國(guó)電網(wǎng)英明的決策。
二、交流特高壓線(xiàn)路和設(shè)備最難抗冰雪災(zāi)害和地震
從2008年初我國(guó)南方冰雪災(zāi)害和2008年5月12日四川汶川里氏8級(jí)大地震災(zāi)害結(jié)果證實(shí),交流電壓愈高的線(xiàn)路倒塔和變電站設(shè)備損壞愈嚴(yán)重。因此,可按線(xiàn)路倒塔和變電站設(shè)備損壞的原因分析,交流特高壓線(xiàn)路和設(shè)備最難抗冰雪災(zāi)害和地震。
1.冰雪災(zāi)害
2008年初春的冰雪災(zāi)害,造成了長(zhǎng)時(shí)間大面積電力中斷。多年來(lái)國(guó)內(nèi)關(guān)注重點(diǎn)都放在大電網(wǎng)、大機(jī)組、高電壓、西電東送/南北互供等長(zhǎng)距離輸電,但這一龐大的重點(diǎn)系統(tǒng)在這場(chǎng)冰雪災(zāi)害卻表現(xiàn)如此脆弱,難以防止大面積的上億人口受停電災(zāi)難。交流電網(wǎng)范圍愈大、一旦受災(zāi),波及范圍愈大;不能光靠大電網(wǎng)電壓愈高的線(xiàn)路,輸電距離愈長(zhǎng)、河山跨越愈險(xiǎn),一支塔倒,全線(xiàn)停電。
線(xiàn)路導(dǎo)線(xiàn)覆冰是倒塔的殺手,2008年1月12日以來(lái),受強(qiáng)冷空氣影響,我國(guó)長(zhǎng)江中下游及其以南地區(qū)出現(xiàn)入冬以來(lái)最大幅度的降溫和雨雪天氣。據(jù)有關(guān)報(bào)道,此次冰雪災(zāi)是該地區(qū)近50多年來(lái)最嚴(yán)重的一次,湖北、湖南、江西、安徽、貴州、云南、廣西、廣東等地區(qū)的電網(wǎng)均遭受了最嚴(yán)重的覆冰災(zāi)害,其中貴州和湖南兩省遭受的損害最為嚴(yán)重。線(xiàn)路設(shè)計(jì)覆冰厚度一般為10~15mm,但這次冰雪災(zāi)中大多數(shù)都超過(guò)了30mm,有的超過(guò)50mm。
交流電壓(kV) 110 220 500 1000
每個(gè)鐵塔的導(dǎo)線(xiàn)數(shù) 三相中每相分裂導(dǎo)線(xiàn)數(shù) 1 2 4 8
單回線(xiàn)塔導(dǎo)線(xiàn)總數(shù) 3 6 12 24
同塔雙回導(dǎo)線(xiàn)總數(shù) 6 12 36 48
平均塔高度(公尺) 35 45 65 105
下表列出不同電壓線(xiàn)路的數(shù)據(jù),可見(jiàn)電壓愈高的輸電線(xiàn)路,三相中每相的導(dǎo)線(xiàn)就愈多,覆冰愈嚴(yán)重,而且它的塔也愈高,塔距也愈長(zhǎng),覆冰后更易倒塔。
17年前加拿大魁北克一回230kV線(xiàn)路在冰災(zāi)時(shí)倒塔,修復(fù)時(shí)覆冰設(shè)計(jì)從45mm提高到65mm水平時(shí),稱(chēng)將增加三倍設(shè)計(jì)負(fù)載,如果將每相2分裂改為單導(dǎo)線(xiàn),就解決問(wèn)題,可見(jiàn)分裂導(dǎo)線(xiàn)數(shù)愈多,愈易因覆冰倒塔。
這次冰暴中如浙江省的倒塔數(shù):500kV–167;220kV-43;110kV-23。湖南華潤(rùn)500kV線(xiàn)倒塔401基,雙回線(xiàn)倒塔占75%,貴州500kV線(xiàn)倒塔嚴(yán)重等,說(shuō)明500kV線(xiàn)每相為4分裂導(dǎo)線(xiàn),單回共12、雙回共24分裂導(dǎo)線(xiàn),倒塔最嚴(yán)重;而且塔更高,塔距更長(zhǎng),以致倒塔更嚴(yán)重。
交流特高壓1000kV線(xiàn)不僅每相為8分裂,一回線(xiàn)共3×8導(dǎo)線(xiàn),現(xiàn)在都應(yīng)用同塔雙回,共48導(dǎo)線(xiàn),而且為降低環(huán)境干擾,每相不得不選粗大又昂貴的8×630導(dǎo)線(xiàn),它比500kV線(xiàn)路所取的4×400導(dǎo)線(xiàn)不僅數(shù)量多一倍,而且每根導(dǎo)線(xiàn)更重更粗,同樣的覆冰厚度,重量更重,影響更嚴(yán)重。且平均塔高77公尺(約為兩倍500kV塔高),塔距又長(zhǎng)達(dá)530公尺(加拿大735kV伏線(xiàn)塔距冰災(zāi)后由原450公尺分別縮短為410和370公尺),更易受風(fēng)冰影響倒塔損毀,最不安全。
2.地震
2008年5月12日四川汶川發(fā)生里氏8級(jí)特大地震時(shí),電壓最高的500kV
變電站的瓷柱、瓷套根部斷裂嚴(yán)重,包括變壓器的高壓套管根部斷裂、避雷器
底座斷裂、瓷柱式斷路器瓷套斷裂、隔離開(kāi)關(guān)支柱瓷瓶斷裂等等。因?yàn)槎际?/p>
不粗大的瓷柱、瓷套過(guò)高造成頭重腳輕,一旦發(fā)生強(qiáng)烈地震,使其震動(dòng)搖擺,
造成根部斷裂,不可修復(fù),只能更新。220kV設(shè)備的瓷柱、瓷套損壞不嚴(yán)重,
因?yàn)槠涓叨炔桓摺?/p>
特高壓變電站更難抗地震,特高壓示范工程1100kV設(shè)備瓷套更高達(dá)11.3
公尺,相當(dāng)于500/220kV瓷套高(4.6/2.5公尺)的2.5/4.5倍,頭更重腳更輕,地震時(shí)更易根部斷裂。
特高壓南陽(yáng)變電站1100kV設(shè)備瓷套高立/頭重腳輕
四川電壓愈高的鐵塔在山體滑坡時(shí),愈易傾倒;交流特高壓線(xiàn)路更難抗地震,因?yàn)殍F塔更高,在山體滑坡時(shí)更易傾倒。
三、以交流特高壓構(gòu)成龐大自由聯(lián)網(wǎng)必將走上世界重大停電的道路
1965年以來(lái),世界上共發(fā)生25次重大停電(每次負(fù)荷損失≥800萬(wàn)千瓦),其中電力容量占世界首位的美國(guó)重大停電最多(6次),最嚴(yán)重(負(fù)荷損失占全部的29.6%);號(hào)稱(chēng)技術(shù)先進(jìn)的美/加/歐共發(fā)生14次,次數(shù)和負(fù)荷損失分別占全部的56%和54.2%。從原因分析,重大停電大都發(fā)生在區(qū)域龐大的交流電網(wǎng)結(jié)構(gòu)。
中國(guó)電力容量現(xiàn)已占世界首位,除臺(tái)灣一次外,為什么么從不發(fā)生重大停電,因?yàn)?5年來(lái)貫徹了《電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定導(dǎo)則》。按導(dǎo)則建立了〈分層〉〈分區(qū)〉〈分散外接電源〉的〈三分〉電網(wǎng)結(jié)構(gòu),特別建立了六大區(qū)域都不大的分區(qū),區(qū)間主要用直流聯(lián)網(wǎng),完全防止了重大停電,成為世界上最安全可靠的電網(wǎng)結(jié)構(gòu)。
下表從世界近半個(gè)世紀(jì)的實(shí)踐分析,交流電網(wǎng)是否合理分區(qū)是造成或防止重大停電的關(guān)鍵,那些電網(wǎng)區(qū)域過(guò)大,又自由聯(lián)網(wǎng),一有故障即連鎖反應(yīng)全區(qū)而造成重大停電;我國(guó)裝機(jī)容量不少,但用直流分區(qū)后,各區(qū)范圍不大,構(gòu)成堅(jiān)強(qiáng)負(fù)荷中心,更分散外接電源,而不是自由聯(lián)網(wǎng),結(jié)果很安全。
交流電網(wǎng)規(guī)模寵大己造成重大停電的事實(shí)
國(guó)家
裝機(jī)
(萬(wàn)千瓦) 電網(wǎng)面積(萬(wàn)平方公里) 東西距離(公里) 南北距離(公里) 重大停電
電網(wǎng)結(jié)構(gòu)分析
次 損失
(萬(wàn)千瓦) 占比
例(%)
美
國(guó) 南區(qū) 7270 59 701 841 - - - 交流區(qū)域小-很安全
東區(qū) 75500 551 1870 2945 3 10100 19.7 不用直流分區(qū)(或分區(qū)不足)使交流區(qū)域過(guò)大;更難以分散外接電源構(gòu)成點(diǎn)對(duì)網(wǎng)的分區(qū)結(jié)構(gòu);結(jié)果成為一旦故障即連鎖反應(yīng)全區(qū)的寵大自由聯(lián)網(wǎng)結(jié)構(gòu)
西區(qū) 20000 328 1169 2805 3 5042 9.9
歐洲 84500 1016 5200 3400 4 7161 14.0
巴西 8900 851 3200 3200 5 9687 19.0
印度北方 11000 216 1800 1200 3 9673 18.9 分區(qū)區(qū)間以交直流并列相聯(lián),不起分區(qū)作用
中
國(guó) 東北 6305 73 600 1280 - - - 主要用直流分區(qū),各區(qū)范圍不大,現(xiàn)行電壓既可構(gòu)成負(fù)荷中心和相互聯(lián)系的骨干,并作為分散電源的點(diǎn)對(duì)負(fù)荷中心輸電(遠(yuǎn)距離則用直流),并解除電磁環(huán)網(wǎng),成為可控制故障連鎖反應(yīng)的安全電網(wǎng)結(jié)構(gòu)
華北 15202 112 1060 1100 - - -
華中 17473 131 1650 1250 - - -
華東 17706 57 500 1140 - - -
華南 17473 120 2020 800 - - -
西北 5751 135 1930 1050 - - -
臺(tái)灣 2009負(fù)荷 4 135 324 1 1550 4 不分散外接電源;低頻減載/低頻切機(jī)不配合
三華
特高壓聯(lián)網(wǎng) 50381 300 2350 2530 ? ? ? 從裝機(jī)/范圍/自由聯(lián)網(wǎng)走上美國(guó)道路;且交流特高壓更不如美國(guó)超高壓安全/經(jīng)濟(jì)
但國(guó)網(wǎng)要破壞30多年已經(jīng)歷世界安全第一的五大分區(qū)結(jié)構(gòu)以<交流特高壓聯(lián)網(wǎng)>成為當(dāng)前世界最寵大的交流電網(wǎng)結(jié)構(gòu),從區(qū)內(nèi)裝機(jī)/電網(wǎng)范圍/自由聯(lián)網(wǎng)方式都走上北美不安全道路;特別不同卻更危險(xiǎn)的是【交流特高壓比美國(guó)現(xiàn)有超高壓更不安全】,可見(jiàn)后果更為嚴(yán)重。
我國(guó)現(xiàn)行《電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定導(dǎo)則》規(guī)定:“合理分區(qū),…采用交流或直流方式互聯(lián)應(yīng)進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較。”如過(guò)去500kV網(wǎng)由黑龍江經(jīng)華北、華中聯(lián)到四川就發(fā)生低頻振蕩,影響東北的北電南送暫態(tài)穩(wěn)定水平降低50萬(wàn)千瓦,2008年底東北-華北間投入背靠背直流就徹底根除了這個(gè)問(wèn)題。交流特高壓示范工程將華北-華中相聯(lián)就出現(xiàn)低頻振蕩問(wèn)題,因?yàn)閮蓚?cè)發(fā)電機(jī)群愈多、等價(jià)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量愈大、振蕩頻率愈低、阻尼更弱,低頻振蕩功率高達(dá)20%,只能降低其輸送容量到160萬(wàn)千瓦運(yùn)行,相當(dāng)500kV線(xiàn)輸送容量。
按中國(guó)經(jīng)驗(yàn)采用直流聯(lián)網(wǎng)將龐大的交流系統(tǒng)分為若干區(qū),它不僅達(dá)到正常聯(lián)網(wǎng)效益,還可控制聯(lián)網(wǎng)潮流;防止一個(gè)區(qū)的故障/頻率崩潰/電壓崩潰/失穩(wěn)振蕩波及相鄰區(qū);更將大區(qū)范圍固有的動(dòng)態(tài)和暫態(tài)穩(wěn)定、低頻振蕩或“連鎖跳閘”等一系列復(fù)雜問(wèn)題徹底解決。根據(jù)2006年7月1日華中電網(wǎng)失穩(wěn)事故的大量故障錄波分析,華中唯一對(duì)華北的交流聯(lián)網(wǎng)在事故過(guò)程的壞作用,不僅促進(jìn)了華中電網(wǎng)的失穩(wěn),而且延誤了再同步和恢復(fù)運(yùn)行的時(shí)間。所以,區(qū)間聯(lián)網(wǎng)必須用背靠背或長(zhǎng)距離直流輸電,個(gè)別交流聯(lián)網(wǎng)只是暫時(shí)性措施。
(1)大區(qū)范圍應(yīng)再以直流分區(qū)辦法長(zhǎng)遠(yuǎn)保證安全
在直流聯(lián)網(wǎng)的條件下,多大的交流區(qū)域比較合適?它和采用的最高一級(jí)電壓有關(guān),如交流500kV輸電遠(yuǎn)可達(dá)500~600公里,常用200~400公里,由它首先構(gòu)成一個(gè)或幾個(gè)負(fù)荷中心,然后擴(kuò)及全區(qū)。根據(jù)上表數(shù)據(jù),東西或南北最長(zhǎng)的距離:最長(zhǎng)是華南2000公里、西北1930公里;其他都為1100~1650公里。怎樣從長(zhǎng)遠(yuǎn)解決一個(gè)大區(qū)的安全輸電問(wèn)題?華南電網(wǎng)就應(yīng)用直流再分2~3個(gè)大區(qū),廣東再分兩個(gè)小區(qū),就完全解決交流遠(yuǎn)距離輸電一系列安全問(wèn)題。本人研究華東電網(wǎng)建議采用直流再分四個(gè)大區(qū),既解決短路超標(biāo)問(wèn)題,又縮小大區(qū)范圍也是最安全最經(jīng)濟(jì)的合理措施。一個(gè)大區(qū)的東西/南北距離不宜過(guò)遠(yuǎn),如有條件再用直流再分區(qū)以縮小其范圍,不少固有的交流遠(yuǎn)距離輸電和短路電流超標(biāo)問(wèn)題都得到解決,更保安全。
(2)加強(qiáng)負(fù)荷中心/骨干網(wǎng)架
大區(qū)內(nèi)負(fù)荷中心應(yīng)有堅(jiān)強(qiáng)環(huán)網(wǎng)和大機(jī)組支持,增大短路容量和慣性;聯(lián)絡(luò)各負(fù)荷中心的骨干主要是加強(qiáng)大區(qū)總體結(jié)構(gòu),使外接電源對(duì)大區(qū)接近單機(jī)對(duì)無(wú)窮大;骨干應(yīng)作負(fù)荷中心電力交換,不應(yīng)長(zhǎng)期作單方向的大容量電力傳送。
(3)分散外接電源
在負(fù)荷中心或區(qū)外的遠(yuǎn)方電源(包括交、直流)不應(yīng)在電源側(cè)相聯(lián),一般應(yīng)獨(dú)立直送負(fù)荷中心,每一輸電走廊電力一般不應(yīng)大于受端負(fù)荷的10%,任一外接電源/線(xiàn)路出問(wèn)題或失穩(wěn),形成單機(jī)對(duì)無(wú)窮大系統(tǒng)的振蕩,僅此單機(jī)處于送端,其他送端電源皆成為受端,作為受端電源的后盾,使電網(wǎng)更可靠/快速恢復(fù)正常運(yùn)行。
預(yù)想將來(lái)我國(guó)大區(qū)還宜再有分區(qū),既滿(mǎn)足發(fā)展需要,將會(huì)解決短路電流過(guò)大等一系列問(wèn)題,更為安全可靠;由于歷史證實(shí)區(qū)域不應(yīng)擴(kuò)大,有的維持現(xiàn)有范圍,有的還將縮小其范圍,所以現(xiàn)有的超高壓電壓完全滿(mǎn)足發(fā)展需求。對(duì)于各大區(qū)的外接電源,不超過(guò)600公里的外接電源可采用現(xiàn)有交流超高壓的點(diǎn)對(duì)負(fù)荷中心輸送;超過(guò)的采用直流輸電。因此,作為網(wǎng)架或外接電源輸送都完全沒(méi)有必要采用交流特高壓,何況它在技術(shù)原理上有致命弱點(diǎn),極不安全;在同等距離和輸電容量的經(jīng)濟(jì)投資比較上,它為交流500kV輸電的2.8倍(600公里),極為浪費(fèi)??傊?,我國(guó)六大區(qū)電網(wǎng)的發(fā)展趨勢(shì)是增加分區(qū),更不應(yīng)建「交流特高壓聯(lián)網(wǎng)」反而違背《電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定導(dǎo)則》<分區(qū)>的規(guī)定擴(kuò)大交流網(wǎng)區(qū)域而減小了分區(qū)。
四、中國(guó)電網(wǎng)安全經(jīng)歷國(guó)際首位,不應(yīng)為國(guó)網(wǎng)極度浪費(fèi)的交流特高壓
聯(lián)網(wǎng)破壞
1.北戴河會(huì)議以來(lái)交流特高壓聯(lián)網(wǎng)之爭(zhēng)
國(guó)內(nèi)交流特高壓之爭(zhēng)已經(jīng)歷十年,隨著其示范及華東工程的經(jīng)歷,證明它確實(shí)既不經(jīng)濟(jì),又是世界棄用且中國(guó)實(shí)踐的落后技術(shù)?;叵胧昵?,即2005年6月發(fā)改委能源局為研討國(guó)網(wǎng)公司報(bào)請(qǐng)構(gòu)建<交流特高壓國(guó)家級(jí)電網(wǎng)>,在北戴河召開(kāi)<特高壓輸電技術(shù)研討會(huì)>。會(huì)前國(guó)網(wǎng)一位領(lǐng)導(dǎo)(現(xiàn)任總經(jīng)理)來(lái)蒙工房間給予<高級(jí)顧問(wèn)>為條件,但首先要求蒙工支持交流特高壓。在討論會(huì)上本著為國(guó)家負(fù)責(zé)的精神,蒙工不為國(guó)網(wǎng)優(yōu)惠所動(dòng),按照會(huì)議安排作為第一位發(fā)言人,仍按原準(zhǔn)備的報(bào)告進(jìn)行了一個(gè)多小時(shí)發(fā)言,主要內(nèi)容為:“上世紀(jì)世界研究和實(shí)踐交流特高壓輸電技術(shù)失敗了,而直流遠(yuǎn)距離輸電取得了成功;有史以來(lái)世界上90%的重大停電(每次損失>800萬(wàn)千瓦)都發(fā)生在龐大又自由相聯(lián)的交流電網(wǎng)結(jié)構(gòu)中;我國(guó)(除臺(tái)灣一次外)為什么從來(lái)沒(méi)有發(fā)生重大停電?因?yàn)槿嗄陙?lái)我國(guó)電網(wǎng)貫徹了現(xiàn)行《電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定導(dǎo)則》,全國(guó)電網(wǎng)基本以直流隔離為六個(gè)大區(qū),任一區(qū)事故都不影響鄰區(qū);如將全國(guó)聯(lián)成一個(gè)交流特高壓同步電網(wǎng),嚴(yán)重違反《穩(wěn)定導(dǎo)則》[分區(qū)]規(guī)定,就會(huì)重走世界上其他國(guó)家經(jīng)歷的失敗道路,不但造成嚴(yán)重的浪費(fèi),而且必然會(huì)發(fā)生重大停電事故”。
北戴河會(huì)后南方電網(wǎng)公司做了認(rèn)真、深入的科學(xué)研究,確認(rèn)了遠(yuǎn)距離輸電應(yīng)采用直流,根本不應(yīng)采用既不經(jīng)濟(jì)又極不安全的交流特高壓。在此情況下,國(guó)網(wǎng)公司為了鞏固壟斷,即使明知構(gòu)建特高壓電網(wǎng)違反《穩(wěn)定導(dǎo)則》,將構(gòu)建<交流特高壓國(guó)家級(jí)電網(wǎng)>改為<交流特高壓三華電網(wǎng)>。
十年以來(lái),經(jīng)我們老專(zhuān)家有科學(xué)實(shí)踐理由的大力反對(duì),“十二五”時(shí)間過(guò)半,三華聯(lián)網(wǎng)道路受阻、規(guī)劃未批。2013年7月8日,發(fā)改委能源局召開(kāi)標(biāo)有“特急”字樣的<促進(jìn)電網(wǎng)科學(xué)發(fā)展座談會(huì)>,時(shí)隔八年,再次邀請(qǐng)我們老專(zhuān)家參會(huì),發(fā)改委能源局新領(lǐng)導(dǎo)聽(tīng)取我們老專(zhuān)家的意見(jiàn)。
南方電網(wǎng)由于繼續(xù)認(rèn)真貫徹《穩(wěn)定導(dǎo)則》,在2013年7月能源局召開(kāi)的南網(wǎng)“十二五”規(guī)劃審查會(huì)上匯報(bào)了<南方電網(wǎng)2013-2020年規(guī)劃研究報(bào)告>的結(jié)論:“南方電網(wǎng)未來(lái)西電東送發(fā)展主要采用直流輸電技術(shù)。同時(shí),“十二五”期以后不再對(duì)各省間電網(wǎng)的交流斷面加強(qiáng)。遠(yuǎn)景南方電網(wǎng)將以省區(qū)電網(wǎng)為基礎(chǔ),逐步分解為2~3個(gè)同步網(wǎng)格局”。南網(wǎng)再分2~3個(gè)區(qū)的結(jié)論僅討論了一天就得到專(zhuān)家們一致認(rèn)可,由能源局成文下達(dá)執(zhí)行。
2.中國(guó)電網(wǎng)安全經(jīng)歷世界首位,交流特高壓破壞安全又極度浪費(fèi)
30多年來(lái)我國(guó)除臺(tái)灣外從不發(fā)生重大停電,主要是貫徹了《穩(wěn)定導(dǎo)則》的「分層」「分區(qū)」「分散外接電源」規(guī)定,但“三華”特高壓聯(lián)網(wǎng)完全違反《穩(wěn)定導(dǎo)則》的三分規(guī)定,必然走上美、印度、巴西重大停電的不安全道路。何況交流特高壓比目前世界上所用的超高壓,在技術(shù)原理上更有致命弱點(diǎn),極不安全,又極其浪費(fèi)。
國(guó)網(wǎng)劉振亞領(lǐng)導(dǎo)在2014年4月專(zhuān)訪(fǎng)時(shí),仍宣傳交流特高壓的輸電功率約500萬(wàn)千瓦,是500kV交流輸電的5倍,所以號(hào)稱(chēng)交流特高壓輸電節(jié)約投資又節(jié)省線(xiàn)路走廊。從特高壓示范/起步工程表現(xiàn)它輸送能力還不到500kV線(xiàn)的兩倍,而且它每段線(xiàn)不能長(zhǎng)(約300公里),必需靠500kV網(wǎng)聯(lián)接支持才能多送電,構(gòu)成不安全的電磁環(huán)網(wǎng)。從基本原理上對(duì)同塔雙回的1000kV2回線(xiàn)路和兩個(gè)同塔雙回緊揍型的4回500kV線(xiàn)路的計(jì)算分析,證實(shí)它輸送能力真不到500kV線(xiàn)的兩倍,和500kV線(xiàn)輸電相比,它極不安全,更極其浪費(fèi)。在同等距離和輸電容量的經(jīng)濟(jì)投資比較上,它為交流500kV輸電的2.8倍(600公里),為直流輸電的2.84倍(1000公里)和4.24倍(2000公里),極為浪費(fèi)。作為外接電源輸送、即使國(guó)網(wǎng)現(xiàn)在宣傳的西部煤電鳳電東送,采用直流東送既安全又特別經(jīng)濟(jì),都完全沒(méi)有必要采用交流特高壓,由于交流特高壓在基本原理上存在致命弱點(diǎn),又極其浪費(fèi),根本沒(méi)有實(shí)用價(jià)值。
3.〈三華交流特高壓聯(lián)網(wǎng)〉為遠(yuǎn)輸電不得不違反《穩(wěn)定導(dǎo)則》構(gòu)成無(wú)數(shù)
1000/500kV<電磁環(huán)網(wǎng)>,更不安全
到底一回交流特高壓線(xiàn)路輸送能力能否達(dá)到500萬(wàn)千瓦?如僅為單回線(xiàn)按導(dǎo)則規(guī)定經(jīng)歷單相瞬時(shí)故障時(shí),近距離300公里是勉強(qiáng)達(dá)到。三華聯(lián)網(wǎng)規(guī)劃卻全部是同塔雙回線(xiàn),按規(guī)定要保持一回線(xiàn)故障跳閘后的穩(wěn)定,則300公里也達(dá)不到了。
三華聯(lián)網(wǎng)更是2000公里以上,每隔300~400公里必須靠500kV網(wǎng)支撐,才能遠(yuǎn)輸電,結(jié)果不得不違反現(xiàn)行《穩(wěn)定導(dǎo)則》的〈分層〉規(guī)定,構(gòu)成無(wú)數(shù)1000/500kV電磁環(huán)網(wǎng),但仍不能多送電,因?yàn)橐坏?000kV線(xiàn)路故障,原輸電力就轉(zhuǎn)移到500kV電網(wǎng),電力稍大就會(huì)造成穩(wěn)定破壞事故。
我國(guó)歷史上最嚴(yán)重的2006年7月1日華中電網(wǎng)失穩(wěn)事故就是兩回500kV線(xiàn)路因保護(hù)誤動(dòng)跳閘,178萬(wàn)千瓦電力通過(guò)500/220kV〈電磁環(huán)網(wǎng)〉轉(zhuǎn)入220kV網(wǎng)造成穩(wěn)定破壞。構(gòu)成電磁環(huán)網(wǎng)是違反《穩(wěn)定導(dǎo)則》,國(guó)網(wǎng)在事故后不得不將華中的環(huán)網(wǎng)解環(huán)。明知電磁環(huán)網(wǎng)違反《穩(wěn)定導(dǎo)則》,為了推行交流特高壓,仍錯(cuò)誤使用數(shù)十處1000/500kV〈電磁環(huán)網(wǎng)〉,不僅極其浪費(fèi),平均一回也只能送300萬(wàn)千瓦,仍然永遠(yuǎn)達(dá)不到國(guó)網(wǎng)公司一貫宣傳的500萬(wàn)千瓦輸送能力,更嚴(yán)重的是埋下了數(shù)十處重大停電災(zāi)害的〈電磁環(huán)網(wǎng)〉隱患。
4.中國(guó)電源嚴(yán)重缺乏調(diào)峰、國(guó)網(wǎng)不負(fù)責(zé)解決、反而以此虛偽宣傳交流特高壓
2014年3月24日中央電視臺(tái)主持<激辯特高壓>會(huì),為給交流特高壓造勢(shì),《對(duì)話(huà)》“激辯特高壓”就發(fā)生一個(gè)不可原諒的導(dǎo)向錯(cuò)誤——唯有發(fā)展交流特高壓,才能解決“棄風(fēng)、棄光”問(wèn)題——將中國(guó)發(fā)展新能源引入企圖。薛禹勝先生提出“要更大規(guī)模地去開(kāi)發(fā)風(fēng)電資源和光伏資源,那就一定要打造一條電的高速公路”。王益民先生指出“新能源發(fā)展這個(gè)空間還遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒(méi)有打開(kāi),解決辦法一是發(fā)展特高壓技術(shù),另一是發(fā)展智能電網(wǎng)技術(shù)。”因?yàn)檗q論無(wú)對(duì)立方參與,王益民先生和薛禹勝先生的關(guān)于“消除棄風(fēng)、棄光,唯有發(fā)展特高壓”的高論,成了《對(duì)話(huà)》節(jié)目向全國(guó)公眾展示特高壓優(yōu)越性的“辯論”成果。遺憾的是,《對(duì)話(huà)》完全脫離中國(guó)電網(wǎng)實(shí)際,不顧風(fēng)電和光伏發(fā)電間歇性的基本特性,將中國(guó)風(fēng)電、光伏發(fā)電等新能源的發(fā)展引入歧途,更解決不了公眾關(guān)心的棄風(fēng)、棄光問(wèn)題。
2014年底我國(guó)風(fēng)電并網(wǎng)容量達(dá)10064萬(wàn)千瓦,居世界首位,占全國(guó)裝機(jī)的7.5%,主要集中在東北、華北和西北,約共占88%。但其年利用小時(shí)居世界末位,說(shuō)明風(fēng)電發(fā)展問(wèn)題嚴(yán)重,2014年全國(guó)風(fēng)電利用小時(shí)僅為1893,尚比2013年的2080降低了67小時(shí);關(guān)鍵是在電源結(jié)構(gòu)上缺調(diào)峰電源配合。
建議政府部門(mén)理解、重視解決二十多年來(lái)積累至今在電力工業(yè)存在的嚴(yán)重<調(diào)峰>問(wèn)題,作為重啟電力改革從長(zhǎng)遠(yuǎn)解決的重要決策之一,不是單純的技術(shù)問(wèn)題,而是在電廠(chǎng)方面改革水/煤/核/氣/風(fēng)/光電的合理布局、貫徹節(jié)能減排決策;在電網(wǎng)方面應(yīng)創(chuàng)造條件,大力發(fā)展應(yīng)有的調(diào)峰能力,保證盡快恢復(fù)電力工業(yè)合理的安全可靠/經(jīng)濟(jì)/合格排污運(yùn)行。國(guó)網(wǎng)王益民先生和薛禹勝先生的關(guān)于“消除棄風(fēng)、棄光,唯有發(fā)展交流特高壓,甚至與治理霧霾扯到一起”,完全是脫離實(shí)際、違反科學(xué)的謬論。
五、交流特高壓輸電技朮毫無(wú)持續(xù)發(fā)展的活力和生命力
國(guó)家能源局原局長(zhǎng)張國(guó)寶為了力挺交流特高壓,發(fā)表過(guò)一篇《交、直流之爭(zhēng)的歷史和現(xiàn)實(shí)趣聞》的文章,講述130年前愛(ài)迪生公司堅(jiān)持直流輸電和西屋公司堅(jiān)持交流輸電的繁雜爭(zhēng)論,結(jié)果愛(ài)迪生以失敗告終。他說(shuō),這一爭(zhēng)論提醒人們,“再偉大的科學(xué)家也不是神,不可能要求他們事事都是權(quán)威、正確??茖W(xué)技術(shù)日新月異,新理論、新技術(shù)、新產(chǎn)品層出不窮。歷史從來(lái)都是長(zhǎng)江后浪推前浪,不能憑老經(jīng)驗(yàn)、老知識(shí)去當(dāng)九斤老太,武斷阻止新技術(shù)的發(fā)展和推廣應(yīng)用。對(duì)新東西要允許試、允許探索,而不是一棍子打死。有些看來(lái)不可能的事情后來(lái)卻成了技術(shù)的主流。”并稱(chēng)“有趣的是這場(chǎng)交直流之爭(zhēng)的歷史公案在130年后又在中國(guó)上演了。”張姓局長(zhǎng)告訴公眾,“有些看來(lái)不可能的事情后來(lái)卻成了技術(shù)的主流。”這技術(shù)主流當(dāng)然是指交流輸電了,更具體的說(shuō)就是現(xiàn)在他力挺的國(guó)家電網(wǎng)公司的交流特高壓輸電了。張姓局長(zhǎng)就是這樣向世人宣布,如今反對(duì)交流特高壓的那幾個(gè)人如同當(dāng)年愛(ài)迪生一樣是“憑老經(jīng)驗(yàn)、老知識(shí),武斷阻止交流特高壓這一新技術(shù)”發(fā)展和推廣應(yīng)用的“九斤老太”。
看來(lái)這位局長(zhǎng)是在堅(jiān)持130年前“交流戰(zhàn)敗直流的真理”,殊不知這樣一來(lái)卻成了一位不折不扣的“九斤老太”局長(zhǎng)。
130年后,隨著新材料及電力電子技術(shù)的不斷發(fā)展,特別是高壓大功率電力電子器件在電網(wǎng)中的廣泛應(yīng)用,直流輸電已成為比交流輸電更靈活高效的主流輸電技術(shù)。這才是“有些看來(lái)不可能的事情后來(lái)卻成了技術(shù)的主流。”
國(guó)內(nèi)外大電網(wǎng)發(fā)展的實(shí)踐已經(jīng)充分證明,超過(guò)600公里以遠(yuǎn)的遠(yuǎn)距離輸電,無(wú)論從輸電容量大小、建設(shè)和運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性、對(duì)全球暖化的潛在影響以及對(duì)大電網(wǎng)的安全性的提高,同交流輸電相比,超高壓和特高壓直流都是遠(yuǎn)距離、大容量輸電的首選方案。
2010年國(guó)際大電網(wǎng)會(huì)議CIGRE肯定了特高壓直流技術(shù)是遠(yuǎn)距離大容量輸電的主流技術(shù):當(dāng)輸電距離超過(guò)600~800公里時(shí),單回不加串補(bǔ)的交流輸電線(xiàn)路的輸送容量不可能超過(guò)其自然功率500萬(wàn)千瓦;而當(dāng)輸電距離超過(guò)1600公里時(shí),即使考慮50%的串聯(lián)補(bǔ)償,特高壓交流輸電線(xiàn)路的輸送容量也不可能超過(guò)其自然功率500萬(wàn)千瓦;因此對(duì)于超過(guò)500萬(wàn)千瓦、1600公里特大容量、超長(zhǎng)距離輸電任務(wù),采用特高壓直流輸電幾乎是唯一的選擇。
2013年12月25日南方電網(wǎng)建成投運(yùn)世界首個(gè)多端柔性直流輸電工程是我國(guó)繼±800千伏特高壓直流輸電工程之后,在國(guó)際直流輸電領(lǐng)域取得的又一重大創(chuàng)新成果,為遠(yuǎn)距離大容量輸電、大規(guī)模間歇性清潔電源接入、多直流饋入、海上或偏遠(yuǎn)地區(qū)孤島系統(tǒng)供電、構(gòu)建直流輸電網(wǎng)絡(luò)等提供安全高效的解決方案,推動(dòng)國(guó)際直流輸電技術(shù)實(shí)現(xiàn)了新突破,對(duì)推動(dòng)我國(guó)電力工業(yè)和裝備制造業(yè)發(fā)展,保障電力安全可靠供應(yīng)具有重要意義。±500千伏、容量數(shù)百萬(wàn)千瓦的柔性直流背靠背聯(lián)網(wǎng)2~3年內(nèi)就會(huì)成為現(xiàn)實(shí)。
國(guó)際最具影響力的科技媒體之一《麻省理工技術(shù)評(píng)論》(MITTechnologyReview)評(píng)選出2013突破性科學(xué)技術(shù)。其中大功率電路斷路器可以讓直流電源網(wǎng)格更加實(shí)用。意味著組建高壓直流超級(jí)電網(wǎng)即將成為現(xiàn)實(shí)。
高溫超導(dǎo)技術(shù)更是現(xiàn)代電網(wǎng)最具發(fā)展?jié)摿Φ男录夹g(shù),而且在未來(lái)的5~10年內(nèi)必將獲得規(guī)模性的廣泛應(yīng)用。美國(guó)電力改革的綱領(lǐng)性文件——《電網(wǎng)2030-電力下一個(gè)100年國(guó)家愿景》(GRID2030)明確提出,以大容量高壓直流輸電線(xiàn)路及高溫超導(dǎo)輸電系統(tǒng)建立跨接美國(guó)東西海岸骨干環(huán)形網(wǎng)及其聯(lián)接支路的宏偉計(jì)劃,從而解決美國(guó)百年來(lái)形成的復(fù)雜交流自由聯(lián)網(wǎng)結(jié)構(gòu)無(wú)法解決的根本問(wèn)題。這是對(duì)現(xiàn)有同步電網(wǎng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行的最具革命性的改造,必將極大地降低現(xiàn)代電網(wǎng)的復(fù)雜性和脆弱性,增強(qiáng)電網(wǎng)運(yùn)行的安全性和可靠性。美國(guó)能源部將超導(dǎo)技術(shù)視為“21世紀(jì)電力工業(yè)唯一的高技術(shù)儲(chǔ)備”。
正是由于大容量的高壓直流輸電技朮、多端柔性直流輸電技術(shù)和極具發(fā)展?jié)摿Φ母邷爻瑢?dǎo)技術(shù)的成熟和逐步推廣應(yīng)用,歐美各國(guó)、日本和前蘇聯(lián),由于其經(jīng)濟(jì)性和輸電新技術(shù)的發(fā)展,20世紀(jì)末各國(guó)都無(wú)限期或放棄了建立交流特高壓輸電系統(tǒng)的計(jì)劃。
六、結(jié)論
國(guó)網(wǎng)公司為了實(shí)現(xiàn)“三華交流特高壓聯(lián)網(wǎng)”,根本不允許從科學(xué)技術(shù)/經(jīng)濟(jì)/環(huán)保等各方面作民主客觀(guān)分析,又以直流特高壓的優(yōu)越/可行性來(lái)掩蓋交流特高壓的固有缺陷,對(duì)長(zhǎng)距離西電東送本應(yīng)用直流最經(jīng)濟(jì)又安全,國(guó)網(wǎng)反而要用交流特高壓,因?yàn)橛辛巳A交流聯(lián)網(wǎng)就實(shí)現(xiàn)了永久性的權(quán)力《壟斷》,完全違背了2002年國(guó)務(wù)院5號(hào)文件〈關(guān)于電力體制改革方案〉的“打破壟斷、引入競(jìng)爭(zhēng)”精神。鑒于這是關(guān)系國(guó)家長(zhǎng)遠(yuǎn)戰(zhàn)略布局,希望政府領(lǐng)導(dǎo)必須高度重視,如果不按國(guó)家規(guī)定必經(jīng)的審批程序,不按科學(xué)發(fā)展觀(guān)經(jīng)由不同觀(guān)點(diǎn)的專(zhuān)家充份論證,民主討論,就批準(zhǔn)交流特高壓線(xiàn)路工程再走一步,不僅對(duì)安全掩下嚴(yán)重穩(wěn)患,而且必將使國(guó)家經(jīng)濟(jì)蒙受重大損失。應(yīng)繼續(xù)堅(jiān)持貫徹30多年來(lái)對(duì)我國(guó)電網(wǎng)安全起重要作用的現(xiàn)行《電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定導(dǎo)則》,慎重決策,避免將來(lái)難以挽回的決策失誤而造成寵大交流特高壓電網(wǎng)瓦解重大停電隱患和上萬(wàn)億元的國(guó)家損失。
責(zé)任編輯: 中國(guó)能源網(wǎng)