特高压具有什么的综合优势
特高压具有输电的综合优势。
特高压输电的优势主要表现在以下几个方面:
(1)可以满足大规模、远距离、高效率电力输送 要求。我国能源资源的总体分布规律是西多东少、北 多南少,能源资源与负荷中心分布不均衡的特征明显, 大型能源基地与东中部负荷中心的距离可达1000~ 3000km,超出传统超高压输电线路的经济输送距离,
因此,要保障大型能源基地的集约开发和电力可靠送 出,需要大力发展具有输送容量大、距离远、效率高等特点的特高压输电技术。
(2)有利于保护生态环境。发电和其他行业使用 的大量煤炭燃烧,是二氧化碳、氮氧化物和烟尘等大 气污染的重要来源,直接或间接造成了雾霾天气。 采用特高压输电,可以促进以电代煤和煤电布局优 化,在经济发达但环境容量低的地区实现“电从远方 来、来的是清洁电”,加大西部、北部煤炭产区燃煤 电厂建设和电力外送力度,将煤炭资源更高比例地转化成电力,
并远距离输送到东中部地区,缓解其环境 压力,在全国范围内优化配置环境资源。同时,可以 推动国家清洁能源开发目标实现和清洁能源的高效利 用,促进水电、风电等清洁能源的跨区外送,降低弃 风、弃水比例,减少化石能源消费及污染物排放,具 有显著的环境效益。
(3)有利于提高电网运行的安全性。采用“强交 强直”的特高压交直流混合电网输电,可以大大降低 直流系统故障情况下 500kV 电网潮流转移能力不足、 无功电压支撑弱等问题,降低电网大面积停电的风 险,并可为下一级电网逐步分层分区运行创造条件, 解决短路电流超限等限制电网发展的问题,提高电网 运行的灵活性和可靠性。
(4)有利于提高能源输送保障能力。我国的能源 供应在今后的较长时期内都会保持以煤为主的格局, 近年来,煤炭供应越来越依托晋陕蒙宁新等西部和北 部地区的生产和供应,在“远距离、大规模、多环节” 地将煤炭搬运中东部地区过程中反复出现煤电运紧张状 况,大大影响东中部地区的电力稳定供应。
采用特高压 输电,可以有效改善目前的煤电运紧张状况,提高能源 转换、输送和利用效率,实现“输煤输电并举”的优势 互补,协调发展,提高我国的能源输送保障能力。
(5)有利于提高社会综合效益。相对于高压、超 高压输电,采用特高压输电能够大量节省输电走廊, 显著提高单位走廊宽度的输送容量和线路走廊的输电 效率,节约宝贵的土地资源,提高土地资源的整体利 用效率。
我国已完全实现特高压关键装备国产化
自从1960年以来,俄罗斯、日本、美国、意大利、加拿大等都已开始研究特高压输电技术所涉及的过压、可听噪声、无线电干扰和生态效应等其它领域的技术,且在世界各地建成了大量特高压实验工程,但到目前为止,受制于经济、政策、地理等因素影响,国外未实现大规模商业化使用。此外,部分国家在运营过程中由于运营效益问题最终导致降压运营或停止运营。
自20世纪80年代开始,中国开始进行特高压技术的研究与探索,2009年建成全球第一条1000千伏特高压输电工程,至2021年底,中国已累计建成28条特高压线路,特高压关键装备已实现100%国产化。
特高压设备市场投资规模达300亿元
特高压市场空间达千亿规模。2016-2018年,我国每年特高压工程建设完成投资600~1000亿元。特高压纳入“新基建”还将进一步带动投资规模。根据国家电网计划,2020年初步安排电网投资4000亿元以上,特高压项目投资可分为设备、铁塔、线缆和基建等投资。
具体来看,2018年,我国先后核准并开工5条特高压重点工程,投资建设规模达658亿元2019年,先后核准并开工2条特高压重点工程,投资建设规模达553亿元2020年,核准并开工“五交两直”共7条特高压重点工程,投资建设规模达919亿元。经初步统计,2021年,中国特高压投资建设规模约为851亿元。
在特高压项目投资中,设备投资约占25~35%,铁塔与线缆投资和特高压线路长度相关,约占30%,基建及其他投资占35%。在直流设备中,换流变压器、换流阀和GIS(气体绝缘金属封闭开关)投资额较大在交流设备中,1000kV GIS、变压器和电抗器投资额较大。
以特高压设备占投资额最规模比重35%测算,2020年特高压设备市场规模为322亿元。经初步统计,2021年特高压设备市场规模约为298亿元。
竞争格局:特变电工占据中国变压器主要市场
——交流特高压设备市场
以中标金额计算,2020年我国交流特高压设备市场中交流变压器主要竞争企业分别为中国西电(30%)、特变电工(35%)和保变电气(30%)GIS主要竞争企业分别为平高电气(45%)、中国西电(30%)和新东北电气(20%)。
注:截止2022年5月26日,未有权威机构统计2021年市占率数据,故以2020年数据分析,下同,不再赘述。
——直流特高压设备市场
以中标金额计算,2020年我国直流特高压设备市场中交流变压器主要竞争企业分别为国电南瑞(50%)、许继电气(30%)和中国西电(15%)换流变压器主要竞争企业分别为特变电工(30%)、中国西电(20%)、保变电气(20%)和山东电力设备(20%)。
—— 以上数据参考前瞻产业研究院《中国特高压设备行业市场前瞻与投资战略规划分析报告》
我在的一个微信群里,都是讨论炒股的。虽然我没买过任何股票,但群里的讨论我经常看。时间久了就发现,他们买什么、卖什么基本都是看国家政策。最近一年来,他们关注最多的方向就是新基建,包括5G、城际高速铁路、大数据中心、人工智能这些大家耳熟能详的词。
但还有一个,我觉得应该是电力领域的专业词,也经常被大家提起,那就是“特高压”。它竟然也是新基建的一个领域。
新基建,那可是咱们国家未来发展的战略方向。5G、人工智能的重要性我们都了解,为什么特高压这个看起来很专业的输电技术,也会成为新基建的一个领域呢?我特意查了查资料,今天跟你分享一下。
高压输电的优势
特高压,其实就是字面意思——特别高的电压。电厂把电制造出来以后,需要先提升到很高的电压,比如220kV、500kV,然后再往外传送。500kV听着很高,但依然不是特高压,还得再高才行。如果是交流特高压,得达到1000kV;直流特高压,是±800kV。
2010年,我国第一条特高压线路——山西长治到湖北荆门——正式运行。此后,一个个特高压项目在新疆、内蒙、四川一带相继开工、运行。
高压输电的好处其实很简单,就是减少损耗。
理想情况下,一个工厂需要100度电,发电站发出100度电就够了。但实际上,在传输过程中会有损失,可能需要发电站发110度电,工厂才能收到100度,10度就白白损耗掉了。损耗分两类:一类是发热。你一摸,手被烫出泡了,这叫“电阻类损耗”。还有一类是电晕产生的损耗。有时候我们晚上能看到输电线上飘着蓝紫色的火光,那就是电晕。
提高了传输电压以后,电阻类损耗大幅下降,电晕类损耗小幅上升。一个大幅下降,一个小幅上升,加合的效果如何呢?损耗还是大幅下降的。因为电阻类损耗占大头,电晕损耗只占总损耗的1/10不到。如果工厂需要100度电,升压之后再传输,发电站可能只用发105度就够了。这就节约了能源。
至于为什么提高电压,电阻上的发热会大幅下降,我就不多说了。理论上,电压提高一倍,电阻产生的损耗会下降75%。
不过,提高电压也有一个经济上的平衡点。为了减少损耗,我们当然可以把电压往高了提,但与此同时,那些元器件你也得买特别耐高压的才行,架设电线时还要建150多吨重、70多米高的铁塔,绝缘也得做的特别到位。这些都非常花钱。所以,到底选择多高的电压,就存在一个成本的问题。迄今为止,世界上很少出现550kV的电压还不够,还要大幅提升的情况。中国在2018年之前也是如此。
但是,特高压直流电现在竟然出现了。而且还成了咱们国家新基建的七个领域之一。这究竟是为什么呢?其实,决定特高压出现的条件主要有四个——
1 中国东西部能源分布非常不平衡
2 PM2.5空气污染
3 新能源汽车与5G的发展
4 投资、消费和出口
中国东西部能源分布不平衡
咱们国家的能源供给和能源消耗,在地理上极不对称。
东部沿海5.2%的国土面积贡献了全国GDP的40%,但这里可开发能源只占全国的0.4%。中国绝大部分风能在内蒙,绝大部分水电资源在西南,绝大部分太阳能在西北。像四川省,水力发电余量非常大;而典型的制造业大省广东,能源又特别紧缺。
“西电东送”不但能解决这个问题,还能增加西部省份的收入和就业,所以是一个很好的战略。但因为输电距离很长,沿途的损耗很大,所以使用550kV的电就不理想了。而直流的特高压,能很好地降低长距离传输带来的能量损耗,所以就是很好的解决方案。
能源分布不平衡,一直是推动特高压在中国出现的最大因素,直到今天依然如此。
PM2.5空气污染
不过,特高压在中国的发展也不是一帆风顺的,阻力也有。最主要的阻力,就来自于建成以后接收电能的地方政府。比如四川德阳到陕西宝鸡这条线,四川的水电通过特高压输出来,但宝鸡并不愿意接收。因为陕西的煤炭资源丰富,完全可以自己省内建立热电厂,自己的GDP、税收和就业机会都能留在自己家里。
原本来自地方的阻力是很顽固的,但后来却有所松动。
因为从2013年开始,铺天盖地的雾霾来了,北方地区每个冬天都PM2.5爆表。2013年9月,《大气污染防治行动计划》颁布,其中重要的措施就是调整能源结构,控制煤炭消耗总量,全国各地的中小型火力发电站都纷纷关停了。
这对特高压项目是一个好消息。
关闭中小发电站带来的电力空缺,总要想办法补上,而且为了缓解东部城市的雾霾,还只能选择清洁能源。于是,很多特高压项目就在内蒙、新疆开工,把那里的太阳能、风能引入东部。从2014年开始,所有和特高压相关的股票都涨势喜人。
新能源汽车与5G的发展
特高压的另外两波推力是新能源电动汽车和5G的普及,因为这两项都特别耗电。
新能源汽车的补贴是从2010年开始实施的,但快速增长是2014年以后的事情。2014年,新能源汽车的销量只占汽车总销量的3‰;但到了2019年,这个比例已经迅速达到了4.7%。
电动汽车充电需要的功率比家用电器大得多,家用的慢充桩通常要8千瓦,公共充电桩的快充要60-120千瓦,而一户住宅的电表通常最大功率也只有十几千瓦。据统计,今后几年,国内要实现车和充电桩1:1的比例。现在中国有新能源汽车400万辆,假如平均每个充电桩40千瓦,其中1/15的车处于充电状态,算下来总共需要大约一千万千瓦的功率。
我们再来算算5G的耗电。可能很多人想不到,5G基站也是耗电大户。一个基站在高负荷下需要4000瓦的供电,而5G基站的数量还会是4G的两倍,总数保守估计是500-700万个,甚至可能超过1000万个。这也是凭空多出来的电力需求,需要的电大约是4000万-6000万千瓦。
仅这两个因素加起来,就增加了5000-7000多万千瓦的用电负荷。这个负担有多大呢?北京市电网的最大负荷也才2000万千瓦。
而特高压以风能和太阳能这些清洁能源为主,并不是把重污染的火力发电站挪到西部,再把电传输过来。这样一来,特高压快速发展的助力又多了一个,不但满足“西电东送”,也有利于缓解雾霾,还契合了新基建里另外两项——5G和新能源充电桩。
投资、消费和出口
当然,推动特高压的因素还不止这些。把特高压确定为新基建的领域,最近的一个推力是经济形势。
我们知道,2018年以来,全球经济形势都不太理想,咱们国家的经济也受到不小的影响。怎么办呢?
国家调控和刺激经济的手段之一,就是大规模的基础建设。能源,尤其是可持续的清洁能源,是所有发展的基础。于是,特高压就这样从一个电力系统的专业名词变成了新基建的大方向。
当前阻力与未来展望
现在,特高压发展的阻力还有没有呢?
其实还有,就是反对交流特高压。
交流特高压和直流特高压各有特点,至少要有电力电子的专业知识才可以全部理解,比如什么是功角稳定、短路容量、地电流、谐波和低次谐波、换相失败等。这些你都不用管,你只需要记住一点——反对者并没有足够的科学支撑,或许更多还是各地出于保护经济利益的考虑。
为什么这么说呢?
我们可以看看反对者是怎么说的。比如,一份非常有分量的反对意见就认为,“西电东送”是西部大开发的标志性工程,应该坚持。但是,根据交流特高压的工程特点,它一般不作为输电工程使用,已经建成的特高压交流工程利用率低、作用有限。
请注意,这里是反对交流特高压,而不是国家大力推进的直流特高压。在我看来,这或许仍然是地方阻力的一种体现,因为交流特高压一般用于一个省份内部。各地还是不希望把电网相关的发展空间和当前的利益让出来,以至于2018年9月规划在之后一年开工的6条线路,至今有5条都没有得到当地核准。
我们怎么理解特高压这件事呢?
其实有点类似于自上而下集中统筹式管理。这类管理方式如果用在企业和人身上,效果肯定不好。因为人与人、公司与公司组成的是一个复杂系统,某个个体的行动产生的影响会反复叠加在周围人甚至是自己身上。只要积累的时间稍长,这种影响就会让人的预测偏出十万八千里。于是,自上而下对市场进行管理,经常会得到事与愿违的结果。这方面的例子,你可以参考《薛兆丰的经济学课》,里面有很多。
但电网的控制,并不满足复杂系统的特征。它是一个由无数传感器收集数据,由处理器分析情况、做出判断的稳定的线性系统,已有的高自动化、高精度的管理系统,可以很好地应对系统内部的波动。
所以在我看来,地方对自己经济利益的维护在技术改进到一定程度前会一直持续。直到特高压的建设已经很便宜、地方经济利益不足够显著的那一天,电网系统全国统一调度、特高压全国一盘棋的情况才会真正出现。
随着改革开放以来40年中国经济的高速发展,我国的科技力量有了飞速发展,现在我国正在逐步跨入世界高科技领域的第一梯队。要说中国所掌控的核心高科技技术,很多人自然会想到基建、高铁和航空航天。此外,还有一个被忽视但异常重要的领域,我国是世界上首屈一指的科技霸主,那便是在电力输送领域。该领域最顶尖的技术特高压技术已经被我国垄断,研制成功了全套关键设备,建成了世界等电压等级最高、输电能力最强的交直流输电网络。那么特高压输电的技术,为何美国和日本止步不前?
特高压输电技术就是电工领域的5G技术,是电力输送的超快高速公路,具体是指交流1000千伏和直流800千伏以上电压等级的输电技术。该技术相比于以前的较低电压的输电技术,最大的特点是能够实现长途高效输电,尤其对于地貌广阔的国家来说更急需要这种技术来完成电力配送。
正是由于该技术的出现,生活在中国的我们可以切身体会到夏天再也不会出现因用电力紧张,不得不忍受闷热,不情愿地拉掉电闸以减缓工业用电压力的现象。而同样作为人口大国的印度就不一样了,印度每年的产电量高居世界第三,但由于其输电能力较差,导致印度还有1亿多人口长期处于缺电少电的状态。
而我国靠着特高压技术的运用早在5年以前就彻底解决了偏僻地区居民用电缺电少电的问题。相比于常规高压输电技术,特高压输电技术有着以下几点优势:
特高压输电的优势
特高压输电距离远,效能高,损耗小。通过电线输出电力,要想使电功率达到最大,无非是加大电流或电压,但如果加大电流的话会造成电线过热甚或出现大量电力损耗,所以通常情况下,只是采用升级电压的方法来保证远程输电。
自然是电压越高,输电距离就越远,电网覆盖面就越大。特高压输电级别要求电力输送的最低电压交流电在1000千伏以上,而直流电在800千伏以上。特高压技术出现前各国所用的超高压输电路电压只有500千伏。
去除能量损耗,一条1150千伏的特高压线路的效能相当于5~6条550伏的超高压线路或三条750千伏的超高压电路的效能总和。特高压输电能降低电网工程成本,减少传输走廊用地面积。
传统输电线路如果被特高压线路取代,就可以大力减少沿途的铁塔、变电所的修建数量,导线材料也可以得到最大程度的节约。据估算,届时电网造价会下降10%~15%。
而特压输电走廊所占的面积仅相当于同等输电容量的超高压500千伏输电走廊所占面积的1/4,这对于人口稠密、土地价格昂贵、走廊建设困难的国家和地区来说必然是最富性价比的选择,既能保证充分供电,其节省下来的空间资源又能带来了巨大的经济、社会效益。
特高压电技术的研发成功,为调整和优化我国能源结构创造了条件,可以直接将位于中西部的大规模煤电基地发出的电力以高效低耗的方式迅速传到东部集中用电地区,实现跨区域送电、大规模长距离送电。
此外,还能实现联网效应,将位于不同位置的火力、风力、水力发电站发出的电集约统筹、统一输送,极大提高了新能源并网和消纳能力,是加快能源结构调整、防治大气污染、有效提升生态文明水平的重要途径。该技术的突破是世界电力工业发展史上的一个重要里程碑,极大缓解了全人类面临的能源生态危机。
特高压技术能否突破成为制约我国经济发展的瓶颈
我国的经济发展不平衡、人口资源分布不均衡、发电用电地域差距大的国情也决定了只有采用特高压技术才能进一步提升配送电效率,节省资源、保护生态的同时进一步推动经济的发展。
目前我国电量大部分是靠煤炭这一非清洁能源燃烧发出的,百分之七十的煤炭主要分布于我国的中西部地区,尤其集中于山西、陕西、内蒙古、新疆各地。而新型环保能源风力发电主要聚集中在西北地区,百分之八十的水力发电则集中在云南、四川、西藏等西南地区。
而我国应用三分之二的电力需求恰恰是来自东部各省。发电基地距离核心用电地区距离高达数千公里,用电难、用电贵成为了制约我国东部居民用电、工业用电的瓶颈。
特高压电技术发明之前,由于东西距离太远,高压输电线路能力达不到,我国只能是通过铁路、轮船将中西部的煤炭经过数次中转费时、费力、费财地运往东部发电站进行发电。
煤炭运输要三装三卸,还要在中转区配备储存基地,这样发出来的电成本极高、消耗很大。或者直接在煤炭产区建立发电站,然后建立跨越省市的输电网路,中途建立多个发电站进行电力补充,实现电力接力,一直将西部发出的电输送到东部沿海地区。
这种方式省力省钱,但是中途需要建立非常多的电网维修站和电压升级站,输电效率虽比运煤发电更加省力高效,但中间设施的建设、维护耗资也是巨大的。为此,实现特压电技术突破,在我国广袤的国土上建立起横贯东西的特压电输电网络成为了燃眉之急。
特高压技术需要投入数千亿的资金,美国和日本都因为资金问题望而却步,前苏联则因为解体而无疾而终。也有很多国家对此技术嗤之以鼻,强调他们国家超高压输电技术已经够用,没有必要耗费如此财力来升级技术。
但我国政府拥有超前的思维和眼光,不仅看到了特高压技术给本国带来的巨大经济效益,也是从世界公民角度来衡量这一技术是否应该上马,一旦特高压研制成功,我国的能源、生态战略目标都能提前完成,更有利于中国梦的达成,有利于世界和谐共同体的打造。
夯实基础,自主研发
为了在该领域寻求技术突破,国家和各级政府给予了鼎力支持,我国在该技术领域起步比较早的。早在1986年,我国就开始了对特高压的专业研究。国家为此投入了大量资金、人力支持,连续将特高压输电技术列入了"七五"、"八五"和"十五"计划的重点科技攻关项目。
通过数10年的艰苦努力,我国电力科学家在特高压研究领域积累了丰富的经验,技术上也申报了很多专利。紧接着,特高压交流输电技术又被列入了《国家中长期科学和技术发展规划纲要》。
随即我国科学家实现了西北750千伏交流输变电国产化示范工程的顺利投产和三峡工程500千伏直流输电工程的成功实践,使我国输变电技术和设备有了全方位的提升,也为特高压技术的上马准备了条件。
要完成如此庞大规模的技术攻关和工程施工,没有党和国家这一坚强后盾的支持是不可想象的。技术强大的根本是国力的强盛,国家高度重视科技领域的投入和研发。
我国电网输电技术从高压到超高压再到特高压,每一次都面临着巨大的挑战。中国电网技术一直是沿着发达国家的老路走过来,一直是采用引进、消化、吸收、再创新这样的模式,但到了特高压时代,这条路走不通了。
发达国家虽然跨过了特高压这条红线,但是技术发展良莠不齐,也没有先进完善的设备可以购买,中国人拿着钱也不知道到哪去买,只能是靠自己摸着石头过河。在完善工业基础、储备科技人才力量的基础上,进行自主创新、研发成为了特高压技术攻关的必由之路。
我国科学家要打破科技小跟班的习惯思维,现在我国拥有足够强大的人力物力财力去开拓顶级高新科技领域,科学家要做的便是选定主攻领域,打造好技术团队,国家全力提供资金、制度、服务等全方位的保障,这便是社会主义制度优越性的集中体现,这也是唯有我国能做到,其他发达资本主义国家做不到的原因。
国家支持,众志成城
美国率先摸到了特高压技术的门路,但并没有掌握其核心技术。我国派领军科学家前去美国取经,当我国科学家到了参观地后却被禁止带入任何拍照设备,只需远观难以靠近,数据分享更是不可能。他山之石借不到,只能坚定信念依靠自主创新。
我国科学家为了打造特高压核心技术,系统组织了科、学、研三大块的联合攻关,集结了国内顶尖技术水平的电力、机械行业的科研、制造、设计、高校等一百多家单位,参与人数近5万人,共同展开了一百八十多项关键技术的研究和九大类40多项关键设备的研制,先后在电压控制、外绝缘配置、电磁环境控制、成套设备研制等特搞点核心技术上实现了突破,全面掌握了特高压整套技术。
最终在经过了20多年的技术攻坚之后,我国第一条特高压输电线路晋东南——南阳——荆门全线贯通,我国成为了世界上第一个全面掌握该技术和第一个将其投入商业运营的国家。
其中由特变电工沈变制造的1000千伏变压器解决了特高压电传输中最为关键的难题。这个变压器是特高压输电设备的核心部件,成为了特高压技术中最难的一个环节,其研制成功背后凝聚了我国无数该领域尖端科技人才的心血和汗水。
该变压器研制成功后一年,我国第一条特压电输电线路便畅通无阻。该变压器重达400吨,耗资5,000万,经历了无数次试验的失败。特高压电技术的成功证明了我国在该高科技领域巨大的人才优势。
以往中国的高科技人才一直在往美国跑,因为那里有顶尖的设备、技术团队和资金支持,疫情成为了分水岭,我国现在在高新科技领域的设备、技术团队和资金支持一点不弱于美国,这也成为了人才回流的关键所在。
精益求精,走向卓越
目前我国在特高压技术方面处于遥遥领先的位置,我国的特高压标准成为的这个领域的世界通用的行业标准,全球168个国家已经跟我国国家电网签订了该技术领域的战略合作协议,专利使用权全部被我国把控。
自第一条特高压线路贯通后,经过十年的发展,我国现已建成了"十二交十四直"共26条特高压工程线路,覆盖我国七大区域电网。
十三五规划期间,我国的特高压电技术又取得了历史性的突破,建成了从淮东到皖南1150千伏的特高压直流工程线路,输电距离长达3300公里,是目前国际上输电电压等级最高、输电距离最远的特高压输电工程,是我国在特高压科技领域拥有绝对话语权的明证。
特高压电技术的成功是中国人民智慧的胜利,是科学社会主义的胜利。
特高压技术的全面垄断为我国最发达的东部地区生产生活用电提供了保障,也使我国站在了该领域的技术之巅,能够靠该技术赢来世界各国的电力合作,进一步推动社会经济的发展,更为将我国尽快建成能源节约型、生态文明型国家提供了核心动力。
| (1)根据题意可得,消耗煤炭产生的热量: Q=500亿kW?h=500×10 9 ×3.6×0 6 J=1.8×10 18 J, ∵Q=mq, ∴消耗的煤炭: m=
(2)∵P=UI, 当用200千伏的高压输送电能时,电路中的电流: I 1 =
这条输电线损耗的电功率: P 1 =I 1 2 R=(3000A) 2 ×20Ω=1.8×10 8 W=180000kW, 当改用1000千伏的特高压输电时,电路中的电流: I 2 =
这条输电线损耗的电功率: P 2 =I 2 2 R=(600A) 2 ×20Ω=7.2×10 6 W=7200kW, 这条导线上损耗的电功率会减少: △P=P 1 -P 2 =180000kW-7200kW=172800kW. 答:(1)一年至少要消耗6×10 7 t煤炭; (2)用200千伏的高压输送电能的功率为6×10 5 千瓦,这条输电线损耗的电功率是180000kW,改用1000千伏的特高压输电,那么这条导线上损耗的电功率会减少172800kW. |
这段时间,新基建火得一塌糊涂,从新闻到股市,从红头文件再到地方项目,新一轮以 科技 端为主的基础设施建设,成了一次下注国运的机会。
和传统的“铁公基”不同,新基建中的七大领域主要在 科技 领域发力,许多专家和媒体认为,特高压是新基建亮点。
然而,很少有能把它说明白。
什么是特高压?
在我国,电压等级一共分为安全电压、低压、高压、超高压、特高压五种,特高压是指±800千伏及以上的直流电和1000千伏及以上的交流电,是目前全世界最先进的输电技术。
根据国家电网数据, 一回路特高压直流电网可以输送600万千瓦电量,相当于现有500千伏直流电网的5倍左右,同时输送距离也是后者的2到3倍,还要节省60%的土地资源。
我们知道,中国是一个工业大国,电力产销量一直逐年攀升,但是早期的电力供应并不 健康 。
以2003年为例,全国范围内出现了一场罕见的电荒,全国各省市爆发缺电危机,上海、广东、江苏、浙江等用电大省,甚至包括煤炭资源丰富的山西省,均不断出现拉闸限电的尴尬,湖南一些省市更是直接停电一个月。
受电荒带动,水泥、钢铁等原材料价格也大涨,工厂叫苦不迭,蜡烛脱销,整个中国的发展进程都陷入了被动。
电荒原因有二: 1、煤电两大垄断行业多年扯皮,电力设施发展缓慢,相关投资仅占总投资7%,各地发电资源不平衡。2、经济快速发展,耗煤耗电的重工业发展迅猛,电力需求猛增14%。
痛定思变,电力资源作为国家发展的基石,由此被提升到前所未有的高度。
多年来,国家大力推动石油、风力、煤炭、水利等发电,但是不同地区之间差异巨大,76%的煤炭分布在北部和西北部,80%的水能分布在西南部,绝大部分风能、太阳能分布在西北部,而70%以上的用电需求却集中在中东部。
经济发达的地方闹电荒,电力资源丰富的地方又浪费,实在是旱的旱死,涝的涝死。
我们知道,电力不便于储存,而中国的电力产销量又逐年升高,而 电力是新基建的共同上游,不管是5G、大数据中心、工业互联网还是新能源 汽车 充电桩,这些技术的建设和运行都离不开电力网络。
以5G为例,它的基站数量将是4G的4-5倍,每台基站的耗电量是4G基站的3倍以上,也就是说5G耗电量将会是4G时代的12~15倍以上,这对电力的消耗是空前的!
所以,中国要想在新 科技 领域占据一席之地,发展特高压是大势所趋,它是基建中的基建,是未来 科技 产业的底层保障。
同时,特高压作为一个重大领域,具有产业链长、带动力强、经济 社会 效益显著等优势,能为国家经济托底,为未来几年的经济建设注入强劲活力。
特高压在输电和安全方面,相对于其他有碾压性的优势,但凡一个用电大国,都想办法折腾出点名堂。
在国外,上世纪70年代就开始研发特高压,比如意大利、苏联、日本、美国、加拿大、西班牙等国,但是它们要么国土面积狭小,没办法很好商业化,要么是联邦制,各州之间还有垄断集团抵制,所以纷纷被搁置了。
在我国,又是一个什么样的状况呢?
中国从2006年开始,大规模投入到特高压的研发和建设中,如今已经称得上是世界第一,根据“某企业信息查询平台”数据,我国关于特高压的公开专利共有4366件, 从2006年、2010年和2016年都是显著增长期,这也符合中国近些年的宏观调节节点 ,国家层面的战略高度与投入,与行业发展紧密相关。
截至目前,我国共有25条在运特高压线路、7条在建特高压线路以及7条待核准特高压线路。
“十三五”期间,我国包括特高压工程在内的电网工程规划总投资2.38万亿元,带动电源投资3万亿元,年均拉动GDP增长超过0.8%。
2020是“十三五”的收官之年,根据国网基建部最新口径,国家电网公司 全年特高压建设项目投资规模1811亿元,可带动 社会 投资3600亿元,整体规模5411亿元,同比提供两位数字的增长 ,为经济 社会 发展注入强劲动力。
举个例子,2月28日陕北―湖北的±800千伏特高压直流工程开工,其总投资金额185亿元,预计可直接带动设备生产规模约120亿元,带动电源等相关产业投资超过700亿元,增加就业岗位超过40000个。
目前,从项目招标时间节点及过往特高压项目设备交付节奏来看, 2020、2021年也是特高压设备制造商的交付大年,估算2019-2022年特高压主设备的交付金额预计在87亿元、228亿元、283亿元和34亿元。
那么,在这一波浪潮中,有哪些企业受益呢?
在我国,特高压主要还是以国家电网为主导,具体到执行层面,产业链上下游有十几家大型企业,比如平高电气、国电南瑞、许继电气、中国西电、特变电工等传统主设备供应商,也有长高集团、思源电气等也将受益。
从企业公布的2019年第三季度的财报上来看,营业收入最多的是特变电工,三季度营收254亿,第二名国电南瑞同时间段内营收172亿,是特变电工的68%。其中,九洲电气同时间段内的营收最少,共4.09亿。
在11类主要的设备中,电感器和组合电器的数量最多。
从最近一段来看, 整个特高压板块受到资金的热炒,对于2020年的预期十分高,在有限的设备公司里,特高压中标概率比较高。
在整个产业链中,最主要的设备一共有三类:
1)换流阀:国电南瑞、许继电气与中国西电为龙头,中标率为42%/31%/20%,合计达93%;
2)直流控制保护系统:国电南瑞、许继电气为唯二供应商,中标率为53%/47%;
3)GIS:平高电气、中国西电为龙头,中标率为40%+/20+%;
除此之外,以湖南长沙的长高集团为例,该公司是我国研制和生产高压电器的骨干企业,在断路器和隔离开关上是主要的设备商,也是国家电网、南方电网公司集中规模招标合格供应商,输变电设备的营收占到了整个公司的79.3%。
随着世界范围内,新一轮的 科技 驱动力的增长,电力消耗逐年增长将是一个大趋势。
在中国,能源结构已经发生了一些变化,新能源的发展与特高压逐渐紧密结合,3月22日,国家电网宣布退出了房地产,表示要持续深耕电力领域,实际上算是对下一个时代的一种接力。
长远来看,在整个中国的产业升级中,特高压是直观重要的一环, 能否做到“全网供应、稳定安全、价格低廉”,也将成为新基建中的六大领域在国际分工中的核心竞争力。
而基建一直是中国的强项,如印度、东南亚、非洲、拉美等地区,电力设施等基建一直都是痛点, 在世界贸易结构和一带一路的大主题下,特高压也将和“铁公基”一样,成为中国对外出口和贸易的一张名片。
特高压技术是指1000kV及以上电压等级的交流输电工程及相关技术。下面是我整理的,希望你能从中得到感悟!
篇一特高压输电技术分析
摘 要:作为我国正在重点发展的输电工程专案,特高压输电在电力系统中引起了广泛的关注。文章对特高压输电工程发展的必要性进行阐述,在此基础上从无功平衡、过电压抑制以及绝缘配合等技术层面对特高压输电进行探讨,最后对交、直流特高压输电的优缺点进行了分析总结,以期推动我国特高压输电工程技术的发展。
关键词:特高压输电经济评价
中图分类号:TM723 文献标识码:A 文章编号:1006-8937***2015***24-0087-02
电力输电系统有不同的电压等级,直流±800 kV及以上、交流1 000 kV及以上电压等级的输电技术称为特高压输电技术。特高压输电技术的优点主要表现在输送容量大和输电距离长,这对于解决我国能源和负荷分布的极度不均衡问题具有重要意义。众所周知,我国国土面积大,负荷中心分布在华东和华南经济发达地区,而能源则大量集中在西部欠发达地区,发展特高压输电技术,可以最大效率地实现大范围、大容量的能量转移,是我国输电系统发展的必然趋势。
1 特高压输电技术发展的必要性
结合我国电力系统现状以及经济、社会发展的趋势,下文从电能需求量增加、电力负荷和资源分布不均衡、综合联网效益以及减轻对输电线路周边的环境污染几方面对特高压输电技术发展的必要性进行分析阐述。
1.1 电力能源需求量的增加
伴随着我国经济的快速发展,电力能源的消耗也在逐年攀升,并且将在很长一段时间内保持稳步增长的趋势。根据2015年初中国电力企业联合会释出的《2014年电力工业执行简况》,2014年,全国用电量55 233亿kWh,同比增长3.8%全口径发电量55 459 亿kWh,同比增长3.6%。截至2014年底,全国发电装机容量13.60 亿kW,比上年增长8.7%,其中,水电30 183 万kW***含抽水蓄能2 183 万kW***,占全部装机容量的22.2%火电91 569 万kW***含煤电82 524 万kW、气电5 567 万kW***,占全部装机容量的67.4%,比上年降低1.7%核电1 988 万/kW,并网风电9 581 万kW,并网太阳能发电2 652 万kW。
可见,在我国经济蓬勃发展以及全面建设小康社会的带动下,我国对于电力能源的需求量逐年增加,这就对电力系统的电能输送能力提出了更高的要求。
1.2 电力负荷和资源分布不均衡
在我国经济快速增长和工业生产的大力推动下,使用者对于电能的需求量稳步快速增长,然而资源和电力使用者的地域分布差异大大制约了电能的高效开发和传输。从全国资源分布情况来看,煤炭等传统资源以及太阳能、风能等新能源大量分布在我们中西部地区,距离用电负荷中心东南沿海地区很远,这就需要电力系统充分整合资源,实现电能的高效率、大容量和远距离传输。
1.3 综合联网效益
特高压输电具有优良的经济性,并且能够节约线路走廊空间,具有很好的综合联网效益。
首先,特高压输电可以降低电力传输的执行费用。这是因为在同等条件下,高电压等级的输电线路的输送容量大于低电压等级的,例如和500 kV输电线路相比,1 000 kV特高压输电线路的输送功率可以达到其5倍,但是其投资成本远不足前者的5倍,这就意味着特高压输电线路的单位输送电能投资较低。另外,高电压等级对于降低线路损耗具有重要作用,因此采用特高压输电技术具有很好的经济性。
其次,特高压输电能够有效降低线路走廊宽度。由于线路走廊宽度通常是按照地面电场强度来设定,而输电线路的自然输送功率和线路的波阻抗成反比例关系,与输送电压的平方成正比例关系。用线路的自然输送功率作参照,一回1 000 kV特高压输电线路相当于五回500 kV线路。按照我国环保标准规定的线路走廊宽度,一回1 000 kV特电压输电线路的走廊宽度仅为五回500 kV线路走廊宽度的40%。
最后,通过特高压输电线路将大范围内的电网联络起来,将会产生巨大的经济效益,具体表现在:互联于特高压线路的各个电网能够更加灵活地调整电力输出,实现错峰填谷。另外,参与联网的各电网由于共享了备用容量,将大大降低输电成本。通过各电网间的相互支援执行,使用者供电可靠性也将大大提高。
1.4 减轻对环境的污染
众所周知,火力发电对环境具有一定程度的污染,特别是对于人口稠密的用电负荷中心,发电厂产生的污染不可忽视。当采用特高压输电技术后,负荷中心将获得清洁的电能供应,不再需要在当地设定发电厂,甚至同时减小了煤炭等一次能源运输过程中产生的汽车尾气污染。因此,特高压输电能够有效减轻电力生产过程对环境的污染程度。
2 特高压输电的若干关键技术
为了确保特高压输电工程能够达到预期的大容量、远距离输送电能的作用,诸如过电压抑制、无功平衡、绝缘配合以及外绝缘设计等关键技术问题值得深入探究。
2.1 过电压抑制措施
当电气装置进行开关操作或出现内部短路故障时,往往会造成短时间或持续一定时间的高压,称为过电压现象。另外,当装置处于雷击环境中,也有可能出现过电压,对装置的正常执行极其不利。特高压输电工程由于自身电压等级较高,对绝缘要求很高,如果线路上产生过电压往往对线路绝缘产生致命伤害。因此,在进行特高压输电改造过程中,需要对各种型别的过电压进行研究并采取相对的抑制措施,以确保降低绝缘投入和线路的安全稳定执行。
2.2 无功功率平衡技术
根据前文内容的分析,可知特高压输电的输送容量很大,相应地其无功功能部分就变得非常大,对无功功率进行平衡也是一个非常重要的环节。采用传统的限制线路容升效应的措施,例如线上路上注入固定值的电抗,可以改善空载线路的容升效应,但是会一定程度降低特高压输电线路的功能输送极限。因此,需要有针对性的研究特高压线路无功功率平衡的各种措施,保证线路电压稳定。 2.3 绝缘配合以及外绝缘设计
对输电线路的导体部分和非导电部分进行有效绝缘是保证电能安全传输的必要条件。特高压输电系统线路电压等级高,绝缘投资在整个输电线路投资中占据较大的份额,科学地选择各种电气装置的绝缘水平就显得非常重要。针对这种情况,需要重点研究特高压输电线路上可能出现的各种过电压,并进行相应的绝缘设计。
另外,特高压输电线路的外绝缘设计也是需要重要研究的物件,考虑防雷、防污秽以及带电作业等各种复杂情况下的外绝缘是重点研究物件。
3 特高压输电的优缺点综合分析
3.1 特高压输电的优点
在对特高压输电关键技术阐述的基础上,下文将以特高压交流输电为物件对特高压输电进行评价分析。特高压输电的优点主要表现在以下几个方面。
3.1.1 电能输送距离远,输送容量大
特高压输电由于输送电压等级高,因此具有输送功率大以及输送距离长的优势,这对于应对日益增长的电能需求具有重要意义,并且可以达到紧凑型输电的效果。
3.1.2 电能输送成本低,经济性好
采用特高压线路进行电能的输送,单位容量的输送成本较低,这将使电网企业和使用者都受益。
3.1.3 线路占地面积小,走廊宽度变窄
采用特高压输电线路输电,虽然绝缘距离需要增大,但是同时其输送功率大大提高,从单位输送容量所需的线路走廊宽度来看,采用特高压输电对于节省占地面积是有利的。
3.1.4 输电过程中的功率损耗较小
特高压输电系统电压等级高,对于降低系统电流和功率损耗都是非常有利的。我国电能消耗量很大,减少电能输送过程中的功率损耗会带来非常大的经济效益,这对于提高能源利用率、建设绿色环保城市都具有积极作用。
3.2 特高压输电的缺点
但是,特高压输电在带来上述几方面优点的同时也不可避免地产生了如下缺点:
首先,特高压输电对系统的稳定性造成较大影响。
另外,系统的可靠性问题也更突出。这是由于特高压线路长,故障发生率高,很容易造成连锁事故给系统的安全稳定性造成不利影响。
特别是在特高压输电线路建设初期,由于主网架尚未建成,线路的负载能力差,这给系统可靠性带来了较大的隐患。最后仍需注意的是,特高压输电对环境的干扰也更大。
4 结 语
在我国经济繁荣发展的环境下,特高压输电工程的建设也越来越势在必行。结合我国用电负荷和能源的分布情况,我国的特高压输电以及大范围电网互联工程将持续建设。本文从发展特高压输电的必要性分析入手,对特高压输电过程中需要解决的几个关键问题进行分析,并在此基础上对其优缺点进行了总结评价,可见特高压输电技术将在我们电力系统中有广阔的应用前景。发展特高压输电、加强电网的互联,对建设资源节约型社会将起到重要作用。
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(2) 500kV电网不能满足持续发展的电力输送、效率和安全的要求
(3) 西电东送、南北互供、全国联网和超大容量、超远距离输电的需要
(4) 大规模火电厂、大型水电基地的建设
(5) 土地和环保压力
(6) 煤炭的运输“瓶颈”的限制
最初是说500V以下为低压,以上为高压;后来随工业发展变为1000V为高低压界限(现在的普遍概念);但是现在在有些行业(如煤炭行业)随着大功率高压用电器的普及,认为1140V(甚至3300V)是低压电。以上是高低压电的界限概念。
关于高压电,最初为了远距离输电,根据距离远近选用6K(现在不常用,个别行业如煤矿常见)、10K、35K、110K、220K、330K等的电压,当时认为220K、330K已经是很高的电压了。这是高压电的概念。
后来,随着时代的变迁、工业的发展、电网的扩大、长距离大功率输电的要求,有了500K、750K的电压,为区别以前的叫法,表示建设者的伟大,把这些电压称为超高压。
再后来,又有了1000K等的电压,为了区别,又叫成了特高压。
所谓的高压、超高压、特高压并无本质区别(只是随着电压增高,绝缘要求、安全要求不同),只是人们的叫法不同而已,其分界线也无明确规定,只是约定俗成而已。
参见:电压等级http://baike.baidu.com/view/605393.htm
http://zhidao.baidu.com/question/249828770.html?fr=qrl&index=1