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电力是经济社会发展的必备要素。众所周知,我国西部地区能源资源丰富,但消纳能力不足;而东部地区用电需求旺盛,却面临能源供给不足的问题。这样的基本国情就要求中国电力工业的发展必须进行能源的优化配置。21世纪初,我国西电东送工程全面启动,为了将大规模大容量的西部清洁电跨越超远距离送到东部,特高压直流输电技术是必然选择。
特高压直流是指±800千伏及以上的电压等级,与±500千伏超高压输电方式相比,特高压直流输电技术具有许多优势。一是输电能力大幅提升,1条±800千伏输电线路的输电能力相对于±500千伏的线路成倍增加,就好比又宽又直的高速公路与普通公路相比会是效率更高的选择。二是输电损耗低,±800千伏的特高压直流输电线路损耗只有±500千伏线路的40%。三是统筹利用环境容量,降低生态环境压力,在特高压输电技术的加持下,西部丰富的水电可以在当地完成发电后,经过特高压输电网直接送往东部,在全国范围内优化环境资源配置。四是节约宝贵的土地资源,由于特高压技术大幅提高了架空线路的利用效率,因此能够节省大量土地资源。
然而,提升电压等级并不是一件容易的事。在决定建设±800千伏特高压直流输电工程时,我们刚刚建成国内第一个自主设计的±500千伏高压直流输电项目,许多技术都还不成熟。而在国际上,相关技术领域也还是一片空白,甚至有外方专家认为我们不可能建成这样的工程。但我们并没有犹豫,因为我们心里都清楚,国家需要我们去做这件事。
随着研究深入,我和团队渐渐发现未知领域的问题接踵而至,特大电流下的绝缘特性、电磁环境、设备研制、试验技术等一系列世界级技术难题横亘在我们面前。整个团队面临巨大的压力,因为电力系统是世界上复杂的人造动态系统,而出现一点差错都可能会让国家蒙受巨大损失。在工程进行现场调试之前,团队已经开展了多次“模拟运行演练”,每一种设想都经历了无数次的考量、试验。团队成员们常常通宵做实验,轮班倒连续工作,累了就在桌上趴一会。当我们将电压成功升到800千伏的那一刻,所有人都忍不住鼓掌欢呼。
几年后,我们建成了世界上第一个±800千伏特高压直流输电工程——云广特高压直流工程。依托该工程,我们首次掌握了特高压直流工程系统研究和集成核心技术,形成特高压直流工程自主化整体解决方案,构建了国际领先的特高压直流试验技术体系和试验研究平台,成功推动了世界直流输电从高压到特高压的跨越式发展,有力支撑了我国西电东送和西部大开发战略的实施。
特高压技术的诞生,意味中国电力技术在国际上真正实现了从“跟跑”到“领跑”的飞跃,“中国标准”成为了“国际标准”,“中国创造”成为了“国际参考书”。
而实现从±500kV到±800kV的进步,也给了我们更多一往无前的勇气。2020年,我们开创地将柔性直流与特高压相结合,建成了世界首个特高压柔性直流输电工程——昆柳龙直流工程。从2016年开始,我带领项目团队承担国家重点研发任务开展重大科技示范工程攻关,历时五年,我们结合工程的成套设计,从系统分析、参数选择再到设备规范、控制策略的论证提出,给出了一套完整的技术方案,实现了新型直流输电方式从0到1的原始创新。在这项工程中,我们首次将柔性直流提高到±800kV/5GW特高压等级,首创了一种混合直流输电系统,引领柔性直流技术进入特高压时代。
未来中国特高压技术的发展,还在于服务构建以新能源为主体的新型电力系统。如今,新型电力系统建设方兴未艾,新能源迅猛发展,交直流复杂大电网叠加高比例清洁能源接入的特性也将在这一进程中愈发突出。在新的历史机遇下实现更多创新突破,需要一大批的科技人才百折不挠、十年磨一剑,需要一代代人以“国之大者”为引领,真正把国之所需、企之所能、己之所长结合起来,用创新实践诠释自己的人生价值。
(作者:中国工程院院士,南方电网公司首席科学家 饶宏)
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