搜索
1中国特高压输电技术的前景蒙定中原电力部生产司处長、教授级高工MemberofCIGRE&IEEEdzm0118@163.com2007年6月11日2前言•2006年11月我的两个报告：“继续发挥直流输电的安全经济作用-避免全国交流百万伏联网危机”和“联合国文件”经同学送给国务院温家宝总理•2006年11月15日温家宝总理在报告上批示：此事为多方关注，一定要充份论证。请培炎同志阅后请发改委参考•2006年11月17日培炎同志批示：通过特高压试验工程要进一步研究论证特高压的安全性、经济性、可靠性和对环境的影响等有关问题。请德铭、国宝同志阅研3甚么是特高压？•从历史上美IEEE/国际大电网会议(CIGRE)都是指超过765kV(EHV)-即1000kV及以上是特高压(UltraHighVoltage),都是交流•由於用交流特高压才能把全国联成一个网,国网公司才能继续存在，直接控制全国•仅用直流则继续明确分区，将来电力改革难予预料•由於直流长距离输电比交流安全、经济和环保，国网公司采取的手法是直接上±800kV，也称为特高压，以直流固有的优点掩盖交流特高压固有的缺点4•本报告祗针对交流特高压进行论证•对所谓直流特高压的两个工程祗表示担心-按科学发展规律，直流输电发展应一步一步走，从±500kV一步跳到±800kV，晶闸管由3000A一步跳到4000A，将承担相当大的风险-±800kVHVDC其中一回容量达到640万千瓦，如双极闭锁故障，对系统的冲击如何？如果按南方电网现行交、直流并列运行的话，则影响更大51.从世界电网发展规律分析交流特高压的必要性1.1电力增长一定要交流特高压吗？按我国对应高负荷方案的装机规模和美国比较如下：表1中国、美国装机容量(亿千瓦)目前中、美220kV线路皆为25万公里左右，说明美国充份发挥现有网架和线路的潜力，配合装机10.15亿千瓦电厂的送电装机容量2005201020152020中国5.189.812.1美国10.1511.112.113.36•美国怎样解决电力增长的电网问题呢？•美国能源部根据2003年2月总统指示：“为了保经济、保安全…全国电网必须现代化改造…”；在2003年召开了两次“国家电网预想会议”，研究了美国电网发展的Grid2030年预想计划•主要是建立由东岸到西岸、北到加拿大，南到墨西哥的跨越全国的主要采用超导体技术、电力储存技术和更先进的全国直流输电骨干网架，初步确定都是双回路的直流干线，按实际需要各是300～1000万千瓦的输送容量78•美国2030年电网预想根本不考虑在现有网架上再罩上一个交流特高压网架•目前美国有三个交流同步网、都是复杂自由联网构成，就是它不分区、不分层，电力潮流可以自由的通过电网送电网，构成极不安全又复杂的电网结构。所以造成了多次严重大停电、包括2003年美加大停电•如果实现2030年电网预想、有了跨越全国直流网架，就可以将原有复杂自由电网，分成更多由直流来隔离、控制、事故支援的较小同步网区，从而彻底解决美国百年来的交流复杂自由联网结构无法解决的根本问题9•欧洲是宠大的交流40万伏电网，几个国家能源部研究过俄电西送的可行性报告，认为用直流输电既安全、又经济•他们也从来不考虑将来会罩上一个交流75或100万伏的网架10•HVDC网将风电送往各个国家•作为各个国家间的有效电力交换市场•对各个国家电网起安全稳控的良好作用111.2对比世界历史，建交流特高压线路已走上别人早已失败的老路•前苏联和日本也建设过交流特高压线路，但不是网架，后来也降压运行•美国、加拿大、意大利和巴西研究采用交流特高压,他们研究的主要目的都是为了远距离输电•八十年代发展了有实用价值的第二代(用电脑控制和晶闸管整流)直流输电，例如巴西就不再考虑交流特高压，1984年使用两组±60万伏、315万千瓦的直流输电将水电远送到负荷中心•20多年实践证明直流输电比交流特高压既经济、又安全、又环保；这些国家花了大量人力、财力、时间去研究、确是走上了失败的道路121.3日本的百万伏胎儿能复活吗？•有人宣称“日本2015年前后全压运行”•日本面积不大、本土9个分区电网为不同企业所有、频率有的50Hz、有的60Hz•已有的直流联网既可以避免和解决交流网很多固有问题，又保持分区、又不受不同频率影响，特别适应日本的条件•日本大力发展核电，2005年核电容量占31%,位于负荷中心的核电更迅速增容，根本不需要特高压•过去百万伏胎儿祗生在东京电力-它祗是9个分区电网之一,恐怕是永远胎死腹中了131.4俄罗斯怎样？•2005年9月美国IEEE大会中，俄国科学院发表为节省能源的亚洲联网•联网包括俄、外蒙、中、日、南韩、北朝鲜，距离由470～3500km，全部用±500kV或±600kV直流输电联网•再也不提交流特高压了•说明将来世界发展是直流输电愈广了,特别用於长距离输电,用於交流网间联网，甚至作为网架•有了直流输电，就不需要交流特高压了141.5联合国文件对特高压和联网明确方针•联合国经济社会事务局2005年在纽约发表“国际电力联网多方面要点颁布”文件•提到交流120万伏曾在俄罗斯的西伯利亚长线路使用,并指出：“达到百万伏以上,无论如何，能承受如此高电压的实际难度和设备和绝缘的代价，都过高而难以采用”•联合国文件所指包括两个风险：一个是技术难度风险，另一个是经济代价风险•联合国文件指出长距离输电应采用直流。和交流比较，超出600公里都是直流输电的经济距离，而且直流输电比较安全、可靠15•联合国文件还指出直流输电可以稳控联网解决了交流同步网的固有问题，还指出不同交流电网通过直流联网，可避免同步网本身运行的很多技术问题•文件还引证2003年美加大停电事故，任何一处故障都影响整个同步网，同步网愈大、线路愈长、电压崩溃和稳定问题愈严重，更会连锁反应导至大停电•我国建立交流特高压联网完全违背了联合国文件的方针；而继续发挥直流输电的安全经济作用，包括美国能源部的2030电网预想才符合联合国文件的方针161.6世界电网大停电的规律•从分析四十多年世界上最严重的电网大停电，特别包括1965年纽约大停电、1996年美国西部两次大停电和2003年美加大停电，总结出造成电网大停电的根本问题：•电网结构是保证电网安全的基础，上述大停电都发生在复杂自由联网的交流同步电网结构，和我国相比就是发生在不分受端系统、不分远方电源、不分大区間联络线，不分层、不分区的任意自由联网的交流同步网上。所谓自由联网就是电力潮流可以任意的通过电网送电网17一个自由联网的交流同步网，线路故障必然引起负荷转移、增大无功损耗、又叠加在联系阻抗增大的回路上，造成电压崩溃/失稳振荡。这些问题在分层分区和远方电源分散接入的电网结构就自然得以避免•交流自由复杂的同步网愈大，线路愈长，愈会出现复杂的技术问题，电压崩溃和失稳问题愈严重，一旦发生将立即波及全网，有发生整个同步网大停电的高风险•直流输电不受交流同步网失稳振荡影响，如2003年8月美加大停电事故中，直流输电使纽约长岛很快恢复用电182．从我国电网发展经验分析交流特高压联网的必要性文革后电力部组成工作组不仅分析国内事故和世界大停电事故，还研究了解决的办法：一是抓电网稳定和电网结构。1981年李鹏亲自主持大连全国电网稳定会议，颁发了电力系统安全稳定导则。1984年电力部又颁发了电力系统技术导则。二是抓继电保护。全国实行了“四统一”结果是电网稳定事故大大降低了，即使一旦发生失步振荡，也会很快恢复同步运行，不致发生大面积的大停电事故。1920•20多年来实践证明按分层分区原则发展起来的六大区域电网是安全可靠，从不会发生全国或全大区的大停电•六大区域电网通过适当交换容量的直流联网完全可以发挥全国联网效益、包括错峰、调峰、水火互济、跨流域补偿等•我国各大区电网装机容量大、面积大，20多年实践证明分区结构完全符合科学发展的客规规律，在中国很成功。国网公司用交流特高压联网就完全打破导则规定的分区原则，试图形成垄断的现实来抵制电力的改革，根本不是科学技术的发展需要213.采用交流特高压的目的和理由-全国一张网和能源优化？3.1按2005年6月北戴河会议报告，主张出现百万交流电压主要有下列理由：1)为建立国家级统一电网2)全国能源优化规划电源输送3)短路电流问题4)线路走廊5)提高安全稳定•建立国家级统一电网根本不是非科学技术需要•祗有采用交流特高压才能达到目的•祗能以全国能源优化为理由→煤电远送→交流特高压→全国一张网223.2变输煤为交流特高压输电既不经济、特别不安全、更不环保•我国长期以来对劣质煤、洗中煤在矿区建电厂近处供电，对优质煤则“北煤南运”•国网公司以全国能源优化为理由，提出北煤大量就地转电，其主要目的就是为了推出交流特高压作为远距离南送的理由,交流输电必需有沿途电源支持，这样就自然而然的联成交流特高压国家级电网•国网公司也不实是求是的论证交流特高压远距离输电是否经济、是否安全、是否环保？祗要有交流特高压作全国联网就成233.3特高压输电规模和线损•国网公司规划2020年以交流特高压从坑口煤电基地送出共8000万千瓦，输电距离约1000～2000公里，投资共2425亿元•交流百万伏线路选用8x400导线。经估算输送400万千瓦，平均1500公里，线损为712千瓦-8.9%。到达受端祗剩7288万千瓦•在比较运煤和输电方案，用输电方案要在缺水的北煤基地建可供8000万千瓦电力的空冷机组，而用运煤方案时则在南方建可供电7288千瓦的水冷发电机组即可243.4南北装机的差别•除了装机容量差别，空冷和水冷机组差别-它在投资上，每台机增加2亿元-它的发电煤耗增加5～10克/千瓦时-它的厂用电由常规的6%增加到8.5～9%•仅从电厂建设投资上比较，输电比远煤方案投资大得多？很不经济•此时需要南运多少煤呢？按目前发电煤耗为270g/千瓦时，厂用电为6%，则供电煤耗为287.2g/千瓦时，每年共需标准煤为1.9～1.85亿吨/年，祗运优质煤(5000大卡/公斤及以上)，则每年运煤量不会大於2.59～2.66亿吨253.5铁路运煤•根据国家发改委组织铁道部、交通部、国投、大唐、神华、华能等的“北煤外运系统研究”。要对既有的两大运煤通道(大秦线和朔黄线)扩能改造，新建运煤第三通道•国家开发投资公司提出的第三通道建设,西起银川东至曹妃甸港、全长1319公里的第三通道的总投资为636亿元。据专家估计，若再追加投资即可使煤炭下水能力提高到2.5亿吨/年，合计总投资在900至1000亿元•若采取“北煤外运系统研究”所推荐的从集宁到曹妃甸线路，铁路里程缩短至740公里，则投资更省263.6两方案比较•从经济比较结果分析，“特高压输电”方案不如“北煤南运”方案经济•按国网公司设想用交流特高压输送北方煤电，任一处故障都会波及全国,造成大停电•执行“北煤南运”方针，在各区受端系统特别在海边建立高效和低厂用电的水冷机组，更重要的是在安全上这些机组从电压和稳定上直接支持各受端系统，同时大大降低远距离受电对全区电力的比例。继续坚持分区原则，内部结构愈为牢靠，所有交流同步网的复杂问题都自然的迎刃而解了，结果将继续保持20多年来的安全成果273.7环保影响•为“北煤南运”方案而增设的铁路长度为1320公里、走廊平均宽度为21公尺，将长途穿越我国北方的草原、沙漠和戈壁，80%以上是人烟稀少地区•“特高压输电”要增设的线路多达23回以上,,每回走廊宽度100公尺，则为2300公尺，相当铁路走廊宽度的100倍多，即使部分用同塔双回方法也为50倍以上。而且80%以上将穿越华北、华中和华东的众多城镇、人口密集地区，又多次跨越大江大河，所以对社会环境将造成恶劣的影响28•交流特高压线路在大部为人口密集地区对环境的污染包括影响人体健康的工频电场、工频磁场、无线电干扰、噪音和破坏自然风景等。铁路祗是在人烟稀少地区产生噪音影响，但必须在机车路过时才存在•国网公司称建特高压电网可减轻中、东部煤电建设的环保压力。其实燃煤电厂污染是可以治理的，不管在坑口还是在沿海，二氧化碳排