穿越從四川宜賓到上海的1900公里距離，世界最長、最大的直流輸電工程投入運行。 7月8日，世界首個電壓等級最高、輸送容量最大、送電距離最長、技術水平最高的直流輸電工程——向家壩—上海±800千伏特高壓直流輸電示范工程正式投入運行。這是繼去年初特高壓交流試驗示范工程成功投產(chǎn)之后，我國能源領域取得的又一世界頂級創(chuàng)新成果。它是一個時代的標志，既標志著我國在全面攻克特高壓交、直流兩大前沿領域世界性難題的基礎上，搶占了世界電力技術制高點；同時又宣示著一個時代的來臨。
解開煤電運魔咒：從就地平衡轉(zhuǎn)向統(tǒng)籌平衡
通過加大輸電比重，變過度輸煤為輸煤輸電并舉，從西部、北部能源基地向東中部負荷中心遠距離、大規(guī)模輸電，才是治本之策。
“以煤為主的能源格局在較長時間內(nèi)不會發(fā)生根本變化”，對我國能源結構的這一基本判斷，幾乎成為業(yè)內(nèi)外人耳熟能詳?shù)囊痪淇陬^禪。
就像每年都要考驗我們一回的鐵路春運一樣，電煤的大范圍調(diào)運數(shù)十年來一直都是我們原本捉襟見肘的鐵路、公路運力的一道解不開的魔咒。鐵路運輸長期忙于煤炭大搬家，其背后的深層原因在于，長期煤電為主形成電力發(fā)展注重就地平衡、分區(qū)平衡之勢——70%的燃煤電廠分布在東中部負荷中心（不含山西），而這些地區(qū)探明的煤炭儲量僅占12.6%（不含山西）。據(jù)統(tǒng)計，2009年，全國煤炭產(chǎn)量的近60%通過鐵路外運；運煤占用鐵路運力資源比重不斷上升，到2009年達到51.2%，比2000年提高了12.6%�！叭鳌保ㄉ轿�、陜西、蒙西）輸煤對輸電比例按電煤外調(diào)口徑計算為15∶1，通過輸電方式配置的煤炭資源不足7%。華中四�。ㄏ�、鄂、豫、贛）和華東地區(qū)按電煤輸入口徑計算的輸煤對輸電比例分別為13∶1和48∶1。由于運輸中間環(huán)節(jié)多、調(diào)控難度大，煤炭輸入?yún)^(qū)的電煤供應極為脆弱，一旦遭遇惡劣天氣等突發(fā)因素，極易造成供需失衡、煤炭價格失控。
隨著土地、資源、環(huán)保、運力等制約因素的增多和影響程度的增大，當前，局部地區(qū)自求平衡的電力發(fā)展方式已經(jīng)難以為繼。
從這個角度，把電網(wǎng)發(fā)展納入能源發(fā)展全局來考慮，無論從當前還是長遠看，通過加大輸電比重，變過度輸煤為輸煤輸電并舉，從西部、北部能源基地向東中部負荷中心遠距離、大規(guī)模輸電，才是治本之策，才能實現(xiàn)能源資源在更大范圍內(nèi)優(yōu)化配置、統(tǒng)籌平衡。當前，各類大型能源基地正在大規(guī)模建設，尤其是西南大水電、北部大煤電以及西部和北部千萬千瓦級大風電基地的開發(fā)，都亟須通過特高壓電網(wǎng)實現(xiàn)電力規(guī)模外送和消納。
去冬今春以來，在華中、華東等地區(qū)再次出現(xiàn)的煤電運緊張中，特高壓試驗示范工程對于緩解電力供需矛盾發(fā)揮出重要作用。加快特高壓發(fā)展的重要性和緊迫性得到實踐驗證。
資源與負荷逆向分布：清潔能源呼喚特高壓
通過特高壓跨區(qū)聯(lián)網(wǎng)、構建“三華”同步電網(wǎng)以及加大調(diào)峰電源建設，全國風電開發(fā)規(guī)模有望達到1.5億千瓦。
一個基本的共識是，要實現(xiàn)2020年非化石能源占一次能源消費總量15%的既定目標，水電、核電、風電、太陽能發(fā)電裝機容量分別應達到3—3.5億千瓦、8000萬千瓦、1.5億千瓦和2000萬千瓦左右。
但我國80%的水能資源分布在川、云、藏等西南部地區(qū)，風能資源主要集中在華北、西北、東北等“三北”地區(qū)和東部沿海，國家規(guī)劃的甘肅酒泉、新疆哈密、河北、蒙西、蒙東、吉林、江蘇沿海等7個千萬千瓦級風電基地，有6個位于“三北”地區(qū)，適宜規(guī)�；虚_發(fā)的太陽能發(fā)電主要分布在西部和北部的沙漠、戈壁等偏遠地區(qū)。能源資源與中東部能源消費中心這種逆向分布的特點，決定了必須建立大容量、遠距離的能源輸送通道，在全國范圍配置和消納清潔能源。
我國西部、北部地區(qū)的清潔能源基地與中東部負荷中心地區(qū)的距離一般為800—3000公里，依靠現(xiàn)有輸電技術很難滿足大規(guī)模、遠距離輸送需求。加快建設特高壓電網(wǎng)，則將極大促進清潔能源的開發(fā)與利用。根據(jù)有關研究結果，如果僅考慮在本省內(nèi)的風電消納能力，2020年全國可開發(fā)的風電規(guī)模為5000萬千瓦左右；通過特高壓跨區(qū)聯(lián)網(wǎng)、構建“三華”同步電網(wǎng)以及加大調(diào)峰電源建設，可以大幅增加清潔能源的消納能力，全國風電開發(fā)規(guī)模有望達到1.5億千瓦。
直流輸電電壓、電流雙提升：創(chuàng)一批世界紀錄
目前，特高壓直流輸電技術已申請專利214項，已授權92項。
用平均高達65米、重達62噸的3939基鐵塔，把額定電壓±800千伏、額定電流4000安培的強大電力從四川宜賓復龍換流站送到1907公里之外的上海奉賢換流站，途經(jīng)川、渝、鄂、湘、皖、浙、蘇、滬8省市，4次跨越長江，是一項前無古人的壯舉。完成這樣的壯舉，需全面破解特高壓直流工程系統(tǒng)方案、過電壓與絕緣配合、電磁環(huán)境控制、成套設計和設備制造的一系列世界性難題，創(chuàng)造一大批世界性紀錄，同時也就意味著站上世界直流輸電技術的制高點。
向上工程率先實現(xiàn)了直流輸電電壓、電流雙提升。不僅將輸送電壓提升至800千伏，同時在全球范圍內(nèi)首次采用6英寸晶閘管技術，將額定電流提升至4000安培，額定輸送容量達到640萬千瓦，最大連續(xù)輸送容量達到720萬千瓦。輸送容量的提升，還極大提高了工程的經(jīng)濟性，使單位容量送電距離的造價水平低于±500千伏直流工程。
為全面支撐關鍵技術研究，國網(wǎng)公司投資建設了世界一流的特高壓直流試驗基地、高海拔試驗基地、桿塔試驗基地、特高壓直流輸電工程成套設計研發(fā)（實驗）中心、大電網(wǎng)仿真中心，擁有了世界最高參數(shù)的高電壓、大電網(wǎng)試驗和大電網(wǎng)仿真條件，試驗研究能力達到了世界領先水平。共完成重大關鍵技術和工程專項研究130項，全面涵蓋規(guī)劃、系統(tǒng)、設計、設備、施工、調(diào)試、試驗、調(diào)度、運行等，成功解決了特高壓直流輸電關鍵的技術難題，取得了一大批具有世界領先水平的技術成果，全面掌握了特高壓直流輸電核心技術。目前，特高壓直流輸電技術已申請專利214項，已授權92項。
通過向上工程，完整建立特高壓輸電技術標準體系。截至目前，共發(fā)布特高壓直流技術企業(yè)標準57項、行業(yè)標準8項，立項編制國際標準4項、國家標準14項、行業(yè)標準7項。
向上工程引入三維設計技術，便捷地實現(xiàn)了閥廳設備布置及空氣間隙校核。通過采用GIS設備、交流濾波器“田”字形布置、閥廳面對面布置、換流變安裝廣場寬度優(yōu)化等措施，使換流站總平布置緊湊，配電裝置功能分區(qū)明確，占地面積縮小，大大節(jié)省了土地資源。提出雙換流器并聯(lián)融冰理念并成功實現(xiàn)工程應用，通過簡單的運行方式倒換即實現(xiàn)線路阻冰、融冰功能。采用6×720平方毫米大截面導線、選用低噪聲設備、換流變使用box-in降噪設計、圍墻加裝隔音屏障等方案，使工程真正實現(xiàn)“環(huán)境友好型”。
向上工程單位走廊輸電能力約為±500千伏直流工程的1.5倍，單位長度單位容量線路電阻損耗約為±500千伏直流工程的40%。工程總投資為232.74億元，每千瓦每公里造價1.91元／(千瓦·公里)，具有明顯的技術經(jīng)濟優(yōu)越性；兩端換流站總投資為110.38億元，單位輸送容量造價1725元/千瓦，相比±500千伏直流工程（三滬工程）單位輸送容量造價1680元／千瓦僅增加2.7%，基本達到同等造價水平。
極限挑戰(zhàn)：裝備制造業(yè)大跨越
整個工程設備國產(chǎn)化率達到67%，實現(xiàn)了民族裝備制造業(yè)的產(chǎn)業(yè)升級和跨越式發(fā)展。
同特高壓交流示范工程一樣，其關鍵設備研制的國產(chǎn)化能力問題始終是社會關注的焦點。
據(jù)介紹，特高壓直流設備絕緣水平高，通流能力大，使用的800千伏、30萬千伏安級特高壓換流變壓器，通流能力4500安培的6英寸晶閘管，單閥組容量180萬千瓦的換流閥，額定電流4000安培的低噪聲干式平波電抗器、直流穿墻套管、直流斷路器和隔離開關，基于實時操作系統(tǒng)的換流站控制保護系統(tǒng)等關鍵設備均為世界首創(chuàng)，研制難度極大，是對電力電子技術、電工技術、材料技術、高壓試驗技術和控制技術的極限挑戰(zhàn)。特別是兩大系列、8種型號換流變的研發(fā)，涉及電場分布技術、磁場分布技術、發(fā)熱和傳導計算、諧波分析、油紙兼容和電化學技術、直流電場和交流電場疊加交互作用分析等技術。
通過向上工程的全面嚴格驗證，代表國際領先水平的全套特高壓直流設備研制成功，創(chuàng)造了一大批世界紀錄：除直流輸電用6英寸晶閘管外，換流變壓器電壓等級最高、單臺容量最大，換流閥單閥組容量最大，低噪聲干式平波電抗器、直流穿墻套管、直流斷路器和隔離開關通流能力最大，均創(chuàng)造了世界之最。其中，特高壓換流變、換流閥等重要設備研發(fā)屬于世界級技術難題，采用國內(nèi)外聯(lián)合研發(fā)的方式，換流變由國內(nèi)外廠家聯(lián)合制造供貨，平波電抗器和交流設備則完全立足于國內(nèi)自主研制。整個工程設備國產(chǎn)化率達到67%，國內(nèi)相關廠家依托工程掌握了特高壓直流設備制造的核心技術，具備了絕大部分特高壓設備批量生產(chǎn)的能力，實現(xiàn)了民族裝備制造業(yè)的產(chǎn)業(yè)升級和跨越式發(fā)展。
來源：科技日報
