特高压输电技术
从一穷二白拉闸限电到24小时灯火通明，这项技术打通电力“高速铁路”，具有自主知识产权，让中国标准和世界标准划上等号。
新媒体编辑/房永珍
马 静（华北电力大学电气与电子工程学院教授、博士生导师，中国电工技术学会青年工作委员会副主任）
能源是经济发展的基石。在过去的十年里，我国能源自主保障能力显著提升，建成了全球最大的清洁发电体系，能源结构不断优化，有力地保障了国民经济的稳定运行。
近年来，中国在电气工程、电力技术领域逐步发展壮大，经过六十多年的发展，如今中国拥有了全世界最强大的电力工业体系：2021年全国发电装机容量约23.8亿千瓦，稳居世界第一；以央企国家电网为例，目前拥有专利数超2万件，排名世界第三；仅储能电池方面的专利数就占到全球的67.56%；同时我国也是世界最大的电力输出国。
尤其是在世界上最先进的输电技术——特高压输电技术领域，我国已经掌握了具有自主知识产权的特高压输电技术，是领先世界的重大自主创新成果，牵头制定了国际范围内公用的特高压输电线路标准，让中国标准和世界标准划上等号。▲安徽池州，航拍特高压线路九华密集通道（图片来源/视觉中国）在我国电网运行系统中，电压分为输电和配电两个系统，输电系统是以输送电源至同级或下级变电站为目的，一般电压等级较高。配电系统是以输送电源至配电负载为目的，一般电压等级不超过110kV。简单来说，从发电厂到升压变电站、输电网的是输电系统；从降压变电站到配电网再到电视、空调等用电设备的是配电系统。根据欧姆定律可知，电流在传输过程中会出现损耗。距离、材料都是导致损耗的重要原因，尤其是传输距离，越远损耗就越大，降低输电损耗的办法之一就是提高输电电压，因此有了高压电的概念。在我国，高压电网指的是220kV电网。在高压电基础上发展起来的超高压，可以达到500kV。但即便如此，超高压直流输电技术，仍然不足以应对上千公里的长距离输电，电流损耗甚至可以达到20%或更多。继续提高直流输电的电压，传统绝缘材料无法承受，会导致电网系统发生故障，增加火灾等事故的风险，这就需要特高压直流输电技术支持。特高压技术，指交流1000kV和直流±800kV电压等级的输电技术。该技术最大的特点是能够实现长途高效输电，尤其对于国土广阔、人口众多或者区域资源分布不均的国家来说，更如“雪中送炭”一般，也被称为“电工领域5G网”“电力系统高速铁路”。国家电网公司提供的数据显示，一回路特高压直流电网可以送600万千瓦电量，相当于现有500kV直流电网的5-6倍，送电距离也是后者的2到3倍，且能节省60%的土地资源。事实上，中国发展特高压输电也是“无奈之举”，因为中国的基本国情，决定了电力生产和消耗在地域分布上的极不平衡。全国三分之二的煤炭资源都集中在陕西、山西和内蒙古三省区，80%的水电资源集中在西南地区，光伏、风能资源则主要集中在西北、内蒙古等地。但人口最密集、用电需求最高的却是中东部的16个省，这就导致长距离输电需求量很大。电力技术不仅是科学问题，更是我国能源安全的重要保障。与桥梁、土木等“传统优势”领域不同，在输电技术上，中国没有太多技术储备，基本属于白手起家。所以直到改革开放初期，因为供电不足，各地拉闸限电的情况还较为普遍。为了解决电能供应问题，20世纪80年代，我国从西方引进了电压等级为500kV的输变电技术（此前多数地区是220kV普通输电）。可随着经济社会的快速发展，500kV的输电技术也遇到了供求天花板，需要继续提升输电功率，向特高压领域进军。在能源领域，特高压输电一直是世界级难题，美国、苏联、日本、意大利等国都开展过特高压研究试验、设备研制和工程尝试，但受制于政治、经济、技术等因素，最终都以失败告终。从2000年开始，相关部门先后组织几十家科研机构和高校、几百家设备制造企业，形成了几千套方案，共几十万人参与，在国际上“无标准、无经验、无设备”的情况下，攻克了特高压输电技术诸多世界级难题。我国自主研制的±800kV特高压直流换流变压器，创造了世界单体容量最大、技术难度最高、产出时间最短的世界纪录。我国改进技术研发的特高压节能导线导电率，从61.0%IACS（导电率，是表示物质传输电流能力强弱的一种测量值）提高到63.5%IACS，极大降低了特高压输电过程中的损耗，每年可降低电力输送损耗几十亿度。▲2022年6月26日，重庆，在白鹤滩-浙江±800kV特高压直流输电工程重庆黔江分段施工现场，工人在100多米的高处开展高空作业（图片来源/视觉中国）这些科技创新成果，离不开国家有关部门的重视，更离不开无数科研工作者埋头苦干，发扬求实创新、艰苦奋斗的科学家精神。例如中国工程院院士李立浧就是国内特高压直流输电领域的专家，被誉为“直流输电第一人”。在特高压±800kV直流技术上，他带领专家和团队攻坚克难，研制了13大类73种主要电气设备，获得关键技术141项，创造了37项世界第一，成为我国在该领域“领先世界”的主要推动者之一。中国科学院院士陈维江，是高电压与绝缘技术专家，曾获国家科学技术进步特等奖、国家技术发明二等奖。他长期从事电力系统电磁瞬态分析方法与防护技术研究。这些科研成果，有效支撑了我国特高压输电技术的成功研发。成立于1981年的中国电工技术学会，是由以电气工程师、电工科学技术工作者为主体的学术性群团组织，也是发展中国电气工程事业的重要社会力量。学会坚持以学术交流为中心，面向电工科技前沿和国民经济建设的需要，积极开展学术交流活动。中国科协《重要学术会议指南（2022）》中，共收录8个来自中国电工技术学会的会议，像中国电工技术学会学术年会、第五届国际电气与能源大会、世界电动车大会中国分会场等会议，都是影响力较大、参与人数较多的学术会议。
识别二维码了解更多《重要学术会议指南（2022）》精彩内容2009年，我国第一条特高压输电线路晋东南—南阳—荆门全线贯通，中国成为了世界上第一个全面掌握特高压输电技术，并将其投入商业运营的国家。此后十余年间，我国特高压输电技术又取得了历史性突破：截止到2021年底，我国共有33条特高压线路投入使用，覆盖全国七大电网区域，输电线路工程接近4万公里，相当于绕地球一周。技术上的领先让中国掌握了更多话语权。目前在特高压技术领域，中国牵头制定了国际范围内公用的特高压输电线路标准，且拥有全部专利使用权。这意味着其他国家就算是研发出了国产技术，也必须遵守中国的标准，才被允许在国际上出售。中国先后与菲律宾、葡萄牙、澳大利亚、希腊、俄罗斯等国合作，开始了特高压输电的全球布局。全球168个国家与国家电网签订了技术领域合作协议，意味着中国特高压技术已经开始走出国门，走向世界。在“双碳”大背景下，如今电力系统正面临着一场深刻的革命，特高压技术也走到了一个全新的路口。未来随着传统火电占比的下降，风电、太阳能绿电清洁能源占比的上升，传统“发电、输电、变电、配电、用电”模式将因此改变，也将给中国电力工程行业发展带来更多机遇和挑战。一方面，作为碳中和过程中电力远程输送的载体，特高压技术是保障能源安全，加速实现“双碳”目标的重要支撑，起到平衡能源与负荷分布、促进新能源消纳的作用。另一方面，特高压项目还能有效带动地方经济发展。据测算，“十四五”期间，我国东北、蒙西、山西、西北、西南等区域直流外送通道需增加输送能力8452万千瓦，需新增特高压直流工程投资约2600亿元，这对促进上下游产业链发展，将起到积极作用。特高压有望继续加速发展，迎来更大的成长空间。■
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