西南電力設(shè)計(jì)院吳安平：走出交流特高壓的認(rèn)識誤區(qū)

　　一、引言

　　交流特高壓工程建設(shè)的必要性一直是一個有爭議的問題。支持的觀點(diǎn)主要有兩種：一種認(rèn)為我國沒有像西方發(fā)達(dá)國家那樣放棄發(fā)展交流特高壓，是因?yàn)閲椴煌覈鴸|部地區(qū)經(jīng)濟(jì)相對發(fā)達(dá)，但能源資源不足；西部地區(qū)能源資源豐富，經(jīng)濟(jì)卻相對落后，能源資源與負(fù)荷需求呈現(xiàn)出逆向分布的狀況，西部電力要長距離向東部輸送，所以需要交流特高壓。這種觀點(diǎn)等于說交流特高壓基本只適合于中國。另一種則認(rèn)為，發(fā)展交流特高壓是建設(shè)“全球能源互聯(lián)網(wǎng)”（即以交流特高壓電網(wǎng)為骨干網(wǎng)架的全球統(tǒng)一電網(wǎng)）、實(shí)現(xiàn)可再生能源資源全球配置的需要，中國建設(shè)交流特高壓電網(wǎng)，是實(shí)現(xiàn)該目標(biāo)的第一步（中國也是實(shí)驗(yàn)示范區(qū)）。這種觀點(diǎn)表明，交流特高壓并非只適合中國，而是全世界的需要。顯然，兩種觀點(diǎn)是有矛盾的。

　　質(zhì)疑交流特高壓的觀點(diǎn)認(rèn)為，我國能源資源與負(fù)荷需求逆向分布指的是傳統(tǒng)能源資源，對于可再生能源資源來說，西部比東部多只是一種相對的關(guān)系，實(shí)際上我國東部也有較豐富的可再生能源資源，比歐洲德國的狀況可能還要好些；電力的遠(yuǎn)距離輸送主要依靠直流特高壓和直流超高壓；建設(shè)以交流特高壓電網(wǎng)為骨干網(wǎng)架的全球統(tǒng)一電網(wǎng)，是一個根本不可能實(shí)現(xiàn)、貽笑大方的幻想。因此不僅中國，全世界都不需要交流特高壓。

　　對交流特高壓工程的建設(shè)出現(xiàn)不同看法，一個重要原因是人們對交流特高壓的認(rèn)識存在不少誤區(qū)，比如：誤以為電網(wǎng)的電壓等級越高電網(wǎng)就越先進(jìn)、混淆了交流特高壓技術(shù)與交流特高壓工程的區(qū)別、將交流特高壓工程與直流特高壓工程等同看待、對交流特高壓電網(wǎng)與能源互聯(lián)網(wǎng)的關(guān)系認(rèn)識不清等。

　　步入新時(shí)代，為了真正實(shí)現(xiàn)我國電網(wǎng)的高質(zhì)量發(fā)展，客觀科學(xué)認(rèn)識交流特高壓，走出誤區(qū)是十分必要的。

　　二、電壓等級高低不是電網(wǎng)先進(jìn)與否的評判標(biāo)準(zhǔn)

　　世界電網(wǎng)100多年的歷史，是一部沿著“單機(jī)容量越來越大、電源越來越集中、電壓等級越來越高”的路線前進(jìn)的歷史。這一發(fā)展過程使人們普遍產(chǎn)生了一種看法，認(rèn)為電壓等級的提高體現(xiàn)了電網(wǎng)技術(shù)的進(jìn)步，因此，電網(wǎng)的電壓等級越高意味著電網(wǎng)越先進(jìn)。這種觀點(diǎn)看似有道理，其實(shí)是一種誤解。我國交流特高壓技術(shù)通過實(shí)驗(yàn)示范工程取得成功，說明我國的傳統(tǒng)電網(wǎng)技術(shù)，包括高電壓絕緣、電氣設(shè)備制造、電網(wǎng)運(yùn)行控制等技術(shù)處于世界領(lǐng)先水平，這是毋庸置疑的，但不能因此得出結(jié)論說：“交流特高壓技術(shù)使我國電網(wǎng)成為今天世界上最先進(jìn)的電網(wǎng)”。

　　電網(wǎng)是多電壓層次的“立體型”網(wǎng)絡(luò)，一個電網(wǎng)需要幾個電壓層次，是根據(jù)具體情況確定的。各個電壓等級的電網(wǎng)有復(fù)雜與簡單，技術(shù)含量高與低的不同，但沒有先進(jìn)與落后的區(qū)別。后來出現(xiàn)的高等級電壓電網(wǎng)，并不能替代原來的低等級電壓電網(wǎng)，這是由電網(wǎng)的技術(shù)規(guī)律決定的，因此電網(wǎng)的發(fā)展過程中，不存在“先進(jìn)的高電壓”，淘汰“落后的低電壓”的問題。恰恰相反的是，配電網(wǎng)的電壓盡管很低，但它卻是電力系統(tǒng)的核心，在一定條件下，配電網(wǎng)可以不依賴于超高壓和（或）特高壓電網(wǎng)而獨(dú)立向用戶供電，但超高壓和（或）特高壓電網(wǎng)若離開配電網(wǎng)，則將失去存在的意義。

　　如果認(rèn)為電壓等級越高電網(wǎng)就越先進(jìn)的話，那早在上世紀(jì)80年代初期，我國電網(wǎng)的先進(jìn)性就已經(jīng)超過了歐洲電網(wǎng)，因?yàn)槟菚r(shí)我國電網(wǎng)的最高電壓已經(jīng)達(dá)到500千伏，而歐洲電網(wǎng)只有400千伏，顯然這種說法是不正確的。按照這種觀點(diǎn)，也沒法解釋西方發(fā)達(dá)國家為什么要放棄“先進(jìn)的交流特高壓”而執(zhí)意固守“落后的超高壓”的原因。

　　一個電網(wǎng)是否先進(jìn)，并不在于它的電壓有多高，而主要看它是否能夠跟上時(shí)代前進(jìn)的步伐，是否能夠提供更安全、清潔、低碳、高效、可持續(xù)發(fā)展的電力滿足社會的需求。我國在傳統(tǒng)電網(wǎng)的建設(shè)上，除配電網(wǎng)有所遜色外，其它各個方面基本都處于領(lǐng)先地位。但在現(xiàn)代電網(wǎng)（智能電網(wǎng)及能源互聯(lián)網(wǎng)）的建設(shè)上，整體的水平則相對落后，主要表現(xiàn)在低碳和可再生能源比例遠(yuǎn)低于西方發(fā)達(dá)國家，電網(wǎng)利用效率不高、電力市場機(jī)制不健全等方面。歐洲電網(wǎng)的最高電壓盡管比我國低，但從整個電網(wǎng)（尤其是主動配電網(wǎng)）的作用發(fā)揮看，無疑比我國電網(wǎng)顯得更先進(jìn)。他們注重實(shí)效、不圖虛名，敢于創(chuàng)新的精神，尤其值得我國電力工作者學(xué)習(xí)。

　　三、交流特高壓技術(shù)與交流特高壓工程不能劃等號

　　一項(xiàng)技術(shù)是否成功，由科學(xué)實(shí)驗(yàn)來檢驗(yàn)；技術(shù)應(yīng)用于工程是否成功，則需由市場和環(huán)境來決定，成功了的技術(shù)并不一定就有工程應(yīng)用價(jià)值。

　　交流特高壓技術(shù)應(yīng)用于工程存在三個較大問題：

　　第一個問題是它有“寄生性”，而且難以改變。由于電壓太高，實(shí)踐中找不到相匹配的、只經(jīng)一級升壓即可接入交流特高壓工程的電源。交流特高壓線路形成的網(wǎng)架，不再像500千伏電網(wǎng)那樣是一個主要靠大容量機(jī)組支撐的“有源網(wǎng)”，而是一個經(jīng)網(wǎng)間聯(lián)絡(luò)變壓器直接“架”在500千伏電網(wǎng)之上的“無源網(wǎng)”，注入其中的功率一般都要經(jīng)過兩級、甚至三級變壓器升壓才能獲得，這是過去電網(wǎng)發(fā)展史中基本看不到的現(xiàn)象。“寄生性”帶來的后果是大幅提高了交流特高壓電網(wǎng)的等效阻抗，使其理論上的技術(shù)優(yōu)勢被大打折扣，相關(guān)線路的實(shí)際輸電能力不是500千伏的4倍，而可能只是2到3倍，電網(wǎng)的穩(wěn)定水平也因此降低，損耗因此增加。理論上可以研究更大型的發(fā)電機(jī)組和特殊的升壓變壓器，將電源直接接入交流特高壓電網(wǎng)，但問題是什么樣的電源可以接入？煤電已經(jīng)開始考慮如何退出的問題了，顯然不能接；水電單機(jī)容量不夠大，距離又太遠(yuǎn)，無法接；核電可靠性要求高，廠址都靠近負(fù)荷中心，若直接接特高壓電網(wǎng)，不僅不經(jīng)濟(jì)，增加不必要的損耗，還會帶來新的安全風(fēng)險(xiǎn)，沒必要接；其它新能源電源或無慣量或低慣量，就更不用提了。因此交流特高壓電網(wǎng)工程的“寄生性”，尤其在能源轉(zhuǎn)型的背景下，是根本無法改變的。

　　第二個問題是工程造價(jià)高，“性價(jià)比低”。我國除西北地區(qū)外的5個區(qū)域電網(wǎng)最高層主網(wǎng)架，是采用“直流特高壓+交流超高壓”方案，還是“直流特高壓+交流特高壓”方案，經(jīng)濟(jì)上差別很大，后者與前者相比，每個區(qū)域電網(wǎng)需要增加的投資，都可能超過1000億元。而且，由于交流特高壓電壓太高，受到環(huán)境條件的制約更多，在實(shí)際建設(shè)過程中會出現(xiàn)投資爆炸性增長的情況。如華東交流特高壓環(huán)網(wǎng)跨長江工程，原方案為線路從江面跨過，后改為GIL管道從江底穿越，長度僅6公里多，投資竟達(dá)47.6億元人民幣，若用等額投資建設(shè)500千伏線路，長度可超過1000公里。

　　第三個問題是環(huán)保代價(jià)大。如果僅就一回交流特高壓線路與3回（或4回）500千伏線路的走廊占地相比，前者無疑比后者少，但這種比較沒有意義，因?yàn)榻涣魈馗邏汉徒涣鞒邏汗こ潭疾豢赡芟裰绷魈馗邏汗こ棠菢?，單?dú)承擔(dān)長距離輸電任務(wù)，它們都需要成網(wǎng)。建設(shè)交流特高壓工程意味著要在現(xiàn)有500千伏電網(wǎng)之上覆蓋一個1000千伏電壓的電網(wǎng)。電網(wǎng)的“立體型”特性告訴人們，從某種意義上說，高電壓層次電網(wǎng)是對低電壓層次電網(wǎng)的“重復(fù)建設(shè)”。“直流特高壓+交流特高壓+交流超高壓”方案比“直流特高壓+交流超高壓”方案可能會少幾回直流輸電線路，但卻需要在中部和東部人口密集區(qū)，增加數(shù)千甚至上萬公里縱橫交錯的特高壓線路和無數(shù)特高壓變電站，由此付出的環(huán)境代價(jià)顯然比后者要大得多。

　　鑒于上述問題，交流特高壓工程（非交流特高壓技術(shù)）受到質(zhì)疑，是理所當(dāng)然的。

　　四、交流特高壓工程與直流特高壓工程沒有共生共存關(guān)系

　　交流特高壓工程與直流特高壓工程盡管都是特高壓，但兩者卻有質(zhì)的差別，它們各自的技術(shù)特性、采用的設(shè)備以及在電網(wǎng)中的作用都是不同的。在現(xiàn)實(shí)生活中，由于它們常常被統(tǒng)稱為“特高壓”，不加區(qū)別地出現(xiàn)在各種媒體和宣傳資料中，致使很多人都認(rèn)為它們兩者不僅有相同的應(yīng)用價(jià)值，還具有共生共存的關(guān)系，顯然，這也是一種誤解。

　　直流特高壓工程的優(yōu)勢，在于它能高效經(jīng)濟(jì)地承擔(dān)遠(yuǎn)距離輸電任務(wù)，輸電成本只有交流特高壓工程的三分之一，甚至更低。加上直流工程具有輸電電壓和容量可以任意選擇、不增加電網(wǎng)短路電流等特性，它在有遠(yuǎn)距離輸電需求的電網(wǎng)中發(fā)揮了重要作用，體現(xiàn)了應(yīng)有的價(jià)值。而交流特高壓工程則不一樣，由于存在“寄生性”、造價(jià)高、環(huán)境代價(jià)大等問題，進(jìn)入能源轉(zhuǎn)型時(shí)代，它已經(jīng)基本不具有工程應(yīng)用價(jià)值了。說“特高壓好、輸電距離遠(yuǎn)、輸電容量大、損耗小、走出了國門”等，指的都是直流特高壓而不是交流特高壓；質(zhì)疑“特高壓”，說“特高壓存在問題”，指的都是交流特高壓而不是直流特高壓。

　　交流特高壓工程與直流特高壓工程不具有共生共存的關(guān)系。怎樣使用直流特高壓，究竟是讓它滿足交流電網(wǎng)的要求，還是讓交流電網(wǎng)適應(yīng)它的需要，這是一個電網(wǎng)統(tǒng)籌規(guī)劃的問題，帶有強(qiáng)烈的主觀性。如果不顧電網(wǎng)正在發(fā)生的變革，任性要上交流特高壓，可以將每回直流特高壓的輸送容量設(shè)計(jì)得很大，然后要求建設(shè)交流特高壓電網(wǎng)與之配合；如果看清了電網(wǎng)的發(fā)展趨勢，就會合理確定直流特高壓的輸送容量，使其與現(xiàn)有的超高壓電網(wǎng)相適應(yīng)。遠(yuǎn)距離輸電無論現(xiàn)在還是將來，在滿足電力的供給中始終處于輔助地位，只要進(jìn)行科學(xué)規(guī)劃，保持遠(yuǎn)距離輸電規(guī)模以及直流特高壓輸電線路數(shù)量在合理范圍內(nèi)是完全可以做到的。

　　“直流特高壓+500千伏交流超高壓”的電網(wǎng)發(fā)展模式，已被實(shí)踐證明是合理和可行的，我國南方電網(wǎng)采用的就是這種模式。世界上有直流特高壓的國家還有印度和巴西，他們的交流電網(wǎng)最高電壓也是500千伏，今后也不可能為了“強(qiáng)交強(qiáng)直”而建設(shè)交流特高壓電網(wǎng)。

　　五、交流特高壓電網(wǎng)與能源互聯(lián)網(wǎng)具有排斥性而非兼容性

　　交流特高壓電網(wǎng)是堅(jiān)持傳統(tǒng)電網(wǎng)發(fā)展路線的產(chǎn)物，它的顯著特征是高度集中、系統(tǒng)垂直、遠(yuǎn)離用戶；能源互聯(lián)網(wǎng)則是能源轉(zhuǎn)型推動電網(wǎng)變革的結(jié)果，它的顯著特征是供需分散、系統(tǒng)扁平、貼近用戶。兩者不僅形態(tài)不同，而且發(fā)展方向完全相反。

　　交流特高壓電網(wǎng)與能源互聯(lián)網(wǎng)具有排斥性是由電網(wǎng)內(nèi)在的技術(shù)規(guī)律決定的。傳統(tǒng)電網(wǎng)的發(fā)展有一個基本規(guī)律，就是當(dāng)同步電網(wǎng)的規(guī)模隨著電壓等級的提高而擴(kuò)大時(shí)，其慣量也隨之增大，即同步電網(wǎng)的慣量與其規(guī)模成正比，這一關(guān)系是同步電網(wǎng)增強(qiáng)抗干擾能力，維持自身穩(wěn)定運(yùn)行的基本保障。但能源轉(zhuǎn)型時(shí)代這一規(guī)律已不再適用，出現(xiàn)了原來沒有意料到的情況，這就是隨著風(fēng)電、太陽能等分布式能源裝機(jī)容量比例不斷提高，同步電網(wǎng)的規(guī)模盡管也在擴(kuò)大，但其慣量卻不僅不增加，反而逐漸減小，呈現(xiàn)出低慣量化的趨勢。這一事實(shí)說明兩個問題：一是傳統(tǒng)電網(wǎng)變革的時(shí)代已經(jīng)到來，變革的主要方法是建設(shè)以智能電網(wǎng)為核心的能源互聯(lián)網(wǎng)，電網(wǎng)將走向分布式和扁平化；二是電網(wǎng)電壓等級的提升應(yīng)當(dāng)止于超高壓，電網(wǎng)的低慣量化，意味著同步電網(wǎng)的規(guī)模有了重新進(jìn)行調(diào)整、相應(yīng)縮小范圍的技術(shù)要求，故不需要再提升電網(wǎng)的電壓等級。能源互聯(lián)網(wǎng)的建設(shè)進(jìn)展越快，電網(wǎng)低慣量化的速度也越快，交流特高壓電網(wǎng)的建設(shè)也越?jīng)]有必要。

　　交流特高壓電網(wǎng)“高大上”，電從遠(yuǎn)方來；能源互聯(lián)網(wǎng)則“接地氣”，電自身邊取，實(shí)踐中兩者的矛盾是顯而易見的，發(fā)展其中一個，另一個必然受到限制。歐洲曾經(jīng)有企業(yè)規(guī)劃要將非洲北部撒哈拉沙漠的太陽能和風(fēng)電，通過建設(shè)超級電網(wǎng)，跨越地中海遠(yuǎn)距離向歐洲送電，遭到了原世界可再生能源理事會、歐洲可再生能源協(xié)會主席赫爾曼·希爾先生的尖銳批評。他認(rèn)為超級電網(wǎng)是發(fā)展可再生能源的絆腳石，依賴遠(yuǎn)距離輸送可再生能源，必然使能源變革放緩，而以分散投資方式發(fā)展可再生分布式電源，是實(shí)現(xiàn)能源變革最快的方法。德國正是按照赫爾曼·希爾先生的思想，著力在配電網(wǎng)側(cè)發(fā)展分布式能源，建設(shè)能源互聯(lián)網(wǎng)，才取得了今天可再生能源比例超過30%的成績，到2050年有望超過80%。

　　我國可再生能源分布廣泛，實(shí)現(xiàn)能源轉(zhuǎn)型的路徑完全可以借鑒德國的經(jīng)驗(yàn)。華東地區(qū)無論是可再生能源資源的賦存情況、經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平、人的觀念和素質(zhì)等，都具備加快發(fā)展分布式能源和建設(shè)能源互聯(lián)網(wǎng)的條件。只要各方共同努力，2035年華東當(dāng)?shù)乜稍偕茉幢壤^30%、甚至35%都是完全可能的；但如果工作重心始終放在發(fā)展交流特高壓電網(wǎng)上，這個目標(biāo)想要達(dá)到10%都是困難的。

　　六、結(jié)語

　　交流特高壓工程建設(shè)必要性的爭論，實(shí)質(zhì)上是能源轉(zhuǎn)型期電網(wǎng)發(fā)展兩種技術(shù)路線的爭論，爭論的焦點(diǎn)是我國電網(wǎng)的主網(wǎng)架方案，究竟是采用“直流特高壓+交流特高壓”還是“直流特高壓+交流超高壓”的問題。澄清對交流特高壓的有關(guān)誤解，無疑有助于分辨爭論的是非。

　　電網(wǎng)的技術(shù)特性表明，提高電網(wǎng)的電壓等級（同時(shí)增加電網(wǎng)層次），并不是電網(wǎng)發(fā)展追求的目標(biāo)，而只是根據(jù)實(shí)際情況采取的一種并非理想的措施（手段），因此在工程實(shí)踐中應(yīng)當(dāng)盡可能予以避免。

　　避免或放棄交流特高壓方案在電網(wǎng)建設(shè)中是可以做到的，只要順應(yīng)電網(wǎng)變革潮流，遵循電壓“就低不就高”的基本原則，進(jìn)行科學(xué)、民主、客觀、深入的規(guī)劃研究和方案論證，就能優(yōu)選出真正安全、經(jīng)濟(jì)、高效、環(huán)保、并能與未來電網(wǎng)順利銜接的替代方案，以較小的代價(jià)取得較優(yōu)的效果。這是電網(wǎng)高質(zhì)量發(fā)展的需要，也是能源轉(zhuǎn)型的要求。

　　避免或放棄采用交流特高壓是一種智慧，今天的中國尤其需要這種智慧。（吳安平/中國電力工程顧問集團(tuán)西南電力設(shè)計(jì)院原副總工程師）