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特高压领域,中国制定全球电路标准!美国电力系统也得讲中文?

跞小淘

2022-10-01 11:45河南

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我国的科技发展起步较晚,很长时间以来一说到高科技产品,第一反应就是来自于国外。即便是我国已经踏足的领域,与世界顶尖技术也有代差。好在近些年,我国的经济、科技、工业水平均蓬勃发展,某些技术已经向世界顶尖水平看齐,比如基建、高铁、航空航天等。而且,我国还有一项技术,即便是美国也眼红不已,甚至多次表示希望我国分享这一成果,它就是特高压。

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世界各国均在特高压领域投入重金,试图攻克这项技术,但是无论是美国,还是日本,均在特高压面前折戟沉沙。前苏联倒是勉强建成了一条线路,结果没用两年就开始降档,勉强算个“伪特高压”。迄今为止,世界上真正掌握这项技术的,只有中国!

一、特高压有什么用?

19世纪80年代,人类成功掌握了直流输电技术。但是最大输电电压只有10千伏,最大传输距离也只有20公里,超出这个距离的话,电送到地方基本上就没有了,这就大大制约了人类对电力的使用。从欧姆定律我们知道,线路越长电阻越大,电阻越大,电传输过程中的损耗就越大。

解决这个问题的方法有二,一是降低电阻,这个就要升级输电材料,受限于当时的技术条件原因,无法做到。第二种就是降低电流,因为电线电阻是固定的,那想要降低电流就只能提高电压,于是交流升压输电技术逐步取代直流输电。

随着人类科技的不断进步,以及对传输效率的不断追求,交流输电的电压越来越高。高压输电达到110千伏-330千伏,超高压输电达到330千伏-750千伏,传输距离也达到了600-800公里。不过相比目前人类的生活范围,这个距离还是不够,一个地区只能用当地发的电,限制太大,于是特高压概念诞生。

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特高压,全称叫特高压输电技术,具体是指直流800千伏或交流1000千伏电压以上的输电技术,它是电力输送的超快高速公路。相较于已有的输电技术,特高压的优点就是实现长途高效输电,能量损耗低,电网传输工程用地面积少。一条1150千伏的特高压线路的效能,相当于5-6条550伏的超高压线路,或三条750千伏的超高压电路的效能总和。

二、美国研究特高压,折戟沉沙

美国疆域辽阔,特高压输电技术是他们急缺的,所以美国一直很想攻克特高压。但是有个问题一直没有好的解决办法,那就是绝缘材料。以目前的科技水平,传输导体材料不难解决,电压加压也很轻松,但是怎么保证线路的绝缘和工作稳定,是攻克特高压的关键问题。

以变压器为例,特高压的变压器最高需要承载1150千伏交流电,这么强大的电压,什么材料能胜任线路绝缘工作,保证变压器正常运行?当时世界上绝缘性最好的陶瓷,最高也只能承受50千伏电压,和特高压的电压峰值相去甚远。美国最后研究出一种加强版陶瓷,最后发现这东西太重了,用它做成变压器,重量高达7000吨。我们知道变压器都需要放到指定位置,7000吨怎么运?转了一圈,美国的特高压的项目现在还在实验室阶段。

2021年2月,美国德州迎来一场超级寒潮,最低气温达到零下20摄氏度。不但水管结冰,众多天然气,煤炭,风能发电设备也因为结冰无法运转。德州超160万户家庭、企业出现停电、断水的情况,德州全州进入紧急状态。救灾除了物资之外,最重要的还是恢复供电。当时美国有三家电网,东部、西部以及单独给德克萨斯州供电的德州电网。但这三家各自独立,互不连通,东西部电网的电根本没法送到德州,很多德州人陷入孤立无援的境地。这就是缺少特高压的尴尬!

三、我国成功攻克世界难题

我国地大物博,但是资源人口分布并不均衡。已有的火力、水利、太阳能发电等项目,主要集中在我国西部,但是全球三分之二的用电需求集中在东部沿海地区。发电和用电两者之间相差了数千公里,超高压几百公里的输电范围根本不够看,所以特高压的攻克也是迫切需求。

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但是因为当时我国在电力领域技术落后,且众多其他国家都无法搞定特高压,我们要是花巨资去搞研究,钱很可能打水漂。所以我国要不要搞特高压最开始也是存在争议的,最后在2005年的科技发展规划会议中,敲定了特高压为国家重点扶持的20项科技发展项目之一,并且写入了国务院文件《国家中长期科学和技术发展规划纲要(2006—2020年)》。

回到把美国难住的绝缘材料上面,强化陶瓷太重,直接抛弃。我国最终研究出一种绝缘纸材料,通过大量绝缘纸叠加,最终成功完成特高压1150千伏电压以上的绝缘效果,绝缘材料成功解决。通过绝缘纸造出的特高压变压器,重量只有500吨,远低于美国强化陶瓷的7000吨,可以顺利地运到指定地点,保证特高压电网工程的建设。世界性的难题,最终被我国攻克。

十三五规划期间,我国建成的淮东到皖南1150千伏的特高压直流工程线路,输电距离长达3300公里,输电电压最大,传输距离最远,是目前人类特高压输电工程的巅峰之作。

结语

截至目前,我国已经成功建设投用了30个特高压工程,包括16条直流特高压和14条交流特高压,使我国东部近9亿人用上西部电力,节省煤炭9500万吨。在国际上,我国的国家电网控制全球所有的特高压电路标准,已有特高压领域专利领先全球,一骑绝尘。就连美国电力系统都是中国人主导,工作时使用中文交流。

目前,我国已在全球多个国家投资进行能源布局,并且已经全部盈利。未来,由我国主导建设的全球能源互联网,会将全世界紧紧联系在一起!

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