厲害了！中國特高壓！

陳維江，中國科學(xué)院院士、國家電網(wǎng)公司交流建設(shè)部副主任。曾榮獲2012年度國家科學(xué)技術(shù)進(jìn)步獎(jiǎng)特等獎(jiǎng)(排名第2)。陳維江在任國網(wǎng)武漢高壓研究院院長(zhǎng)期間，主持建設(shè)了中國第一個(gè)特高壓交流輸電試驗(yàn)基地，主持過多項(xiàng)特高壓交流輸電關(guān)鍵技術(shù)研究項(xiàng)目，為中國特高壓電網(wǎng)的建設(shè)做出了重要的知識(shí)貢獻(xiàn)，也由此奠定了他在中國高電壓研究領(lǐng)域的權(quán)威地位。

一、中國輸電網(wǎng)曾落后西方20年

趙憶寧：在輸電技術(shù)領(lǐng)域，20世紀(jì)中國與發(fā)達(dá)國家的差距有多大?

陳維江：從世界電網(wǎng)的發(fā)展歷程看，輸電網(wǎng)已經(jīng)有100多年應(yīng)用歷史了。就輸電技術(shù)從低電壓到高電壓等級(jí)提升的過程看，西方國家一直領(lǐng)先，中國比世界發(fā)達(dá)國家首次出現(xiàn)更高電壓等級(jí)輸電網(wǎng)(超高壓輸電網(wǎng))的時(shí)間也晚了大約20年。1972年6月16日，我國自行設(shè)計(jì)、自行制造設(shè)備、自行施工安裝的第一條330千伏超高壓輸變電線路——?jiǎng)?劉家峽)—天(天水)—關(guān)(關(guān)中)線路——投入運(yùn)行，而瑞典早在1952年就已經(jīng)建成380千伏的輸電工程了。不僅如此，在750千伏輸電技術(shù)上，我們更是晚了40年。1965年加拿大最早建成麥尼夸根—魁北克市—蒙特利爾735千伏的輸電工程，而我國首次全面掌握750千伏電網(wǎng)建設(shè)及運(yùn)行技術(shù)，是在2005年建成了青海官亭—甘肅蘭州東輸變電工程。

表31

趙憶寧：從中外輸電線路建設(shè)歷程(見表31)上看，輸電網(wǎng)電壓等級(jí)提升的周期一般是多長(zhǎng)時(shí)間?

陳維江：在用電負(fù)荷持續(xù)增長(zhǎng)的前提下，輸電網(wǎng)從低電壓等級(jí)向高電壓等級(jí)提升的周期一般是10～20年。低電壓等級(jí)輸電網(wǎng)提升的周期相對(duì)短一些，而高電壓等級(jí)輸電網(wǎng)從研發(fā)到運(yùn)營(yíng)的時(shí)間跨度一般要在20年左右，從超高壓到特高壓的提升就經(jīng)歷了接近20年的時(shí)間。

趙憶寧：為什么中國亮起第一盞電燈只比世界第一盞電燈的誕生晚三年，而電網(wǎng)的建設(shè)會(huì)有20～40年的差距呢?

陳維江：是的，1882年7月上海首次點(diǎn)亮15盞電燈，距1879年10月世界第一盞電燈的誕生時(shí)間不算長(zhǎng)。但是，輸電技術(shù)發(fā)展及電網(wǎng)建設(shè)與一個(gè)國家的經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平密切相關(guān)。改革開放以來，我國電力工業(yè)發(fā)展迅速，到2013年年底，全國電力總裝機(jī)容量高達(dá)12.3億千瓦，超過美國成為世界上電力總裝機(jī)容量最大的國家。不僅電力生產(chǎn)與經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)呈正相關(guān)的關(guān)系，電力技術(shù)的發(fā)展也與經(jīng)濟(jì)發(fā)展的軌跡吻合。長(zhǎng)時(shí)間以來西方國家經(jīng)濟(jì)較發(fā)達(dá)，對(duì)電力生產(chǎn)傳輸技術(shù)的升級(jí)換代需求較大，技術(shù)發(fā)展自然也比較快。直到2009年中國建成特高壓輸電工程，才開始改變這個(gè)格局。

二、特高壓輸電在世界各國的探索與命運(yùn)

趙憶寧：世界首條特高壓輸電線路于1985年在蘇聯(lián)建成，為什么后來沒有長(zhǎng)期運(yùn)行?

陳維江：你說得對(duì)。蘇聯(lián)于1985年建成?；退箞D茲—科克切塔夫—庫斯塔奈1 150千伏特高壓輸電線路，線路全長(zhǎng)900公里，但是僅斷斷續(xù)續(xù)運(yùn)行了5年的時(shí)間，1991年蘇聯(lián)解體以后，特高壓輸電工程就下馬了，由原來的1150千伏降到500千伏。這有三個(gè)原因：其一是政治原因，蘇聯(lián)的解體導(dǎo)致這條線路已經(jīng)不在俄羅斯本土，而是在哈薩克斯坦境內(nèi);其二是經(jīng)濟(jì)原因，蘇聯(lián)解體后，15個(gè)加盟國經(jīng)濟(jì)快速下滑，對(duì)電力的需求大大下降;其三是技術(shù)原因，不僅是設(shè)備，包括輸電線路方面的技術(shù)，比如像電磁環(huán)境的控制等，不是很好。上述幾個(gè)因素的綜合作用使其降到500千伏運(yùn)行。

趙憶寧：世界各國從什么時(shí)間開始研究與建設(shè)特高壓輸電網(wǎng)?

陳維江：是在20世紀(jì)的60—90年代。美國、日本、蘇聯(lián)、意大利等國家當(dāng)時(shí)經(jīng)濟(jì)快速增長(zhǎng)，電力需求旺盛，對(duì)建設(shè)特高壓電網(wǎng)有很大的動(dòng)力。但是只有蘇聯(lián)建成工程，盡管后來降低了運(yùn)行電壓，其他國家都沒有建成完整的工程。

比如美國，1967年開始對(duì)1000千伏特高壓輸電的特性展開研究，當(dāng)時(shí)主導(dǎo)這項(xiàng)技術(shù)研究的有美國電力公司(American Electric Power，AEP)和美國邦納維爾電力局(Bonneville Power Administration，BPA)，它們建了一些試驗(yàn)設(shè)施，甚至規(guī)劃了工程，但是規(guī)劃沒有付諸實(shí)施，主要原因是遇到了20世紀(jì)70年代的石油危機(jī)。另外，美國能源供求的不平衡性不是很突出，對(duì)特高壓遠(yuǎn)距離、大容量的傳輸需求隨著經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)的放緩和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整變得不再迫切，原來所規(guī)劃的特高壓電網(wǎng)的建設(shè)和技術(shù)的應(yīng)用就都被擱置了?？陀^地說，20世紀(jì)美國在世界上研究特高壓輸電技術(shù)的國家中算是比較領(lǐng)先的，但是美國沒有實(shí)現(xiàn)工程應(yīng)用。

趙憶寧：日本的情況呢?

陳維江：日本是一個(gè)多島小國，國土面積不足38萬平方公里，對(duì)特高壓遠(yuǎn)距離、大容量輸送的需求客觀上來說沒有大國的需求旺盛。但是20世紀(jì)60—70年代日本經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展，而資源短缺，便規(guī)劃千萬千瓦的核電項(xiàng)目，負(fù)荷中心在東京灣沿岸區(qū)域，如果用500千伏輸送，輸電線路將比較密，占用的走廊面積大;如果提升輸電壓等級(jí)，可提高輸電效率、節(jié)約土地資源。日本基于這樣的需求也開始研究特高壓輸電技術(shù)。

日本研發(fā)出了特高壓輸電的相關(guān)設(shè)備，還建了兩條同塔雙回路的特高壓交流輸電線路，其中一條就是從福島到東京的線路。兩條輸電線路約430公里，分別于1992年和1999年建成。雖然建成了兩條線路，設(shè)備也有了，但并不是完整的工程，因?yàn)樽冸娬居玫倪€是500千伏設(shè)備。日本1000千伏特高壓輸電線路降壓至500千伏等級(jí)運(yùn)行。其原因仍然是經(jīng)濟(jì)危機(jī)導(dǎo)致需求下降，原來所規(guī)劃的大規(guī)模核電項(xiàng)目未付諸實(shí)施。在福島核電站沒有出事之前，我們?cè)?jīng)詢問日本東京電力的同行究竟是否上馬特高壓輸電項(xiàng)目，當(dāng)時(shí)他們還說他們的項(xiàng)目會(huì)盡快上馬。但是福島核電事故以后，日本投運(yùn)特高壓輸電項(xiàng)目的可能性就更小了。

趙憶寧：意大利是不是也開展過特高壓輸電工程實(shí)踐?

陳維江：意大利在歐洲算得上工業(yè)基礎(chǔ)強(qiáng)國。通常來說，歐洲國家輸電網(wǎng)的最高電壓等級(jí)為380千伏，最高運(yùn)行電壓是400千伏。意大利當(dāng)時(shí)工業(yè)比較發(fā)達(dá)，想把南部的煤電送到北部，為此研究特高壓輸電技術(shù)。意大利當(dāng)時(shí)選的標(biāo)稱電壓是1050千伏，并建立了試驗(yàn)站，對(duì)絕緣子與電磁環(huán)境特性做了一些研究，也建成了幾十公里的試驗(yàn)線路，但是，還是因?yàn)榻?jīng)濟(jì)方面的原因，原來規(guī)劃的工程沒有上馬。美國、日本加上意大利都曾經(jīng)研究開發(fā)過特高壓輸電技術(shù)，但最終由于經(jīng)濟(jì)方面原因項(xiàng)目停滯或者暫緩，或者是降低輸電壓等級(jí)。

1988年國際大電網(wǎng)委員會(huì)成立了一個(gè)工作組，對(duì)世界范圍內(nèi)特高壓輸電技術(shù)的開發(fā)做過一個(gè)調(diào)研和總結(jié)，其結(jié)論是：特高壓交流輸電技術(shù)沒有不可逾越的障礙，已經(jīng)基本上達(dá)到可以應(yīng)用的程度。正是鑒于上述國家的實(shí)踐，特高壓輸電在技術(shù)方面已經(jīng)沒有障礙。

趙憶寧：這些國家在20世紀(jì)70年代開展的特高壓輸電的研究，前提是預(yù)測(cè)未來電力需求急驟增長(zhǎng)，如果不上馬新電壓等級(jí)輸電網(wǎng)，電網(wǎng)可能滿足不了需求。但是實(shí)際上20世紀(jì)70年代末，這些國家經(jīng)濟(jì)發(fā)展變緩，電力需求量年增長(zhǎng)只有1%～2%，因此特高壓輸電研究被擱置，特高壓輸電計(jì)劃被取消，這倒是印證了經(jīng)濟(jì)學(xué)中的生產(chǎn)可能性邊界理論。

陳維江：是的。發(fā)達(dá)國家雖然研究開發(fā)了特高壓輸電技術(shù)，但是由于經(jīng)濟(jì)下滑導(dǎo)致了技術(shù)的閑置，未能完成經(jīng)濟(jì)資源和生產(chǎn)技術(shù)最大限度的結(jié)合。而中國恰恰是存在經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)的潛力，即存在生產(chǎn)可能性和市場(chǎng)的需求。另外，20世紀(jì)的特高壓輸電技術(shù)和設(shè)備均不成熟，也沒有相關(guān)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范。

三、中國特高壓輸電為何是自主創(chuàng)新

趙憶寧：談到特高壓輸電，聽到最多的是“自主創(chuàng)新”。我的問題是，在我們之前已經(jīng)有歐美國家的實(shí)踐，何來“自主”與“創(chuàng)新”?

陳維江：長(zhǎng)期以來，中國電力技術(shù)的發(fā)展，從高壓到超高壓輸電技術(shù)的發(fā)展，實(shí)際上是走了“引進(jìn)吸收消化再創(chuàng)新”的道路，或者叫跟蹤式的技術(shù)發(fā)展路線。關(guān)于特高壓輸電，中國到底有哪些創(chuàng)新?如果按照過去的發(fā)展模式，我們是不是仍舊可以走“引進(jìn)吸收消化再創(chuàng)新”的道路呢?回答是不可以。

趙憶寧：為什么?

陳維江：發(fā)達(dá)國家雖然開展過特高壓輸電試驗(yàn)研究，蘇聯(lián)還建設(shè)了特高壓輸電工程，但是并沒有形成成熟的技術(shù)和設(shè)備，更沒有完整的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系以供參考。雖然國際大電網(wǎng)委員會(huì)認(rèn)為已經(jīng)沒有障礙了，但是如果我們依舊走老路，馬上就會(huì)遇到一個(gè)問題：當(dāng)中國建設(shè)500千伏電網(wǎng)時(shí)，我們還能夠買到“八國聯(lián)軍”的設(shè)備，但是建設(shè)1000千伏電網(wǎng)，技術(shù)與設(shè)備從哪里引進(jìn)?我們即便是有錢，在國際市場(chǎng)也買不到!另外，雖然國外研究過特高壓輸電技術(shù)，但是別人研究過并不等于你就掌握了;加之20世紀(jì)的技術(shù)水平，已經(jīng)同目前科學(xué)技術(shù)的水平無法相比，眾多新材料相繼出現(xiàn)，電子信息技術(shù)飛速發(fā)展，特別是輸電線路對(duì)變化的環(huán)境更加敏感，這都導(dǎo)致已經(jīng)不可能照搬原來的技術(shù)。問題的關(guān)鍵是國外的技術(shù)還存在一定的缺陷，即使蘇聯(lián)建成了完整的工程，但當(dāng)時(shí)變電站采用的是敞開式布置，這樣的技術(shù)顯然落后了。在這樣的情況下，我們面臨的技術(shù)難題，采用“引進(jìn)消化吸收再創(chuàng)新”的技術(shù)路線去攻克，走不通了，必須要走自主創(chuàng)新之路。

趙憶寧：這個(gè)技術(shù)路線非常獨(dú)特，不同于我國的高鐵和大飛機(jī)研發(fā)路線，有點(diǎn)類似于我國原子彈以及航天技術(shù)的研發(fā)路線。

陳維江：無論是西門子、ABB還是日本三大電氣設(shè)備制造公司，即便它們擁有特高壓輸電設(shè)備制造技術(shù)，也不會(huì)無償給我們。當(dāng)然，科學(xué)技術(shù)發(fā)展規(guī)律是無國界的，特高壓輸電技術(shù)研發(fā)的思路、方法及部分結(jié)論是可以參考的。遺憾與慶幸同在：當(dāng)今世界上沒有特高壓輸電的成熟技術(shù)和設(shè)備，關(guān)鍵參數(shù)與技術(shù)特性的獲取，也只能立足于自主創(chuàng)新。所以說特高壓輸電給了中國一次實(shí)現(xiàn)跨越式發(fā)展與自主創(chuàng)新的歷史性機(jī)會(huì)。

趙憶寧：但是其難度也是顯而易見的。

陳維江：是的。歷史上中國電網(wǎng)技術(shù)發(fā)展都是跟蹤式的發(fā)展，縮小差距，趕上世界先進(jìn)水平已經(jīng)很難了，而現(xiàn)在要超越發(fā)達(dá)國家，提升一個(gè)電壓等級(jí)，這意味著要突破現(xiàn)有的工業(yè)基礎(chǔ)限制，突破已有的技術(shù)與人才儲(chǔ)備限制，全面掌握特高壓輸電技術(shù)，自主研發(fā)的難度確實(shí)很大。

趙憶寧：2004年年底，國家電網(wǎng)公司正式提出發(fā)展特高壓輸電技術(shù)，為何在短短5年后就能夠建成一個(gè)特高壓輸電示范工程?

陳維江：實(shí)際上，中國在特高壓輸電技術(shù)領(lǐng)域的研究一直跟蹤著國外的技術(shù)發(fā)展。電力部門下屬的科研單位，從1986年起，就做過一些跟蹤性的可行性與試驗(yàn)性研究，但是研究在深度和廣度上都還沒有達(dá)到技術(shù)適用的程度。2004年國家電網(wǎng)公司提出在中國研發(fā)和應(yīng)用特高壓輸電技術(shù)后，我們組建了一支超大規(guī)模的創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)，形成了名副其實(shí)的產(chǎn)學(xué)研協(xié)同創(chuàng)新模式，專門成立了特高壓輸電建設(shè)部，組織幾萬人參與技術(shù)研發(fā)與工程建設(shè)。

趙憶寧：除了技術(shù)跟蹤之外，中國的體制具有什么樣的助推作用?

陳維江：為什么我們能花較短的時(shí)間取得成功，當(dāng)然得益于中國的體制優(yōu)勢(shì)。我們的體制優(yōu)越性突出體現(xiàn)在能集中力量辦大事，特別是體現(xiàn)在配置資源的能力、組織協(xié)調(diào)的力度上，能夠真正實(shí)現(xiàn)產(chǎn)學(xué)研協(xié)同創(chuàng)新。在這個(gè)方面俄羅斯、美國、日本、意大利的同行們是無法與我們相比的。

趙憶寧：中國特高壓輸電工程的建設(shè)帶來哪些外部效應(yīng)?

陳維江：最重要的是推動(dòng)中國電力技術(shù)實(shí)現(xiàn)重大進(jìn)步，大幅提升了中國在國際電工領(lǐng)域的影響力和話語權(quán)。中國特高壓輸電自建成第一個(gè)示范工程以來，共完成180項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)研究課題，形成429項(xiàng)專利，建立了包含7大類79項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)的特高壓交流輸電標(biāo)準(zhǔn)體系，涵蓋系統(tǒng)研究、設(shè)備制造、調(diào)試試驗(yàn)和運(yùn)行維護(hù)等環(huán)節(jié)。目前我國的特高壓交流輸電標(biāo)準(zhǔn)電壓已被推薦為國際標(biāo)準(zhǔn)電壓，國際大電網(wǎng)委員會(huì)與電氣和電子工程師學(xué)會(huì)先后成立了由我國主導(dǎo)的9個(gè)特高壓輸電工作組，國際電工委員會(huì)(IEC)成立了特高壓交流輸電系統(tǒng)技術(shù)委員會(huì)(TC122)。我國成為繼美、德、英、法、日之后第六個(gè)國際電工委員會(huì)常任理事國，在國際標(biāo)準(zhǔn)制定方面的話語權(quán)和影響力顯著提升。標(biāo)準(zhǔn)化水平不僅是衡量一個(gè)企業(yè)核心競(jìng)爭(zhēng)力的重要指標(biāo)，也是衡量一個(gè)行業(yè)乃至國家核心競(jìng)爭(zhēng)力的重要指標(biāo)。通過制定標(biāo)準(zhǔn)搶占技術(shù)制高點(diǎn)，已成為世界知名企業(yè)參與全球競(jìng)爭(zhēng)、提高核心競(jìng)爭(zhēng)力的重要途徑。