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特高壓成敗

http://magazine.caing.com/chargeFullNews.jsp?id=100251684&time=2011-04-23&cl=115&page=all

未來5000億投資一觸即發,取決於一個問題:中國的交流特高壓輸電是世界之最還是沒有競爭力?
財新《新世紀》 實習記者 蒲俊 記者 曹海麗 楊悅

 

  全世界電力業最受關注的這條輸電線路有了結果:

  號稱輸電能力能達到500萬千瓦,最終最大輸電功率只有283萬千瓦;表面上達到了280萬千瓦的設計輸電功率,但在這一輸送功率上僅能維持送電1秒—2秒——這等於未達設計標準。

  它是100萬伏交流特高壓試驗示範工程(下稱試驗示範工程),起自山西長治,經河南南陽,終於湖北荊門,全長653.8公里。

  在這條輸電線路上,有50多億元、三年時間、難以數計人力物力的投資。如果它獲得成功,那麼投資5000億元以上的交流特高壓輸電計劃將不可阻 擋,華北、華中、華東電網將聯為一體,國家電網公司「全國一張網」的努力將獲得里程碑般的進展,對其壟斷地位十餘年來不止歇的挑戰將被徹底推至身後。

  現在,這個試驗示範工程受到了強烈的質疑。

  為什麼要建這條交流特高壓輸電線路?國家電網公司說,是要解決中國能源資源地區分配不均的問題,在水力和煤炭資源豐富的西部就地建設電廠,發出的電經特高壓線路,遠距離、大容量輸送到東部和中部等經濟較發達地區。

  如果試驗示範工程成功,國家電網空前規模的「三華聯網」計劃將隨之而來:到2015年,通過多條特高壓輸電線路,聯接華北電網、華中電網和華東 電網,形成「三縱三橫一環網」,投資總額將超過5000億元。到2020年,這張網將擴張至五縱六橫的棋盤形格局,投資額將更為龐大。這些縱貫南北的交流 特高壓輸電通道就如同「電力高速路網」,將華北、華東和華中緊密聯繫起來,搭建出全國聯網的雛形。

  特高壓之於國家電網公司的重要性,恰如高鐵於鐵道部,抑或更甚;只不過關鍵詞不是速度,是功率。

  與高鐵類似,也是從特高壓試驗示範工程上馬之前,電力業內就有廣泛爭議。反對理由主要有三:

  ——交流特高壓技術不成熟,上世紀經過九年運行的俄羅斯和做過大量試驗的日本、美國、意大利等國均已不再採用交流特高壓;

  ——用交流特高壓將區域電網聯繫起來,有導致全國大停電的危險。目前國際發展趨勢是電網同步運行的範圍縮小,以促進電網安全,而交流全國聯網意味著全國一個頻率;

  ——輸電線路越長、電壓越高,造價越高,且超過一定距離後用交流特高壓輸電,損耗和阻力增大,長距離送電不如送煤划算。

  在爭議聲中,試驗工程輾轉加上「示範」二字,於2006年8月9日獲得國家發改委核准,當年8月19日開工建設。當時國家電網公司介紹稱,「最高運行電壓110萬伏,自然輸送功率500萬千瓦」。

  2009年1月6日,試驗示範線路正式投入運行。國家電網公司在2010年1月的一篇新聞稿中稱,「工程投運後,最高運行電壓1082千伏,最大輸送功率達283萬千瓦」,並未達到500萬千瓦。但這份新聞稿同時稱,試驗示範線路「符合設計預期」。

  清華大學電機系退休教授王仲鴻稱此為笑談:283萬千瓦的輸送功率僅能短暫維持1秒,根本無法穩定運行。「(這條線路)距離和送電功率都不算大,既然設計輸電功率是280萬千瓦,為什麼送不到?送不到就說明有問題。」

  2010年12月,包括王仲鴻在內的23位來自北京和其他地區的電力行業老專家集體聯名上書,題為《關於交流特高壓『三華聯網』的問題和我們的 建議》(下稱《建議》)。這些人中,除一人為電監會在職官員,其餘22人均為退休官員和專家。建議在2011年1月7日被呈至國務院總理案前,總理批閱後 由國家能源局輾轉至國家電網公司。

   一切都未能阻止國家電網公司繼續推進以交流特高壓技術為核心的「三華聯網」建設。接近電監會的消息人士稱,國家電網公司正通過各種渠道力推「三華聯網」相 關項目上馬,要求盡快核准淮南到上海的第二條交流特高壓線路。國家電網公司不承認試驗示範線暴露出來的問題。2011年1月30日,國家電網公司給在《建 議》信上籤字的多位老專家分別發了一封信,堅持稱「特高壓交流試驗示範工程全面成功」。

  國家電網公司宣揚的遠景,是「三華聯網」後跨區輸送電容量超過2億千瓦,佔全國總裝機容量的20%以上。

  在反對者看來,試驗示範線證明,這是一個耗資巨大但最終只能降低輸電能力運行的氣泡工程。為保安全,試驗示範線實際調度運行中的最大輸送功率為 200萬千瓦,通常則為100萬到150萬千瓦之間。這就如同修了一條原定最高時速為500公里的高速鐵路,結果最高瞬間時速只能達到283公里,且無法 穩定運行,大部分時間只能按時速100—150公里運行。

  專家們更擔心的,則是由交流聯網而來的全國大停電的潛在風險。

   「特高壓」,誰的危機?

「試驗」與「示範」之爭

試驗還只是試一試,示範就包含了要繼續推廣應用的含義。試驗、示範並存,支持者和反對者都留下了伏筆

  特高壓電網,指100萬伏的交流或±80萬伏的直流電網。

  電力通過高壓線路完成遠程輸送,再通過變壓器降低電壓等級供千家萬戶使用。在電力領域,為減少損耗,一般用升高電壓的辦法來多送電。22萬伏為高壓,35萬伏到75萬伏統稱超高壓,100萬伏以上就是特高壓了。

  目前,中國的長距離輸電和世界其他國家一樣,主要使用50萬伏的直流和交流電網。業內公認,50萬伏的線路,經濟輸送距離在600公里以內。超過此標準,則損耗加大,輸送能力下降。

  國家電網決心將電能輸送到更遠的地方。

  2005年2月24日,甫上任的國家電網公司總經理劉振亞在《中國電力報》上發表文章稱,加快建設「以百萬伏級交流和±80萬伏級直流系統特高壓電網為核心的堅強的國家電網,是國家電網公司的重要使命」。

  他強調,加快特高壓電網發展的關鍵,在於「盡快啟動並實施特高壓示範工程,力爭早立項、早開工,並以示範工程為依託,積累經驗,完善技術體系,為下一步特高壓電網的加快建設和發展奠定堅實的基礎」。

  「交流特高壓」就此顯現。就在這一年,晉東南至湖北荊州和淮南至上海的兩條100萬伏交流輸電線路的前期工作都已展開,前者是國家電網公司主推的線路,其可行性研究也已完成,當時國家電網公司強調將在2005年開工建設,2007年建成。

  業內對於中國要不要發展交流特高壓意見不一。

  就直流與交流比較而言,電力業內一般認為,高壓直流輸電,電流的大小和方向不會隨時變化,因此運行比較穩定可靠、損耗較小、調節迅速,也比較節 約線材,能夠減少投資。高壓交流輸電,能比較方便地將其他機械或化學能量轉化成電能,並通過變壓器隨時升壓或降壓,使用起來比較靈活;但輸送損耗較大,而 且容易因波動,造成多米諾骨牌效應,擴大停電事故範圍。

  2005年5月25日,中國投資協會在進行了幾次內部座談會後,就交流特高壓可能存在的風險,向國務院提交了一份《關於發展特高壓電網存在的問 題和建議》,其中列舉了「十大問題」和「兩點建議」。三天後,溫家寶總理批示,建議發改委會同國家電網公司進一步研究論證特高壓電網的問題。

  這年6月21日,國家發改委在北戴河組織召開了特高壓輸電技術研討會,主要就是討論交流特高壓試驗線路的相關問題。

  據參會的原國家計委燃料動力局局長蔣兆祖回憶,當時主要有三種觀點:一是強烈反對,以原電力部生產司教授級高工蒙定中等專家為代表,認為交流特 高壓全國聯網破壞我國分層分區的電網安全,且技術在國外已經證明不可行,既不經濟,又很危險,長距離輸電應用直流。二是溫和修正,以蔣本人為代表,認為從 探索遠程輸電前沿技術的角度,試驗線路可以搞,但線路總長應控制在200公里以內,這樣即便失敗,損失也比較小。蔣在當時還擔任著中國國際諮詢公司(下稱 中咨公司)常務副總經理。第三則是支持派,即支持國家電網公司的意見,認為從中國的資源稟賦出發,這條線路可以建、必須建。

  原水電部計劃司司長吳敬儒告訴財新《新世紀》記者,當時會上提出了三種試驗線路方案——晉東南至荊門、淮南至上海、四川樂山至重慶。其中國網堅 持晉東南至荊門,他則贊成建設從淮南到上海的試驗路線,認為晉東南至荊門路線的電源不明確。這位能源專家的意見得到了華東電網的支持,但仍屬於少數派。

  參與組織當年北戴河會議的一位官員向財新《新世紀》記者表示,這次會議是按總理批示開的,開得很好,各抒己見,很多專家都發出了不同的聲音。問題出在會後。蔣兆祖透露,儘管這次研討會的會議紀要把不同觀點都記錄了下來,卻沒能及時、如實地送到國務院領導手中。

  三個月後的2005年9月下旬,晉東南—荊門的100萬伏交流特高壓試驗的可行性報告上報國家發改委。甚至溫和修正的意見也沒有得到採納,因為晉東南—荊門線路的總長超過600公里。更重要的是國網從一開始,即將此試驗線路稱為「示範工程」。

  報告一年後獲批。

  一條試驗線路,原本目的即為探索技術,為何尚未建成就被稱作示範工程?蔣兆祖說,國務院在批覆時把這條交流線路稱為「試驗線路」,但國家電網公司執意要命名為「示範工程」,最終「試驗」「示範」並存。

  文字遊戲大有深意:試驗還只是試一試,允許成功,也允許失敗;示範就包含了要繼續推廣應用的含義。試驗、示範並存,支持者和反對者都留下了伏筆,等著看這個工程本身究竟如何。

晚了十個月的終檢報告

驗收專家說,「有一些最基礎的要求我們不能讓步」

  試驗示範工程於2008年12月底竣工,2009年1月6日22時正式投入運行。2009年7月4日國家發改委組成國家驗收專家組,工程終驗檢查考核和現場抽查為期十天,在7月16日拿出了一份《終驗檢查報告》。

  過程很順利。但驗收專家組成員在這份報告上籤字,卻遲至2010年5月。

  為什麼隔了十個月?

  原電力規劃設計總院規劃處副處長曾德文是驗收專家組的成員之一。他說:「我們很客觀地反映一些問題,但是它(國家電網公司)不滿意。」

  曾德文同時擔任著原中國電力工程顧問集團公司專家委員會委員。他說,「有一些最基礎的要求我們不能讓步……差不多過了大半年才把報告交了。本來還要開一個大會,不開了,就讓大家簽字。」

  驗收報告裡的幾句保留評價,讓國家電網公司耿耿於懷:「進一步考核本工程輸送能力;建議優化電源佈局和運行方式,使能源流向合理;工程投入運行 時間較短,已投入運行的設備還沒有經受充分考驗,應加強100萬伏輸變電設備的運行監測;鞏固和發展設備國產化成果,加快特高壓交流斷路器滅弧室與操動機 構、變壓器與電抗器的高壓套管和絕緣成型件等關鍵部件國產化進程;對今後擬建100萬伏交流特高壓輸變電工程項目,建議加強項目論證。」

  2010年8月12月,國家電網公司在北京召開了特高壓交直流示範工程總結表彰大會。會上表彰的交流示範工程,即富於爭議的晉東南—荊門線路特 高壓交流線路。大會認為,特高壓交直流示範工程的成功建設和可靠運行,實際驗證了發展特高壓的可行性、安全性、經濟性和環保性。在特高壓輸電方面率先實現 了「中國創造」和「中國引領」,形成了一大批「世界之最」。

  這顯然不符合一些專家對晉東南—荊門線路的看法。曾德文就曾經支持特高壓技術實踐,但在試驗示範工程驗收後堅定了看法:「交流特高壓現在還不具備競爭力,不宜盲目推廣應用。」

  在他看來,晉東南-荊門線路試驗示範工程本身主要有兩個問題,一是沒有經過大負荷考驗,目前這條線路的送電能力基本在200萬千瓦以下,尚未達到設計能力;二是一些關鍵的核心技術和設備,儘管國內廠家也做了試驗,但出於安全考慮並沒有沒有掛到網上去實際運行。

  「說核心技術國產化達到90%,實際上把什麼都算在裡面,一些導管和GIS部件等核心技術卻完全沒有國產化。」曾德文對財新記者說。

  試驗示範工程原本聲稱要將晉東南的煤電送往華中。但截至2010年1月6日24時,試驗示範工程累計送電91億千瓦時,其中華北火電送華中58 億千瓦時,華中水電送華北33億千瓦時。原華中電業管理局副總工程師張育英透露,晉東南並無多餘電力輸送華中,結果是以水電北送名義將華中的電經這條線路 倒送華北,還導致華中冬季電煤告急。

  在這些專家們看來,晉東南-荊門交流特高壓試驗示範線倉促上馬,未經嚴格論證,不僅技術上沒有達到目的,從實際應用角度衡量也沒有意義。軟肋是 經濟性不高。「花了50多億,容量上不去,經濟性就好不了。」原電力規劃總院規劃處處長、原國家電網建設公司顧問丁功揚說,「現在為了提高輸送功率,還要 在中途加更多變壓站,又是幾十億元要花出去。」

  此外,這條線路還存在著低頻振盪和電磁環網的問題,即會導致線路連接的兩大電網互相干擾。專家們指出,這都是交流輸送必然產生的問題,而直流輸送沒有這個危險。

  低頻振盪是電力系統在遭受擾動後聯絡線上的功率搖擺。機組越多、連接區域越廣,連接越鬆散,則振盪頻率越低,嚴重的會導致系統失穩、解列,甚至造成大範圍停電事故。

  電磁環網是指兩組不同電壓等級的線路,通過兩端變壓器磁回路的聯接而並聯運行。在這種情形下,一旦發生高壓線路斷開這樣的常見事故並引起負荷轉移,很有可能造成事故擴大,系統穩定被破壞。

「輸電能力說得太多了」

500萬千瓦送電能力成空。許多專家們認為,要解決中國能源分佈不均衡的問題,輸電不如輸煤

  在國家電網公司給自己的回信上看到「全面成功」的說法時,王仲鴻教授感到又可氣又可笑,「當然,國家電網不會承認試驗線路是個笑話。」

  78歲的王仲鴻在清華大學電機系就職近60年,一直從事電力系統教學和研究工作,就特高壓電網問題已經寫了71篇文章。「我覺得特高壓交流有問題是從2005年的北戴河會議開始,當時我覺得國家電網把輸電能力說得太多了。」

  王仲鴻告訴財新《新世紀》記者,國家電網公司廣為宣傳,100萬伏交流特高壓輸電線路能送500萬千瓦,其邏輯非常簡單:輸電損耗與電流的平方 是成正比的,如果電壓提高1倍——從50萬伏提高到100萬伏——電流減小1倍,輸送能力差不多就能達到原來50萬伏線路的4倍,也就是400萬—500 萬千瓦。

  通過2009年的一次國內會議,王仲鴻看到了試驗示範工程的錄波圖,從錄波圖上看,試驗示範工程平均輸電功率254千瓦的振盪份量為58萬千 瓦,比值為22.8%,超過一般安全運行的規定值10%,不能安全運行。錄波功率的動態過程顯示的是失去穩定前的擺動,它不在電網固有的振盪週期範圍 0.7秒到10秒之間內,而是在20到40秒之間變動。

  經過進一步實驗和仿真計算,王仲鴻認為,由於電網中各種電器元件對交流電輸送都有阻礙作用,如果試驗示範工程要安全輸送280萬千瓦電量,其交 流輸電最大功率應為329萬千瓦(以安全裕度15%計算)。王仲鴻舉出試驗示範工程現場的試驗錄波說明,平均輸電功率達到254萬千瓦已不能運行。

  國家電網公司也明白,試驗線路現有的送電能力並不能達到原來宣傳的水平。他們的解決辦法是要求擴建。

  2010年年底,國家發改委核准了試驗示範工程的擴建工程,將再增加投資43億元,在試驗示範線中途擴建三座100萬伏變電站,新增1200萬千伏安變電容量。交流特高壓試驗示範線總投資升至近100億元。

  但王仲鴻認為,「擴建了也送不到500萬千瓦。」

  王仲鴻從一位在山西工作的工程師那裡獲知,他們曾對從山西送出500萬千瓦電,在河南南陽分流200多萬千瓦的情況進行過仿真模擬,發現所謂的500萬千瓦輸電很可能並不是從山西長治到湖北荊州,而是僅存在於山西長治至河南南陽之間。

  也就是說,號稱要遠距離送電500萬千瓦,其實途中不斷分流打折,真正到地方已經分流過半。

  這其實是國家電網公司的慣常做法。計劃建設的內蒙古錫林郭勒盟至江蘇南京的100萬伏特高壓輸電工程,錫盟出口為940萬千瓦,行至北京分流432萬千瓦,至濟南又分流273萬千瓦,到南京僅剩235萬千瓦。

  華南向上海送電亦是如此,華南先向蕪湖送電300多萬千瓦,在蕪湖附近新建一個發電廠,將蕪湖至浙江這段不足150公里線路的輸電功率提高到500萬千瓦,到了浙江再分流,實際送到上海的不足200萬千瓦。

  此外,電力專家蒙定中和吳敬儒還強調,從國家能源戰略的角度考慮,要解決中國能源分佈不均衡的問題,輸電不如輸煤,「比下來(輸電)不經濟,差 3倍」。其中關鍵,是中國產煤地多缺水,使用空冷機組的發電煤耗比水冷機組共多15.5%,平均輸電1500公里功率損失較輸煤大2.5%,而如果用鐵路 輸煤到用電中心建火電廠可使用水冷機組,前者比後者要多耗煤18%。

目標「三縱三橫」

國家電網的特高壓建設仍在一路向前

  多位老專家們並非籠統反對特高壓電網,但共同反對「三華聯網」,亦即國家電網公司從2010年8月開始提出的到2015年建成華北、華東、華中(「三華」)特高壓電網,形成「三縱三橫一環網」。

  上書的23位老專家認為,「三華聯網」將破壞中國目前分層、分區、分散外接電源的「三分」結構,為電網連鎖跳閘、破壞系統穩定甚至造成大面積停電埋下隱患。

  目前,華中對華東電網和南方電網都是通過直流線路連接,三大區域內發生的事故不會相互影響。比如,2006年河南鄭州發生停電事故。鄭州西區和 南區大範圍停電,且華中全網失穩,之後直流聯網的華北電網迅速解列,事故沒有波及開來。反之,如果用交流線路將三個大區電網強聯成一個同步運行的獨立電 網,一旦發生較為嚴重的事故,很容易因波動造成不同步,繼而容易引發多米諾骨牌效應,致使事故範圍擴大。

  特高壓交流工程的造價也較高。國家電網公司曾在給老專家們的回信中稱,「100萬伏特高壓交流工程的工程造價為常規50萬伏輸電的73%」,「實際動態總支出為57.36億元」。但這一造價現在實際上已升至近100億元。

  曾德文告訴財新《新世紀》記者,特高壓交流線路一個變電所投資就20億到30億元,而50萬伏線路上,修建一個變電所只需2億多元。整個試驗線路每公里線路投資800萬元,相當於在50萬伏線路上「又搭了頂帽子」,成本太高。

  王仲鴻介紹說,通常的50萬伏高壓線路輸電走三回線可以穩定地達到270萬千瓦,工程投資為43億元。試驗示範工程輸電即使按能達到280萬千瓦計算,也比50萬伏線路貴了20%以上。

  相比起交流特高壓,直流特高壓在長距離輸電方面優勢明顯,從三峽到廣東的±50萬伏直流輸電工程,輸電距離比試驗示範工程長44%,輸電能力比試驗示範工程多50%,平均年輸電電量比試驗示範工程多80%。

  為了避開針對特高壓交流輸電線路的爭議,國家電網公司一直將直流、交流特高壓統稱為特高壓。但據蒙定中介紹,國際上過去一直把80萬伏以下的電壓等級叫超高壓。

  2006年開國際交流特高壓會議時,國家電網公司高層曾大力遊說多家相關學會,最終推動了2007年IEC(國際電工協會)和國際大電網會議聯 合決定,±80萬伏直流輸電也叫特高壓。如此,±80萬伏的直流輸電線路和100萬伏的交流輸電線路,就被統一在「特高壓」這一個帽子下。

  多位專家向財新《新世紀》記者表示,在600公里範圍以外的輸電也可以用直流特高壓,目前技術成熟;在600公里以內則可以用現有的50萬伏線路,交流特高壓並無存在必要。

  為何國家電網公司仍要大力發展交流特高壓?在他們看來,這更多是國家電網公司出於自身利益的「戰略考慮」,即通過建設以交流特高壓為核心的全國 電網進一步加強壟斷地位,將「全國一張網」牢牢抓在自己手中。直流特高壓則只能實現遠距離輸電,而無法形成完全意義上的統一電網。

  多位電力行業內部人士向財新《新世紀》記者透露,目前國家電網公司正在著手削弱旗下五大區域電網公司,意在將其變成國家電網外派的事業部門。倘若真是如此,電力體制改革不僅是停滯不前,甚至是在倒退。

  始於2002年的電力體制改革,曾在國家電網內設立了五大區域電網公司。改革有意通過相應過渡性安排,鼓勵區域電網做大做強,並在可能的情況下 進行股份化改造,以促進效率比較和競爭。國家電網公司削弱五大電網,顯系逆行之舉。事實上,倘基於特高壓的壟斷付諸實施,則與國家電網並存的南方電網及其 他小型獨立電網公司也將失去市場角力的平等地位。

  目前,國家電網的特高壓建設仍在一路向前。按國家電網公司的既定時間表,要「力爭錫盟—南京、淮南(南京)—上海交流特高壓工程上半年核准,蒙西—長沙、靖邊—連云港特高壓交流工程年內核准」。對於已經59歲的國網公司總經理劉振亞來說,今年將是特高壓的關鍵一年。

  仍然在堅持發出不同聲音的老專家們的願望其實很簡單, 「這麼大的工程應該需要方案比較,不能領導說要建,就拿出一個說明書來。」

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