0.0054秒,1616公里,來自寧夏的電力抵達湖南。8月20日,我國首個獲得核準的“沙戈荒”新能源外送工程寧夏—湖南±800千伏特高壓直流輸電工程(以下簡稱“‘寧電入湘’工程”)投產送電,每年可從寧夏向湖南輸送電量超360億千瓦時,滿足超1000萬戶家庭一年的用電需求。
習近平總書記強調,加快建設新型能源體系,做大做強一批國家重要能源基地。加強管網互聯互通,提升“西電東送”能力。“寧電入湘”工程是以輸送沙漠、戈壁、荒漠大型風電光伏基地新能源為主的外送特高壓直流通道,也是我國今年投產送電的第三條特高壓直流輸電工程,對于推動寧夏能源資源開發外送、促進清潔能源大范圍優化配置、提高電力供應保障能力具有重要意義。
跨越千里的電力“高速公路”是如何工作的?將塞上“風光”轉化成源源不斷的穩定電力“閃送”千里之外,需要克服哪些技術難題?它的投運給湖南乃至全國的電力資源配置帶來哪些影響?讓我們一起走近“寧電入湘”工程。
容量大、距離遠、效率高,因地制宜定制方案應對復雜地質條件
寧夏中衛市,陽光充足、風力強勁,是發展新能源的天然寶地。在廣袤的沙漠、戈壁、荒漠上,一塊塊光伏發電板、一座座風力發電機凝聚“風光”之力,源源不斷地產生綠色電能。
“寧電入湘”工程猶如一條能源“鵲橋”,將此地與千里之外的湖南緊密相連。強大的電流沿著特高壓直流輸電線路從中衛奔騰而下,抵達湖南衡陽市衡陽換流站,在這里完成交直流轉換,接入湖南電網交流系統,將清潔電力安全穩定地輸送至湖南全省各地。
翻高山、穿峻嶺、跨黃河、過長江,這條全長1616公里的輸電通道途經寧夏、甘肅、陜西、重慶、湖北、湖南等六省區市,輸送容量800萬千瓦,每年可向湖南輸送電量超360億千瓦時。
作為“十四五”電力發展規劃的重點項目,“寧電入湘”工程與其他特高壓工程一起,構筑起我國四通八達的電力“高速公路”。數據顯示,“十四五”期間,我國特高壓工程總投資超過3800億元,共開工建設了19條特高壓工程。如今,我國特高壓輸電通道總里程已突破5萬公里,相當于繞地球赤道一周多。
相較于普通輸電通道,特高壓輸電通道有何不同?
“容量大、距離遠、效率高是其顯著優勢。”國家電網有限公司特高壓事業部副主任宋勝利介紹,特高壓輸電通道容量是普通通道的3倍以上,能高效滿足大規模電力輸送需求。在輸電距離方面,普通輸電通道受技術限制,輸電距離較短,難以滿足跨區域長距離送電需求;而特高壓輸電通道幾乎不受距離限制,比如可實現從新疆到安徽3000多公里的電力輸送。此外,特高壓輸電通道的損耗率較低,比如“寧電入湘”工程的損耗率約4%至5%,遠低于普通輸電通道的損耗水平,能有效減少電力在傳輸過程中的浪費。
與這些優勢相伴相隨的,是其帶來的設計建設難度。特高壓輸電通道往往跨越多省,沿途地形地貌多樣,可能要越過高山大嶺、沙漠戈壁、河流湖泊,穿過高海拔地區、地震高發區、濕陷性黃土區,還得規避城市規劃區、生態保護區、礦區等區域,需在安全性、經濟性與國家生態、城市規劃要求之間尋找平衡。
國家電網有限公司特高壓事業部線路處處長趙江濤告訴記者:“在設計建設過程中,我們需要因地制宜定制方案。比如在地震烈度高的地區,要強化工程抗震設計;在地基承載力差的濕陷性黃土區,需特殊處理才能支撐重型設備;跨越黃河等寬體河流時,我們會在河的兩岸建設200多米高的輸電鐵塔,既要保證鐵塔的支撐力以承載重型導線,又要避免這些導線影響河道通航。”
在保障線路順利翻山越嶺的同時,還需細心“呵護”特高壓設備。“換流站中的換流變壓器、換流閥等核心設備,不僅體積龐大,還對運行環境要求嚴苛,研制過程中需攻克材料、工藝、穩定性等多重難題。”宋勝利說。
所有設備實現國產化制造,智慧賦能讓特高壓建設與運行更高效
在衡陽市衡南縣泉湖鎮的田野間,一座占地30.51公頃的“能源巨無霸”正悄然改變著湖南的電力格局。
“寧電入湘”工程的起點和終點,分別有一個至關重要的設施——換流站,在電力跨區域傳輸中承擔著轉換樞紐的重要作用。我們日常生活中使用的大多是交流電,但交流電的傳輸距離是受限的,因此這1616公里的距離需要依靠直流電來“跑”。
宋勝利用“機場”來比喻換流站。“寧夏的換流站就像‘出發機場’,把當地分散的‘散客電力’,即交流電集中起來,轉換成直流電,然后通過特高壓線路的‘電力航班’飛到湖南。在湖南的‘到達機場’,再把直流電轉換回交流電,就像乘客下飛機后分散離開,這些‘散客電力’再通過交流電網輸送到各個用戶端,前往城市各個角落。”
據了解,“寧電入湘”工程所有設備都實現了國產化制造。其中,高端換流變壓器是特高壓設備中的“高精尖”產品。在衡陽換流站,就有14臺由國內企業特變電工自主研制生產的高端換流變壓器,這也是我國首批實現獨立設計、獨立采購、獨立制造的高端換流變壓器。
在研制過程中,研究團隊從制造精度、安裝標準及環境適應性等20多個方面對產品進行了技術提升。他們將線圈焊點從傳統的450多個減至42個,焊點操作可靠性提升10倍,使得最終設備結構更緊實,抗短路能力大幅增強;通過銅磁復合屏蔽、油路優化等技術實現低損耗設計,極大地延長了設備使用壽命。
“寧電入湘”工程于2023年5月獲得核準,同年6月正式啟動建設。要在短時間內保質保量完成建設任務,離不開智能化技術的深度賦能。
趙江濤介紹,在過去的特高壓工程中,線路架設經常靠的是“人拉肩扛”,尤其在山地、河谷等復雜地形,施工效率低且安全風險高。而此次工程大規模應用機械化與智能化裝備,徹底改變了傳統施工模式:直升機穿梭于高山、河流之間,承擔起導線牽引、塔材運輸等重任,大幅提升施工效率;索道運輸系統則將物資精準送達山巔塔位,減少對地表植被的破壞。
除了智能化建設,正式投產后,換流站的核心設備運行也能實現自動化控制。工作人員只需下達啟停、功率調節指令,系統便能根據電網需求自動調整運行狀態,24小時不間斷保障電力穩定輸送。智能監測系統實時追蹤線路運行狀態,無論是導線舞動、設備溫度異常,還是外部環境變化,都能第一時間預警,為工程安全穩定運行裝上“智慧大腦”。
新能源電量占比超50%,綠色成為從發電到運維全鏈條的底色
綠電,是“寧電入湘”工程的鮮明特點。工程配套電源裝機容量1764萬千瓦,其中新能源1300萬千瓦,包括風電400萬千瓦、光伏發電900萬千瓦,新能源裝機占比超過70%。每年向湖南輸送的電量中,新能源電量占比超50%,可減排二氧化碳1600萬噸。
要實現新能源電量占比超一半,并非易事。宋勝利介紹:“最大的難點是風光出力的波動性和用電需求的規律性不匹配。風光出力是不受控的,比如太陽能,中午光照強的時候出力高,晚上就沒有了;風能也一樣時有時無。但受電端的用電需求有自己的規律,比如白天工業用電、居民用電多,晚上需求減少,這就導致風光發的電和實際需要的電很難實時匹配。”
宋勝利表示,為了應對風光出力的波動,傳統的火電等調節性電源就要發揮作用,補充電力缺口。比如在晚上多發火電,白天風光出力高的時候,火電就減少出力,通過這樣的方式盡量保證輸送到湖南的電力穩定。未來,隨著儲能技術的成熟,就能實現在中午太陽足、風光出力多的時候把多余的電存起來,等需要時再調用,屆時新能源的利用就會順暢很多。
在輸送綠電的同時,“綠色”更是貫穿始終的硬標準。
針對特高壓工程運行后可能帶來的噪聲污染、工業廢水問題,項目團隊采取了一系列精細化治理措施。宋勝利告訴記者:“換流站產生的廢水會通過專用管道輸送至污水處理廠集中處理,實現污水‘零外排’。在減少噪聲方面,換流站的核心設備優先選用低噪聲材料,同時在變壓器周邊加裝降噪板、圍墻等隔音設施,將運行噪聲牢牢鎖在換流站之內。即便在功率滿負荷運行時,噪聲也能保持在合規水平,減少對周邊居民與生態帶來的影響。”
工程穿(跨)越25處生態敏感區、11處水源保護區,在線路施工過程中,項目團隊盡可能減少在這些區域范圍內的立塔數量,同時嚴格按照生態恢復方案施工,塔基開挖后及時回填復綠,最大限度降低對地表植被的擾動。
來自寧夏的綠電,已經通過了暑期用電高峰的“檢驗”。
每年夏季用電高峰,湖南常面臨電力供應緊張的壓力。今年6月29日,“寧電入湘”工程試運行,形成400萬千瓦穩定送電能力。7月12日,湖南全省電力負荷創歷史新高時,該工程單日送電量達7200萬千瓦時。待到9月底工程全面投運后,800萬千瓦的滿負荷輸送能力將占湖南全省用電量的1/6,為千萬家庭提供穩定電力支持,讓“炎夏用電無虞”成為常態,為湖南生產生活注入強勁動力。
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