交流還是直流：特高壓輸電的“兩條路線”之爭
我國特高壓輸電技術的發展，一直與爭議相伴。從一開始對“特高壓輸電安全性、經濟性”及“相關電工裝備國產化能力”的質疑，到今天主要聚焦于特高壓交流、直流優劣之辯，從未完全止歇。仍在持續中的特高壓交、直流之爭，其實質是電網發展技術路線之爭，關系到我國電網發展的大方向，理應嚴謹而審慎地看待。
交、直流輸電技術的前世今生
其實，早在19世紀末，科學界就曾上演過一場“交、直流之爭”。
當時，圍繞使用交流輸電還是直流輸電，科學家劃分為截然不同的兩派：美國發明家愛迪生、英國物理學家開爾文都極力主張采用直流輸電；而美國發明家威斯汀豪斯和英國物理學家費朗蒂則主張采用交流輸電。爭論的結果是，交流輸電以其組網和便捷的升壓優勢，成為電力系統大發展的起點。
如今，電力技術經過100多年發展，已同當年不可同日而語，而直流輸電的優勢也并未被忽視。中國工程院院士李國杰如此分析個中原因：“大功率電力電子技術的發展與成熟，使得直流輸電受到青睞，遠距離大功率輸送促使直流輸電進一步發展，直流輸電系統還提高了電力系統抗故障的能力，無需進行無功補償，同樣電壓等級的直流輸電能輸送更大功率，損耗小。”目前，世界各國幾乎都采用了大范圍交直流混合電網技術。隨著電壓等級從10千伏、110千伏到500千伏，再到1000千伏的不斷升高，電網規模也在不斷擴大，相應的交、直流輸電技術始終同步發展，在工程應用上也實現了高度融合。
“直達航班”和“公路交通網”只能互補，不能互代
今天的交、直流之爭中，面對質疑的一方，變成了交流輸電技術。反對者最初從特高壓交流輸電技術是否安全入手，以戰爭時易被石墨炸彈摧毀為由，反對特高壓交流輸電。但是，“這一論據顯然經不住推敲”，國家能源局原局長、國家能源委員會委員張國寶解釋說：“石墨炸彈是沒有選擇性的，無論是500千伏還是1000千伏，無論是交流、還是直流，其原理都是掛在導線上造成短路故障，影響是一樣的。”其后，爭論的焦點又被引向國家電網規劃中的“三華”（華北、華中、華東）特高壓交流同步電網：規模太大是否安全？該不該建設？對此，張國寶認為：“事實上，2009年初建成的晉東南—南陽—荊門1000千伏特高壓交流試驗示范工程，已將華北、華中電網連接成一個同步大電網，自投運以來一直保持安全穩定運行，并沒有出現反對者擔心的安全問題。”他同時表示，這項工程使得華北、華中兩大電網實現了水電、火電互補，夏季南方豐水，使華中地區水電得以滿發，向華北送電。他為此還專程前往國家電力調度中心現場求證。
中國科學院院士、中國電科院研究員周孝信指出，直流輸電和交流輸電只能互補，不能互相取代。他介紹，直流輸電只具有輸電功能、不能形成網絡，類似于“直達航班”，中間不能落點，定位于超遠距離、超大容量“點對點”輸電。直流輸電可以減少或避免大量過網潮流，潮流方向和大小均能方便地進行控制。但高壓直流輸電必須依附于堅強的交流電網才能發揮作用。
交流輸電則具有輸電和構建網絡雙重功能，類似于“公路交通網”，可以根據電源分布、負荷布點、輸送電力、電力交換等實際需要構成電網。中間可以落點，電力的接入、傳輸和消納十分靈活，定位于構建堅強的各級輸電網絡和經濟距離下的大容量、遠距離輸電，廣泛應用于電源的送出，為直流輸電提供重要支撐。
中國工程院院士、國網電科院研究員薛禹勝告訴記者：“電網的發展不可能單純依靠直流輸電，也不可能單純依靠交流輸電，而是需要構建交流、直流相互支撐的堅強電網。”他認為，無論從技術、安全還是經濟的角度，構建交直流混合電網，才能充分發揮各自功能和優勢。“這已成為電網發展的基本規律和共識。”
“不能說我們今天的電網就是最完美、再沒有發展余地的電網了”，張國寶展望：“未來能夠保證安全的同步電網也許會更大。”
如今的特高壓，可能只是未來的尋常電壓等級
周孝信介紹，人類發現并使用電力以來，對于電力的需求一直以幾何級數增長，與此相應，世界電網也經歷了電壓等級由低到高、聯網規模由小到大、資源配置能力由弱到強的發展歷程。1891年，世界上第一條高壓輸電線路誕生時，電壓只有13.8千伏；到1935年，美國將電壓提高到275千伏，人類社會第一次出現了超高壓線路；1959年，前蘇聯建成世界上第一條500千伏輸電線路；1969年，美國建成了765千伏超高壓輸電線路。直到2009年，以我國自主知識產權的1000千伏特高壓交流工程投運為契機，世界電網邁入特高壓時代。
“但這肯定不是終點”，他說，更高電壓等級的出現，是電力技術不斷發展的產物，也是經濟社會發展催生的必然結果。“未來可能還會出現‘特特高壓’。交流1000千伏、直流±800千伏、±1100千伏，在未來可能只是一些尋常的電壓等級，就像我們現在看待110千伏、220千伏一樣”。
特高壓輸電就像是“電力高速路”，具有輸電容量大、輸送距離遠、覆蓋范圍廣的特點和能耗低、占地少的顯著優勢。中國工程院院士、中國電科院院長郭劍波如此解讀特高壓電網：“隨著特高壓交直流輸電技術的全面推廣應用，電網不僅是傳統意義上的電能輸送載體，還是功能強大的能源轉換、高效配置和互動服務平臺。通過這個平臺，煤炭、水能、風能、太陽能、核能、生物質能、潮汐能等一次能源能夠轉換為電能，實現多能互補、協調開發、合理利用；能夠連接大型能源基地和負荷中心，實現電力遠距離、大規模、高效率輸送，在更大范圍內優化能源配置；能夠與互聯網、物聯網、智能移動終端等相互融合，滿足客戶多樣化需求，實現安全、高效、清潔的能源發展目標。”
特高壓路徑依賴由“逆向分布”現實決定
這樣一項具有顯著優勢的技術，為什么在我國、而非其他國家率先落地？
浙江大學電氣工程學院副院長韋巍分析，我國一次能源基地和用電負荷中心呈“逆向分布”：76%的煤炭資源在北部和西北部，80%的水能資源在西南部，90%的陸地風能主要集中在西北、東北和華北北部，太陽能年日照超過3000小時地區主要在西藏、青海、甘肅、寧夏、新疆等西部省區；而70%以上能源需求在東中部，距離一般在800－3000公里。這就迫切要求電力實現經濟高效的大規模送出和大范圍消納。“建設特高壓電網，就是為了滿足大規模、遠距離、高效率電力輸送，保障能源供應。這是我國為建設生態文明社會而進行的最好實踐。”
“根據我國能源分布與消耗的區域特點，未來能源的流向是北部煤電、西南水電向華北、華中、華東等地區輸送。特高壓電網的建設有利于能源資源的優化配置，也有利于西部地區將資源優勢轉化為經濟優勢。”東南大學電氣工程學院院長黃學良表示。
中國西電集團公司副總工程師宓傳龍認為，“伴隨著國民經濟的高速發展和能源電力需求的迅猛增長，特高壓交直流電網的發展已由基礎技術研究、設備研制、工程示范步入建設實施階段，特高壓電網承擔起將西北、東北、蒙西、川西、西藏及境外電力輸送至我國東中部地區負荷中心的重要職能，為能源安全提供了有力支撐。”
目前，我國已建成投運”兩交兩直“特高壓工程，并一直保持安全穩定運行，全面驗證了特高壓輸電的可行性和成熟度。基于特高壓技術的跨國、跨洲能源輸送和電網互聯的建設，也成為全球范圍內解決能源問題的長遠之策。國網北京經濟技術研究院院長劉開俊透露，“除我國外，印度、巴西、南非、俄羅斯等都在積極發展特高壓。”
特高壓直流“萬噸輪”需停靠特高壓交流“深水港”
交流電網的電力交換能力應該與直流的容量相互匹配，才能使交流電網具有安全承接直流故障后潮流轉移的能力，500千伏交流電網與500千伏直流是相互匹配的，特高壓直流與特高壓交流也是匹配的。“如果將500千伏直流比作大型船只，那么特高壓直流就是萬噸巨輪，需要停靠安全、穩固的深水港，這個深水港就是特高壓交流電網”。郭劍波這樣描述特高壓交流與直流電網間的關系。
按照國家能源規劃，加快推進國家綜合能源基地建設，通過加大西電東送、北電南送輸電規模，在更大范圍內配置電力資源，解決電力發展中存在的生態環境日益惡化、能源供應成本持續上漲和煤電運持續緊張的矛盾。這是世界其他國家不曾遇到過的，而解決問題的關鍵，則是構建“強交強直”的特高壓輸電網絡。
我國鄂爾多斯盆地、蒙西、山西等能源基地距離負荷中心相對較近，宜通過特高壓交直流輸送，既兼顧近區京津冀魯用電需求，又能滿足華東、華中用電需要。新疆、蒙東、西南等能源基地相對較遠，適宜通過特高壓直流輸送。
參與分析論證的華北電力大學教授曾鳴告訴記者，通過大量仿真分析計算，對多種電網規劃方案進行了的詳細、全面對比研究，專家得出了“三華” 特高壓同步電網即所需要的“合理的電網結構”的結論，使直流集中饋入規模趨于合理，提高了交流電網的支撐能力。構建“強交強直”輸電格局，既能發揮直流遠距離輸電優勢，又可確保電網的安全可靠、經濟高效運行。
目前，隨著特高壓直流輸電工程的陸續開工和投產，長三角地區500千伏電網短路電流超標的風險已經顯現，現有500千伏交流電網與特高壓直流不匹配的問題，將隨著特高壓直流工程的滿載運行而變成現實，而由于相應的特高壓交流工程遲遲不落實，使電網技術和運行人員對如何避免“強直流、弱交流”可能引發的連鎖反應而憂心忡忡。加快建設特高壓交流主網架，構建堅強合理的華東受端電網，已成為當前電網發展的當務之急。
憑借成功研制和應用特高壓交直流輸電技術，“毫無爭議，中國是這一領域的領導者。”意大利電力電工技術實驗研究中心高級顧問亞歷山大·克萊里西，在2013年國際智能電網論壇上作出了這樣的評價。當時，國際電工委員會主席克勞斯·武赫德爾面對眾多國際媒體表示：“中國的特高壓輸電技術在世界上處于領先水平，這種能夠減少長距離輸電損耗的技術，在世界其他地區也將有廣泛的應用前景。中國成功地實現了特高壓輸電，全世界都對此給予了積極評價，有了這個標準，世界上其他國家就可以在此基礎上繼續發展，將特高壓技術投入到應用中。”
（記者 瞿 劍）
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