我国的能源结构正在发生重大变革。
随着核聚变发电站的大规模建设,我们将拥有极为巨大的清洁能源产出。
未来的几年内,数十座规模巨大的核聚变电站将会陆续建成并网发电。
这将提供的电力远远超过当前的需求量。
但这同时也提出了全新课题——如何高效输送这些极大量的电力。
现有的500千伏级别输电系统已经无法满足未来的需要。
必须研发出崭新的特高压输电系统,才能实现大规模的远距离输电。
所谓特高压输电,是指使用额定电压在1000千伏以上,通常在1100-1250千伏的超高压级别进行电力传输的技术。
与此前220千伏或500千伏的等级相比,特高压可以大幅减少输电损耗。
这是由基础物理学原理决定的——当电压提高时,在相同的功率传输条件下,电流会大幅减小。
而电阻损耗与电流的平方成正比,所以电阻损耗会大大降低。
举例来说,在1000千伏的特高压等级下,与500千伏相比,为传输相同电力只需要1/4的电流。
由于电阻损耗与电流平方成正比,所以电阻损耗会降低16倍之多。这意味着特高压可以大幅提升输电效率。
特高压输电还具有极高的经济性。
由于大幅减少的电流,特高压只需要极少的电缆就可以传输极大的电力,这大幅降低了线路造价。
与500千伏相比,1100千伏的线路输电成本每千瓦时可降低30%以上。
此外,特高压输电具有极强的负载能力,可以用于实现大容量的远距离跨区段输电。
这对于优化跨区域的能源配置,实现各地区各发电厂之间的电力互济有重大意义。
特高压可有效实现不同地区峰谷电力的平衡,提高电网的组网灵活性。
为了实现特高压输电,必须突破多项关键核心技术:
首先是特高压交流输电技术。
这需要自主研发设计出耐受1100千伏及以上电压级别的交流输变电设备,例如特高压开关、变压器、断路器等,大幅提升交流输电的容量和稳定性。
其次是特高压直流输电技术。
这需要研制大功率的1100千伏及以上级别的直流转换变流设备,用于进行远距离的点到点大功率直流输电。
直流输电可避免电力质量衰减,是特高压的理想传输形式。
特种输电线路的研发也至关重要。
需要使用特殊设计的电力传输电缆和特高压杆塔,大幅增加输电距离,降低线路损耗。
同时还需要确保其抗氧化、防腐蚀、抗雷击等综合性能,实现良好的使用寿命。
另外,监控和防雷保护系统需要升级。
要研发智能的线路监控系统,实现对线路状态的实时检测,确保系统安全可靠运转;
还需要先进的防雷技术,例如特高压避雷针等装置来防止雷击故障。
在赵学成的指导下,研究所团队对上述技术展开了新概念的创新设计。
通过持续不懈的努力,各项技术难关逐步攻克,取得重大突破:
成功研制出多台耐受1200千伏电压的特高压交流开关设备,充分验证了稳定可靠运行,为大规模应用奠定了基础;
自主设计并试制成功一台1000兆瓦级的特高压直流变流器,可以提供稳定的1100千伏直流电,具有行业领先水平;
通过特殊的材料工艺研发,使特高压电缆的单芯额定电压达到历史新高的1200千伏,大幅提升输电距离。
开发出新型的线路故障智能分析系统,可以对线路状态进行全方位实时监控,一旦有故障即自动报警;
设计出多层防雷网保护系统,大幅提高对雷击和外部干扰的抗扰能力。
为检验这套系统的实际运行情况,研究所在赵学成的指导下,选定两座核电站之间的1000公里高压线路进行改造和升级。
使用自主研发的1250千伏级特高压交流输电系统,取代了原来的500千伏设备。
两端的变电站也进行了升级改造,安装上了我国自主设计的特高压组件。
系统的实际运行表明,特高压使这条1000公里的线路输电量增加了5倍,相当于新建4条500千伏线路。
但造价仅是原来的50%左右。
……
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