7月8日，世界首个电压等级最高、输送容量最大、送电距离最长、技术水平最高的直流输电工程——向家坝—上海±800千伏特高压直流输电示范工程正式投入运行。这是继去年初特高压交流试验示范工程成功投产之后，我国能源领域取得的又一世界顶级创新成果。它是一个时代的标志，既标志着我国在全面攻克特高压交、直流两大前沿领域世界性难题的基础上，抢占了世界电力技术制高点；同时又宣示着一个时代的来临。

　　解开煤电运魔咒：从就地平衡转向统筹平衡

　　通过加大输电比重，变过度输煤为输煤输电并举，从西部、北部能源基地向东中部负荷中心远距离、大规模输电，才是治本之策。

　　“以煤为主的能源格局在较长时间内不会发生根本变化”，对我国能源结构的这一基本判断，几乎成为业内外人耳熟能详的一句口头禅。

　　就像每年都要考验我们一回的铁路春运一样，电煤的大范围调运数十年来一直都是我们原本捉襟见肘的铁路、公路运力的一道解不开的魔咒。铁路运输长期忙于煤炭大搬家，其背后的深层原因在于，长期煤电为主形成电力发展注重就地平衡、分区平衡之势——70%的燃煤电厂分布在东中部负荷中心（不含山西），而这些地区探明的煤炭储量仅占12.6%（不含山西）。据统计，2009年，全国煤炭产量的近60%通过铁路外运；运煤占用铁路运力资源比重不断上升，到2009年达到51.2%，比2000年提高了12.6%。“三西”（山西、陕西、蒙西）输煤对输电比例按电煤外调口径计算为15∶1，通过输电方式配置的煤炭资源不足7%。华中四省（湘、鄂、豫、赣）和华东地区按电煤输入口径计算的输煤对输电比例分别为13∶1和48∶1。由于运输中间环节多、调控难度大，煤炭输入区的电煤供应极为脆弱，一旦遭遇恶劣天气等突发因素，极易造成供需失衡、煤炭价格失控。

　　随着土地、资源、环保、运力等制约因素的增多和影响程度的增大，当前，局部地区自求平衡的电力发展方式已经难以为继。

　　从这个角度，把电网发展纳入能源发展全局来考虑，无论从当前还是长远看，通过加大输电比重，变过度输煤为输煤输电并举，从西部、北部能源基地向东中部负荷中心远距离、大规模输电，才是治本之策，才能实现能源资源在更大范围内优化配置、统筹平衡。当前，各类大型能源基地正在大规模建设，尤其是西南大水电、北部大煤电以及西部和北部千万千瓦级大风电基地的开发，都亟须通过特高压电网实现电力规模外送和消纳。

　　去冬今春以来，在华中、华东等地区再次出现的煤电运紧张中，特高压试验示范工程对于缓解电力供需矛盾发挥出重要作用。加快特高压发展的重要性和紧迫性得到实践验证。

　　资源与负荷逆向分布：清洁能源呼唤特高压

　　通过特高压跨区联网、构建“三华”同步电网以及加大调峰电源建设，全国风电开发规模有望达到1.5亿千瓦。

　　一个基本的共识是，要实现2020年非化石能源占一次能源消费总量15%的既定目标，水电、核电、风电、太阳能发电装机容量分别应达到3—3.5亿千瓦、8000万千瓦、1.5亿千瓦和2000万千瓦左右。

　　但我国80%的水能资源分布在川、云、藏等西南部地区，风能资源主要集中在华北、西北、东北等“三北”地区和东部沿海，国家规划的甘肃酒泉、新疆哈密、河北、蒙西、蒙东、吉林、江苏沿海等7个千万千瓦级风电基地，有6个位于“三北”地区，适宜规模化集中开发的太阳能发电主要分布在西部和北部的沙漠、戈壁等偏远地区。能源资源与中东部能源消费中心这种逆向分布的特点，决定了必须建立大容量、远距离的能源输送通道，在全国范围配置和消纳清洁能源。

　　我国西部、北部地区的清洁能源基地与中东部负荷中心地区的距离一般为800—3000公里，依靠现有输电技术很难满足大规模、远距离输送需求。加快建设特高压电网，则将极大促进清洁能源的开发与利用。根据有关研究结果，如果仅考虑在本省内的风电消纳能力，2020年全国可开发的风电规模为5000万千瓦左右；通过特高压跨区联网、构建“三华”同步电网以及加大调峰电源建设，可以大幅增加清洁能源的消纳能力，全国风电开发规模有望达到1.5亿千瓦。

　　直流输电电压、电流双提升：创一批世界纪录

　　目前，特高压直流输电技术已申请专利214项，已授权92项。

　　用平均高达65米、重达62吨的3939基铁塔，把额定电压±800千伏、额定电流4000安培的强大电力从四川宜宾复龙换流站送到1907公里之外的上海奉贤换流站，途经川、渝、鄂、湘、皖、浙、苏、沪8省市，4次跨越长江，是一项前无古人的壮举。完成这样的壮举，需全面破解特高压直流工程系统方案、过电压与绝缘配合、电磁环境控制、成套设计和设备制造的一系列世界性难题，创造一大批世界性纪录，同时也就意味着站上世界直流输电技术的制高点。

　　向上工程率先实现了直流输电电压、电流双提升。不仅将输送电压提升至800千伏，同时在全球范围内首次采用6英寸晶闸管技术，将额定电流提升至4000安培，额定输送容量达到640万千瓦，最大连续输送容量达到720万千瓦。输送容量的提升，还极大提高了工程的经济性，使单位容量送电距离的造价水平低于±500千伏直流工程。

　　为全面支撑关键技术研究，国网公司投资建设了世界一流的特高压直流试验基地、高海拔试验基地、杆塔试验基地、特高压直流输电工程成套设计研发（实验）中心、大电网仿真中心，拥有了世界最高参数的高电压、大电网试验和大电网仿真条件，试验研究能力达到了世界领先水平。共完成重大关键技术和工程专项研究130项，全面涵盖规划、系统、设计、设备、施工、调试、试验、调度、运行等，成功解决了特高压直流输电关键的技术难题，取得了一大批具有世界领先水平的技术成果，全面掌握了特高压直流输电核心技术。目前，特高压直流输电技术已申请专利214项，已授权92项。

　　通过向上工程，完整建立特高压输电技术标准体系。截至目前，共发布特高压直流技术企业标准57项、行业标准8项，立项编制国际标准4项、国家标准14项、行业标准7项。

　　向上工程引入三维设计技术，便捷地实现了阀厅设备布置及空气间隙校核。通过采用GIS设备、交流滤波器“田”字形布置、阀厅面对面布置、换流变安装广场宽度优化等措施，使换流站总平布置紧凑，配电装置功能分区明确，占地面积缩小，大大节省了土地资源。提出双换流器并联融冰理念并成功实现工程应用，通过简单的运行方式倒换即实现线路阻冰、融冰功能。采用6×720平方毫米大截面导线、选用低噪声设备、换流变使用box-in降噪设计、围墙加装隔音屏障等方案，使工程真正实现“环境友好型”。

　　向上工程单位走廊输电能力约为±500千伏直流工程的1.5倍，单位长度单位容量线路电阻损耗约为±500千伏直流工程的40%。工程总投资为232.74亿元，每千瓦每公里造价1.91元／(千瓦·公里)，具有明显的技术经济优越性；两端换流站总投资为110.38亿元，单位输送容量造价1725元/千瓦，相比±500千伏直流工程（三沪工程）单位输送容量造价1680元／千瓦仅增加2.7%，基本达到同等造价水平。

　　极限挑战：装备制造业大跨越

　　整个工程设备国产化率达到67%，实现了民族装备制造业的产业升级和跨越式发展。

　　同特高压交流示范工程一样，其关键设备研制的国产化能力问题始终是社会关注的焦点。

　　据介绍，特高压直流设备绝缘水平高，通流能力大，使用的800千伏、30万千伏安级特高压换流变压器，通流能力4500安培的6英寸晶闸管，单阀组容量180万千瓦的换流阀，额定电流4000安培的低噪声干式平波电抗器、直流穿墙套管、直流断路器和隔离开关，基于实时操作系统的换流站控制保护系统等关键设备均为世界首创，研制难度极大，是对电力电子技术、电工技术、材料技术、高压试验技术和控制技术的极限挑战。特别是两大系列、8种型号换流变的研发，涉及电场分布技术、磁场分布技术、发热和传导计算、谐波分析、油纸兼容和电化学技术、直流电场和交流电场叠加交互作用分析等技术。

　　通过向上工程的全面严格验证，代表国际领先水平的全套特高压直流设备研制成功，创造了一大批世界纪录：除直流输电用6英寸晶闸管外，换流变压器电压等级最高、单台容量最大，换流阀单阀组容量最大，低噪声干式平波电抗器、直流穿墙套管、直流断路器和隔离开关通流能力最大，均创造了世界之最。其中，特高压换流变、换流阀等重要设备研发属于世界级技术难题，采用国内外联合研发的方式，换流变由国内外厂家联合制造供货，平波电抗器和交流设备则完全立足于国内自主研制。整个工程设备国产化率达到67%，国内相关厂家依托工程掌握了特高压直流设备制造的核心技术，具备了绝大部分特高压设备批量生产的能力，实现了民族装备制造业的产业升级和跨越式发展。

来源：科技日报