這是電力系統(tǒng)發(fā)生巨變的40年——訪中國科學院院士、中國電科院名譽院長周孝信
改革開放40年來,我國電力系統(tǒng)無論在系統(tǒng)規(guī)模、裝機容量、技術(shù)水平還是安全運行水平等方面,都發(fā)生了巨大的變化,取得了顯著的進步。日前,記者就此采訪了中國科學院院士、中國電科院名譽院長周孝信。
從孤立分散到交直流互聯(lián)大電網(wǎng)
周孝信表示,8年前,他做過一個關(guān)于世界電力系統(tǒng)發(fā)展階段的調(diào)研,研究發(fā)現(xiàn)世界電網(wǎng)的發(fā)展大體上可以劃分為三代。第一代電網(wǎng)主要在1950年之前,主要特點是小機組(不超過10萬千瓦)、低電壓(不超過220千伏)、小系統(tǒng)(省級及以下電網(wǎng))。第二代電網(wǎng)是在1950年到上世紀末,得益于經(jīng)濟和技術(shù)的發(fā)展,第二代電網(wǎng)在第一代的基礎(chǔ)上實現(xiàn)轉(zhuǎn)型升級,特點是大機組(達到百萬千瓦級別)、超高壓和特高壓、大型交直流互聯(lián)電網(wǎng)的出現(xiàn)。在這一階段,通過對遠方水電的開發(fā)推動大型電網(wǎng)的發(fā)展,是各國的普遍共性。進入21世紀后,世界各國由于對化石能源枯竭的預(yù)期和環(huán)境惡化的關(guān)注,開始倡導(dǎo)發(fā)展新能源,第三代電網(wǎng)的發(fā)展進程也由此開啟。其特點是骨干電源與分布式電源結(jié)合、主干電網(wǎng)和局部電網(wǎng)結(jié)合、可再生能源逐步替代化石能源、綜合能源系統(tǒng)和電網(wǎng)智能化等。
周孝信認為,我國電網(wǎng)的發(fā)展歷程和世界電網(wǎng)的整體發(fā)展歷程類似,只是我國電網(wǎng)發(fā)展相對滯后。1949年新中國成立以后,雖然我國也開始發(fā)展自己的水電系統(tǒng),但那時規(guī)模還比較小,除東北電網(wǎng)外基本上都局限在省級電網(wǎng)的范圍內(nèi)。直到上世紀70年代,我國才真正意義上進入第二代電網(wǎng)。
1969年投運的劉家峽水電站裝機容量122.5萬千瓦,是當時我國裝機容量最大的水電站。由于當時甘肅省內(nèi)消納能力有限,劉家峽發(fā)出的水電需要在整個西北地區(qū)(新疆除外)范圍內(nèi)消納。所以,在電壓等級上,需要將輸電電壓從220千伏升至330千伏,線路途徑500多千米,將劉家峽的水電送到西安地區(qū)。在此線路的基礎(chǔ)上,形成了包括陜西、甘肅、青海在內(nèi)的我國第一個跨省大型電網(wǎng)。這也標志著我國基于330千伏超高壓輸電的區(qū)域電網(wǎng)正式形成。
在當時極為困難的條件下,我國依靠國內(nèi)科研力量獨立自主研發(fā)并成功應(yīng)用了330千伏輸電技術(shù)和裝備,為500千伏、750千伏輸電技術(shù)研發(fā)應(yīng)用提供了技術(shù)和人才的基礎(chǔ)。改革開放后,我國在330千伏輸電技術(shù)的基礎(chǔ)上研究500千伏輸電技術(shù),并結(jié)合國外先進技術(shù)的引進消化,于1981年投產(chǎn)我國第一條500千伏輸電線路——平武線(平頂山到武漢)。此后,基于500千伏交流輸電技術(shù)的華中、東北等電網(wǎng)的網(wǎng)架建設(shè)陸續(xù)起步,全國各大區(qū)域電網(wǎng)逐步形成。
除交流輸電外,在我國第二代電網(wǎng)的發(fā)展過程中,直流輸電得到快速發(fā)展。1979到1980年,水電部派遣一個包括周孝信在內(nèi)的20多人的科研團隊到加拿大魁北克水電局學習。當時加拿大的直流輸電技術(shù)和工程建設(shè)都很先進,而國內(nèi)的研究力量薄弱,電網(wǎng)中直流輸電工程應(yīng)用方面還是空白。他在學習期間搜集了一些國外直流輸電系統(tǒng)的資料帶回國內(nèi),并按國內(nèi)要求提出了初步的直流輸電仿真分析模型,為未來的直流輸電工程研究做準備。
周孝信介紹,從1985年開始,以中國電科院為主,相關(guān)單位集中力量研究國外先進的直流輸電技術(shù),配合我國第一個引進消化技術(shù)和裝備的直流輸電工程(1989~1990年投產(chǎn)的葛洲壩—上海±500千伏直流輸電工程),開展了大量的技術(shù)消化和調(diào)試工作。
通過該工程,我國初步掌握了直流輸電工程的系統(tǒng)研究和分析方法,在自主研發(fā)的電力系統(tǒng)分析綜合程序中增加了直流輸電系統(tǒng)模型分析功能,并通過直流輸電工程的現(xiàn)場調(diào)試得到驗證,成功應(yīng)用于該直流輸電工程投產(chǎn)后的調(diào)度運行和后續(xù)工程的研究中。
上世紀90年代初,南方電網(wǎng)建成了第一條交流500千伏輸電工程——天生橋—廣州±500千伏直流輸電工程,開啟了南方電網(wǎng)大規(guī)模西電東送的進程。1993年元旦,周孝信和電科院調(diào)試人員都沒有回家過節(jié),一直在工程現(xiàn)場調(diào)試。
2000年年底,隨著天生橋一、二級水電站全面投產(chǎn)發(fā)電,天生橋至廣州±500千伏直流輸變電工程單極投產(chǎn),國內(nèi)首個交直流并聯(lián)混合輸電系統(tǒng)由此誕生。中國電科院全面介入了該系統(tǒng)的研究和現(xiàn)場調(diào)試,經(jīng)過不懈努力,攻克了交直流并聯(lián)電網(wǎng)運行控制關(guān)鍵技術(shù),支撐了電網(wǎng)由純交流向交直流并聯(lián)系統(tǒng)的發(fā)展。
2009年和2010年,我國首條1000千伏特高壓交流輸電線路工程和±800千伏特高壓直流輸電工程相繼投產(chǎn)。中國電科院緊密配合公司、規(guī)劃設(shè)計研究單位、裝備制造企業(yè),做了大量試驗研究和工程調(diào)試工作,掌握了特高壓交流和直流輸電技術(shù),為實現(xiàn)電網(wǎng)升級和裝備國產(chǎn)化,推動我國電氣裝備制造業(yè)的發(fā)展作出了突出貢獻。
現(xiàn)在,我國已形成完整的交直流電壓系列,擁有成熟的標準和設(shè)備體系,在特高壓輸電技術(shù)方面達到了世界領(lǐng)先水平。
我國電網(wǎng)進入構(gòu)建 新一代電力系統(tǒng)的新階段
周孝信認為,當前,電網(wǎng)發(fā)展已進入第三代,即構(gòu)建新一代電力系統(tǒng)的新階段,面臨著全新的問題和挑戰(zhàn)。
第三代電網(wǎng)最主要的特點是可再生能源在電力系統(tǒng)中的比例不斷提高。我國提出,到2050年,全國電量的60%以上要靠包括可再生能源在內(nèi)的非化石能源提供。我國的電力系統(tǒng)需要適應(yīng)這一發(fā)展趨勢,努力研究怎樣消納高比例的可再生能源,將棄風、棄光和棄水電量限制在合理水平。
第二個特點是隨著可再生能源接入和直流輸電的發(fā)展,電網(wǎng)中電力電子裝備的比例不斷提高。我國已經(jīng)建成10余項特高壓直流輸電工程,“西電東送”的規(guī)模很大,電力電子裝備替代了大量的傳統(tǒng)電磁裝備,發(fā)揮著輸送、分配和接納可再生能源的作用。但同時,由于大規(guī)模的直流輸電和分布式發(fā)電進入電力系統(tǒng),給電力系統(tǒng)的運行、控制帶來相當大的挑戰(zhàn)。其中,電力電子裝備使整個系統(tǒng)的慣量減小了,抵抗擾動的能力減弱,會帶來一定的安全隱患,現(xiàn)在正在加緊研究解決之中。

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