英国《金融时报》曾有文章认为,中国正在成为人类历史上第一个“超级电力王国”。2024年,中国发电量突破10万亿千瓦时,约占全球总量的30%,是美国的2.5倍、印度的5倍。
中国能有这样的电力规模,离不开一项关键技术。特高压输电曾被认为是全球性的技术难题。
美国的研究做到一半,至今还停留在实验室里;日本也做到一半,后来因为缺钱没能继续;苏联同样做到一半,勉强建成了一条线路,但几年后也不得不停用。在全球范围内,只有中国完全掌握了这项技术。
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特高压到底有什么用?为什么这么多国家都想做?又为什么只有中国做成了?
2021年,一场百年一遇的寒潮袭击美国得克萨斯州(简称“德州”),打破了31年来的最低气温纪录。马路结冰,泳池冻住,连马桶也冻住了。
更糟糕的是,德州电力系统直接瘫痪,430万用户停水停电,许多居民被冻死。原本热闹的街头只剩一片雪白,看不到行人。
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低温导致水管冻裂、结冰,房屋变成了冰窖。有人用壁炉取暖,结果把房子烧了;有人躲进车里取暖,结果一氧化碳中毒。
到了2021年还会发生大面积停电,而且德州无法从其他地方调电支援,是因为美国一共有三个电网,彼此不连通,连电线都没有接在一起。把电网连在一起本来更合理,美国不是不想连,而是做不到。
输电看起来只需要一根电线,但要高效输电却很难:距离越远,损耗越大,电甚至可能全部耗在线路上。即便现代电力已经发展了这么久,大部分国家掌握的也只是超高压技术。
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比如,500千伏超高压的经济输电距离只有700公里左右。以北京到上海的距离来算,电还没送到一半就耗光了。
再看德州,它离美国另外两个电网的主要供电点至少有1500公里。就算电网连通了,电送到半路也就耗光了。换成特高压就不一样了。
特高压效能高、损耗小,经济输电距离可以达到3000公里以上。如果有特高压技术,美国白天可以把西部的光伏电力直接往东输送,东部的风电、火电又可以往西输送,实现互联互通、充分利用,节省大量煤炭和天然气。
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所以美国一直想研发特高压。从原理上看,特高压并不难理解。顾名思义,就是把电压提得非常高。
问题在于,电压高到一定程度后,任何东西都可能变成导体。比如空气本来不导电,但在雷雨天,空气中的电荷积累到一定程度后,产生的强大电压就能击穿空气,这就是平时看到的闪电。
这时,原本绝缘的空气就变成了导体。特高压技术最大的难题,就在于变压器内部的绝缘怎么做。
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当时最合适的绝缘材料是陶瓷,但陶瓷只能承受50千伏的电压,而特高压在1000千伏以上。于是美国工程师决定强化陶瓷,设计出了“陶瓷2.0强化版”。
但很快就出现了另一个问题:这种设备用陶瓷制成,重量高达7000吨,差不多相当于250架波音737飞机的重量。这么重的设备根本没法运输,美国的特高压研究也就不得不放弃了。
美国目前的超高压技术虽然很老,但还能用,可以将就。中国却不能将就,因为中国的电力生产和消费在地域分布上极不均衡。
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中国94%的人口生活在东部,而东部可用的能源占比很低。广大的西部地区拥有大量风能、水能和太阳能,三分之二以上的煤炭也在西北。
发电地和用电地之间相距数千公里,国际通用的超高压技术根本无法解决这个问题。于是,发展特高压、实现全国电力均衡,成了当时最迫切的需求。
但这是一场投入大、风险高的探索:投资需要3000亿元,技术风险很高,美国、苏联这些科技大国都先后放弃了,足见难度之大。上世纪80年代,中国正处在大力发展经济的阶段,容不得半点马虎。
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最终,国家组织了3000多家单位、上千名科研技术专家共同攻关。经过漫长的试验,专家团队终于在一张纸上找到了突破口:一种按特高压要求专门设计的绝缘纸。
它可以把变压器的重量从7000吨降到5000吨,而且方便裁剪,能适应各种元件的不同形状。运输同样是难题。
当时最大的货车只能载重150吨,所以要用长达85米的平板运输车。道路转弯半径不够,就加固、加宽;道路太窄,就在转运时配上一台5000吨级的特种吊机,保证变压器运输畅通。
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就这样,这个全球性难题被一点点攻克了。此前,中国在国内已建成超过17个特高压工程,输电线路总长40000公里,相当于绕地球一圈。
如今,新疆戈壁滩上的光伏发电,0.008秒后就能点亮两千公里外重庆车间的灯泡,西部的清洁能源被源源不断送往东部高负荷中心。在国际上,中国在非洲25个国家投资电力项目,在巴西建成了横跨81座城市的特高压输电线路,还掌握着全球特高压行业标准。
有说法认为,这也是美国电力行业的人要学中文的原因,因为在这个领域,中国标准就是世界标准。沙特红海新城的光伏系统、非洲最大的安哥拉凯凯水电站、采用“华龙一号”的巴基斯坦卡拉奇核电站,都由中国企业参与建设。
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中国电建、国家电网的业务已延伸到菲律宾、巴西、葡萄牙。早在2015年底,中国就实现了14亿人全部通电。
到2018年底,中国一个国家的发电量就占全球的四分之一。青藏高原环境恶劣、人烟稀少,但风雪再大,也挡不住国家电网的工人爬上几百米高的塔架,把电线拉进每一户藏族居民家里。
雪域深处可能缺氧,但不会缺电。电力也是现代工业的“血液”。
德国巴斯夫关停欧洲工厂、到广东湛江投资建厂,原因之一是欧洲电价飙升,而中国东南沿海电力供应充足,电价有竞争力。中国的能源结构也在变化。
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2024年,中国风电和光伏装机总量比2014年增长1000%以上,新能源装机规模超过煤电,成为第一大电源。截至2024年上半年,可再生能源发电总装机达21.6亿千瓦,占全球40%以上。
与十年前相比,每度电少消耗15克标准煤。核电方面,中国在建核反应堆总装机容量已连续18年保持全球领先。
按照规划,到2030年中国非化石能源发电装机占比将达到60%,这意味着中国有望率先摆脱对化石能源的战略依赖。从特高压到新能源,中国在电力领域的积累,正是外界把中国称为“电力王国”的原因。
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