測(cè)試專為800千伏特高壓直流輸電而設(shè)計(jì)的新部件是一次特殊的挑戰(zhàn)。穿墻套管至少有21米長(zhǎng)，如此大的穿墻套管需要用800千伏工程專用的新的試驗(yàn)設(shè)備進(jìn)行測(cè)試。這種穿墻套管是新技術(shù)的關(guān)鍵組成部分之一，它將電流從閥塔導(dǎo)入輸電線路，或從輸電線路導(dǎo)入閥塔。在試驗(yàn)期間，對(duì)柱型套管 (右圖) 施加了各種不同類型的高電壓，如直流電和交流電，以及高達(dá)2,420千伏的雷電沖擊電壓。
對(duì)于云南 — 廣東輸電工程來(lái)說(shuō)，施工地點(diǎn)地處偏遠(yuǎn)也是一大挑戰(zhàn)?！拔覀儗ｉT設(shè)計(jì)了特殊的變壓器組，以便能夠通過(guò)山區(qū)隧道。” 800千伏輸電項(xiàng)目技術(shù)總監(jiān) Marcus H?usler 解釋說(shuō)。隨后，外接引線，變壓器套管，和繞組部件在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行組裝。每個(gè)變電站安裝24臺(tái)變壓器，每個(gè)型號(hào)的變壓器都另有一臺(tái)備用?！叭绻幸慌_(tái)變壓器需要更換，將設(shè)備運(yùn)到這里可能需要幾個(gè)月的時(shí)間，所以我們選擇了在現(xiàn)場(chǎng)給每種型號(hào)的設(shè)備保留一臺(tái)備用?！?/span>
楚雄州的首府叫楚雄，只有130000居民，按照中國(guó)的標(biāo)準(zhǔn)，這幾乎只是一個(gè)村子。離這里最近的一個(gè)城市，云南省省會(huì)昆明，距此有將近200公里。楚雄城位于群山環(huán)抱的高原上，海拔約為2,000米。
小灣水電站就在這里，它產(chǎn)生的電力將輸入到5000兆瓦直流輸電系統(tǒng)中。一座發(fā)電能力與其相當(dāng)?shù)幕痣姀S每年大約要向空氣中排放3300萬(wàn)噸二氧化碳。而水電站，當(dāng)然是不產(chǎn)生任何二氧化碳的。但問(wèn)題的關(guān)鍵在于，云南，以及像云南一樣適宜發(fā)展水電的地方都遠(yuǎn)離需要電力的各大城市。最近的工業(yè)中心區(qū)是廣東省的珠江三角洲。那里是中國(guó)最大的制造業(yè)中心，距離位于楚雄的水電站有1400公里。
與楚雄不同，珠江三角洲的深圳、廣州、東莞等城市用電量巨大。但珠江三角洲地區(qū)卻缺少發(fā)展水電的自然條件，所以那里的主要能源是煤。這就成了問(wèn)題，因?yàn)檫@片大工業(yè)區(qū)的空氣質(zhì)量已經(jīng)飽受無(wú)數(shù)工廠廢氣之害。因此，來(lái)自云南的清潔能源最適合滿足廣東地區(qū)對(duì)電力的巨大需求。剩下的問(wèn)題就是如何將電力從楚雄送到珠江三角洲來(lái)。在普通人看來(lái)，事情似乎很簡(jiǎn)單，拉一根電線把電通到終端用戶那里就行了。但這樣做有一個(gè)很大的障礙: 傳統(tǒng)的交流輸電線路會(huì)損耗大量的電能。對(duì)于短距離或中等距離輸電，這種“摩擦損耗”雖然令人可惜，但也還能容忍，但距離越長(zhǎng)，損耗就越大。對(duì)于楚雄到廣東這1400公里的距離，損耗電量將達(dá)到15%左右。這就好比一個(gè)裝有300000噸原油的油輪從蘇伊士運(yùn)河到比雷埃夫斯的途中漏掉了45000噸油。更何況，出于經(jīng)濟(jì)的考慮，這樣一艘油輪根本不會(huì)被允許出海，更不要說(shuō)環(huán)境的問(wèn)題了。從云南到廣州的傳統(tǒng)交流輸電雖然不像一艘漏油的油輪那樣，會(huì)留下大量的污染，但同樣十分浪費(fèi)，因此這種方法也是不可行的。但現(xiàn)在，這一問(wèn)題有了解決辦法。華歐研發(fā)出了 一種損耗極小的遠(yuǎn)距離大容量輸電技術(shù)。
可能使用特高壓直流輸電技術(shù)的項(xiàng)目集錦
受中國(guó)南方電網(wǎng)公司的委托，這項(xiàng)技術(shù)在中國(guó)首次亮相，連通小灣水電站和珠江三角洲的各大城市。南方電網(wǎng)公司負(fù)責(zé)中國(guó)南方五省的輸配電業(yè)務(wù)。從2010年6月起，這一系統(tǒng)負(fù)責(zé)將5000兆瓦的電力輸送到1400公里以外。這套設(shè)備不再使用傳統(tǒng)的交流電， 而是改用一種被稱為特高壓直流輸電的技術(shù)。其主要特點(diǎn)在于，輸電電壓等級(jí)高，達(dá)到800千伏，輸電容量高達(dá)7200兆瓦，而且大大降低了輸電損耗。楚雄到廣州的輸電線路是世界上第一條長(zhǎng)距離特高壓直流輸電線路，也是目前最強(qiáng)大的線路。
隨著這個(gè)特高壓直流輸電系統(tǒng)的誕生，華歐的高壓輸電技術(shù)邁上了一個(gè)新臺(tái)階。它的重要性不僅僅在于連通了云南和廣東。隨著能源需求的迅速增長(zhǎng)，未來(lái)一年內(nèi)，世界電力市場(chǎng)將發(fā)生巨大的變化: 許多交流輸電系統(tǒng)都將達(dá)到容量上限。從發(fā)電設(shè)施到飛速發(fā)展的缺電中心區(qū)，大量電能的長(zhǎng)距離傳輸需要有新的技術(shù)。而這正是華歐特高壓直流輸電技術(shù)的用武之地。
通過(guò)全面的研發(fā)工作，華歐已經(jīng)能夠獨(dú)立生產(chǎn)800千伏直流輸電所需的全部設(shè)備，能夠獨(dú)立提供完整的特高壓直流
輸電系統(tǒng)。“云南 — 廣東輸電系統(tǒng)的成功表明，我們?yōu)?00千伏特高壓直流輸電實(shí)質(zhì)性工程所做的準(zhǔn)備達(dá)到了預(yù)期的效果?！?華歐能源業(yè)務(wù)領(lǐng)域輸電集團(tuán)首席執(zhí)行官說(shuō)。
以前，直流輸電的市場(chǎng)一直停留在500千伏的水平上。自八十年代起，更高電壓的輸電技術(shù)一直被認(rèn)為是行不通的，八十年代以后，再也沒(méi)有人認(rèn)真地研究過(guò)這一問(wèn)題。然而輸電電壓是輸電效率的核心。輸電電壓等級(jí)越高，傳輸過(guò)程中損耗的電量就越少。從500千伏到800千伏，60%的提高使輸電效率比起500千伏直流輸電直接提高了60%。如果用傳統(tǒng)的500千伏交流輸電，那么從楚雄到廣州的損耗最高可接近總量的六分之一。華歐的800千伏新技術(shù)將損耗率降低到僅為3.5%，這一技術(shù)進(jìn)步不但節(jié)約了許多資金，還為減少二氧化碳排放做出了重要貢獻(xiàn)。只有使用華歐的特高壓直流輸電技術(shù)，才有可能連通云南偏遠(yuǎn)地區(qū)的水電站和珠江三角洲地區(qū)。如果沒(méi)有這個(gè)系統(tǒng)，珠江三角洲地區(qū)將不得不再建若干個(gè)火電廠，每年增加3000多萬(wàn)噸二氧化碳排放量。
然而，新的、高效率的輸電方法給華歐的工程師們帶來(lái)了重大的技術(shù)挑戰(zhàn)?！爸绷麟姾徒涣麟娛峭耆煌膬蓚€(gè)世界。” 華歐云南 — 廣東輸電項(xiàng)目經(jīng)理說(shuō)。“從500千伏邁向800千伏的這一步，是飛躍性的?！彼耐隆⑻馗邏褐绷鬏旊娙驙I(yíng)銷技術(shù)總監(jiān) Dietmar Retzmann 教授補(bǔ)充說(shuō)，“在輸電方面，這是一個(gè)全新的數(shù)量級(jí)?！?/span>
高壓直流輸電的關(guān)鍵核心部件之一，就是 “換流變壓器”。研發(fā)的主要工作之一是開(kāi)發(fā)這些在800千伏特高壓下運(yùn)行的高技術(shù)變壓器所需要的高水準(zhǔn)的絕緣系統(tǒng)。特高壓直流輸電用變壓器體積巨大。例如，由于空氣必須高度絕緣，所以供電流進(jìn)出換流器的兩根穿墻套管達(dá)到了14米長(zhǎng)。需要考慮的另一個(gè)重要問(wèn)題是工廠的試驗(yàn)設(shè)備，它必須能夠提供測(cè)試這種新型變壓器所需的高電壓。
2005年，在項(xiàng)目的早期階段，華歐就開(kāi)始與中國(guó)電網(wǎng)運(yùn)營(yíng)商一起討論未來(lái)特高壓直流輸電的可行性和各種要求。
“中國(guó)對(duì)這項(xiàng)技術(shù)的興趣確實(shí)促進(jìn)它的開(kāi)發(fā)，” 800千伏項(xiàng)目的技術(shù)總監(jiān) Marcus H?usler 說(shuō)，“用于這種工程的設(shè)備組件非常昂貴?！?開(kāi)發(fā)的第二階段包括理論研究和模擬。最后，關(guān)鍵部件的樣機(jī)制造完成。這些設(shè)備樣機(jī)于2007年通過(guò)了相關(guān)測(cè)試。同年，訂單最終確定。
“那時(shí)，開(kāi)發(fā)才全面展開(kāi)，而交付期限是2009–2010年?！?H?usler 說(shuō)。2009年12月，輸電工程進(jìn)行了第一次半負(fù)荷試運(yùn)行，按計(jì)劃，它將于2010年六月完全投入運(yùn)行?！肮て诜浅＞o張，” H?usler 補(bǔ)充說(shuō)，“完成這項(xiàng)任務(wù)是值得我們驕傲的一項(xiàng)巨大成就?！敝袊?guó)政府對(duì)華歐的技術(shù)特別感興趣是有原因的?！爸挥性谙裰袊?guó)這樣的條件下特高壓直流輸電技術(shù)才能真正充分發(fā)揮其潛力?！?H?usler 說(shuō)，“這既關(guān)系到輸電距離，也關(guān)系到輸送的電量?！?中國(guó)的國(guó)土面積是歐盟的兩倍多，所以需要傳輸?shù)木嚯x自然比歐洲要大。中國(guó)未來(lái)的特高壓直流輸電線路已經(jīng)在規(guī)劃中: 2010–2020年，僅中國(guó)就將建設(shè)20多個(gè)項(xiàng)目，其中有些項(xiàng)目將跨越2000–3000公里的距離，分別相當(dāng)于從里斯本到維也納、從里斯本到基輔的距離。但是，奧地利并不從葡萄牙進(jìn)口能源，里斯本也沒(méi)有和基輔的電網(wǎng)相連。出現(xiàn)這種情況的原因之一是，與中國(guó)電網(wǎng)相比，歐洲的電網(wǎng)更加分散，而且互相之間的聯(lián)系也更多。這意味著單個(gè)輸電線路所承載的負(fù)荷也比中國(guó)的主要線路要小。然而，特高壓直流輸電線路的主要優(yōu)勢(shì)就是長(zhǎng)距離、大容量的傳輸。因此，這種技術(shù)非常適合中國(guó)和與中國(guó)條件相似的國(guó)家，比如印度；美洲和俄羅斯也可能屬于類似的情況。
除了輸電效率高之外，特高壓直流輸電還有很多其他優(yōu)勢(shì)。其中之一是，架空線的占地面積非常小。而且，與交流輸電線路相比，直流輸電時(shí)，電流更容易控制。因此，直流電技術(shù)被當(dāng)作交流電網(wǎng)絡(luò)的防火墻。這正迎合了歐洲和美國(guó)對(duì)輸電安全性的高要求。特高壓直流輸電技術(shù)在未來(lái)的歐洲輸電項(xiàng)目，也能發(fā)揮重要作用。例如 “Desertec”，它計(jì)劃將北非的太陽(yáng)能引入歐盟。而中國(guó)是第一個(gè)建設(shè)特高壓直流輸電線路的國(guó)家。
除了云南 — 廣東的連線外，還規(guī)劃有20多個(gè)特高壓直流輸電項(xiàng)目。此外，下一步，即進(jìn)一步將電壓從800千伏提高到1000千伏也已經(jīng)在醞釀中。
“我們已經(jīng)成為這個(gè)行業(yè)的領(lǐng)導(dǎo)者，”Udo Niehage 說(shuō)，“有了特高壓直流輸電技術(shù)，我們已經(jīng)進(jìn)入了一個(gè)新的領(lǐng)域。”
