中国特高压的发展状况及前景

文/张思豪（安徽科技学院）

第二次工业革命后，人类就步入了“电气时代”，电能已成为应用最广泛的能源，是现代文明不可缺少的重要组成部分。有电就有电网，输电技术对电网来说是非常重要的一门技术。在输电过程中，导线电阻产生的电能损耗随着输送能量的不断增大、输送距离的不断延长也不断增加，造成能源和经济的损失。为了减少运送的损耗，同时把电送得更远，会通过提升电压来实现。特高压就是为解决“如何将更多的电送到更远的地方”这个问题而诞生的技术，是全球输电技术中的制高点。中国已经建成了大量的特高压，随着中国新基建和“碳达峰、碳中和”方案的实施，中国的特高压有着广阔的应用前景。

一、 特高压的内涵及国外特高压发展状况

1.特高压的内涵

特高压是指特高压网络，分为交流特高压网络和直流特高压网络，直流特高压是指±800 kV 及以上的直流电输电网络；交流特高压指的是1000 kV 及以上交流电的电压等级的输电网络。

通常情况下发电厂与电力用户相距甚远，比如原煤产区发电厂与大城市的距离都有成百上千千米；考虑到安全的需要，核电大都建在远离人口密集区域的沿海偏远地区；水力发电大都分布在海拔较高的崇山峻岭地区。这些情况都势必要求把电能长距离传输到用电地区，但长距离输电会带来损耗，因此降低损耗一直是电力输电技术追求的制高点。

根据物理学公式，输电损耗与电流的平方成正比，与电路电阻成正比，即电流越大电力损耗越大，这就要求输电线中电流越小越好。另外，从经济性考虑，导线越细材料成本越低，也需要电流越小。从电功率计算公式

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=

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×

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为传输电压，

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为传输导线中的电流）可以看出，在保证功率传输不变的前提下，如果降低电流就要求电压相应提高。在长距离传输中，此做法既降低了传输电力损耗又大量节省了铜导线材料，经济性和传输效率都得到明显提高，这就是高压电力传输的主要原理。

在输电领域，“高压”的概念是不断更新的，随着电力技术的进步，高压的等级逐步提高。鉴于对实际研究工作与运行的需要，目前对电压等级范围的划分统一为：35kV 及以下电压等级称配电电压；110～220kV 电 压 等 级 称 高 压；330 ～500kV 电压等级称超高压；1000kV及以上电压等级称特高压。随着中国电力的不断进步，中国已经处在大力发展和应用特高压的阶段。

2.国外特高压发展状况

国外发达国家特高压技术起步比较早，在20 世纪60 年代就已经开始对特高压的研究，美国、苏联、日本和意大利都曾建成交流特高压试验线路，进行了大量的交流特高压输电技术研究和试验，最终苏联和日本建设了交流特高压线路，但由于种种原因，建成的特高压线路最终“降级”运行，没有形成真正意义上的特高压输电网。

20 世纪80 年代，莫斯科建设了1150kV 输电试验站，1985 年8 月共建成了2 条1150 kV 输电线路，分别从哈萨克和西伯利亚送电至乌拉尔地区，运行了5 年之后，由于前苏联经济解体和政治原因，两条1150kV输电线路降压运行，执行500 千伏电压等级运行。1990 年意大利建造了 1050 kV 的试验线段和1050/400kV 的变电站。日本特高压输电技术的研究是从1973 年开始起步的,投入了大量的人力、物力、财力进行了研究和试验，在1988 年开始建设特高压试验线路，终于在1999年分别建成了190 km 的1000 kV 输电线路(南北线)和240km 的1000kV输电线路(东西线)，后来也由于种种原因，这两条线路“降级”500kV 运行。美国在20 世纪也曾尝试特高压建设，美国电力公司、邦德维尔（BPA）电力局和通用电力公司都曾进行过特高压技术研究和试验，先后建成1100kV 特高压输电试验线路共约500km。但美国是联邦制国家，有500 多家独立的电力公司，难以组成协调和统一的大电网，美国的电网分布完全是碎片化的，电网属于区域性电网结构，大部分电网不能互相传输电能，也就失去了特高压输电的发展基础，直到现在美国都没有真正意义上的特高压。

二、 中国大力发展特高压的现实意义

随着中国经济的发展和社会的不断进步，中国对电力需求与日俱增。但中国是世界上国土面积第三大国，资源分布极其不均衡，导致电力生产也极其不均衡。如70%的水力资源分布在我国的中部和西南地区，76%的煤电资源分布在我国的西北地区，清洁能源的风力发电和太阳能发电资源也主要分布在我国西北地区，而70%的电量需求却出现在发达的东部沿海地区和中部地区。而传统的输电技术受输电损耗大、输电容量小、输电距离短、稳定性差等因素制约，难以满足社会发展需要。特高压输电技术从一出现就展现出在输电供应方面的诸多优势，对中国来说，大力发展特高压意义非常巨大。

1.特高压输电能实现全国电力均衡配置

由于我国能源分布不均衡，在20 世纪，大规模、长距离运输煤炭一直是中国能源配置的主要方式，铁路新增运力的70%以上都用于煤炭运输。通过铁路运输或水运将煤炭运送到能源需求地进行发电，电厂遍地开花，造成能源成本大幅度提高和资源不必要浪费。建设特高压输电网，可彻底扭转中国电力发展长期受制于煤炭运力的难题。电厂没有必要建在用电需求地，可以建在煤炭开采所在地，甚至建坑口电站，通过特高压实现更大容量的电能输送，满足东中部用电需求，减少了煤炭运输的麻烦。同时，西部的水电、风电资源丰富，也可通过特高压送到东部和中部用户。研究表明：1条1000kV 线路的输送容量相当于5 条500kV 线路的输送容量，一回路±800kV 直流电网输送容量相当于500kV 直流电网的5～6 倍。特高压的送电距离是超高压的2～3 倍，如1000kV 特高压交流输电距离为1000～2000 千米，而±800kV 直流输电距离可以达到3000km 以上。通过数条特高压，就可以实现全国电力资源的均匀分配，解决我国部分地区电力资源紧缺问题。

2.特高压输电能降低输电损耗

在远距离输电过程中，每年都会产生大量的损耗，造成能源的极大浪费。特高压不仅能实现大容量远距离输电，更重要的是能减少输电损耗。据数据统计，将电压等级、额定输送容量、输送距离、负载率(基准值60%)等参数代入输电系统运行损耗计算公式，得出同等输电能力下，1000kV 损耗率最低，500kV 常规损耗率居中，500kV 紧凑损耗率最大。其中，500kV 常规损耗率是1000kV 的1.25～1.79 倍，500 千伏紧凑损耗率是1000kV 的1.77～2.92倍。因此，中国中西部大量能源以电能形式输送到东部和中部，通过特高压输送，每年能节省大量的电力损耗。

3.特高压输电能节约材料成本和用地成本

我国虽然地域辽阔，但人口多，土地资源紧缺，尤其是东中部地区人口稠密、土地宝贵，特高压输电可以节省铁塔用地和用材，无疑会产生重大的经济效益和社会效益。有关研究资料显示，相对于500kV 超高压线路，输送同样的电力容量，1 条1150kV 特高压可减少铁塔用材三分之一，节约导线用材二分之一，节省包括变电所等在内的电网造价10%～15%。输送同样功率的电量，如果采用特高压线路输电可以比采用500kV 高压线路节省60%的土地资源。在输电过程中，特高压能节约大量土地资源、保护环境,是优化能源资源配置的重要途径。

三、 中国特高压发展现状及应用前景

1.中国特高压发展现状

早在20 世纪80 年代中国就已经开始1000kV 特高压的研究与试验；进入21 世纪，中国的特高压研究取得重大突破，随即进入大规模的应用和建设阶段。目前，中国成为世界上唯一建有并且运行良好多条特高压输电线路的国家。

20 世纪80 年代后，“七五”“八五”和“十五”期间国家都有把特高压输电技术研究列入国家科技攻关计划。1980 年至2000 年期间，科研机构在特高压领域做了大量研究工作,在特高压输变电设备、特高压变电站、特高压输电系统过电压、绝缘配合及输电线路对环境影响等领域取得了一批重要成果。21 世纪初，我国的特高压技术研究已进入应用化和产业化阶段。2005 年5 月底，国家电网公司启动交流特高压示范工程的初步设计工作,并确定了2005年内开工、2007 年内投产的目标。2009 年1 月，世界首个商业运行的特高压示范工程，即陕北—晋东南—南阳—荆门特高压线路建成，这项示范工程为1000kV 交流输变电工程,起于山西省长治变电站，经河南省南阳开关站，止于湖北省荆门变电站，连接华北、华中电网，全长654 km。2010 年6 月，我国自主设计建设的云南—广东±800kV 特高压直流输电工程建成投入运行。该项工程西起云南省楚雄州，东至广东省广州增城市，途经云南、广西、广东三省（区），特高压线路全长1373 千米。两项示范工程的成功建设和投入运行，标志着国家电网全面进入特高压交直流混合电网时代。此后，我国特高压线路如雨后春笋般快速建成。截至2020 年底，中国已建成“14 交16 直”特高压线路，在建特高压工程“2 交3 直”，已建和在建特高压工程共计35 个，在运及在建特高压线路总长度4.8 万km。

2.中国特高压发展前景

“十四五”期间及之后一段时间，中国还将建设多条线路的特高压输电工程。随着中国新基建、“碳达峰、碳中和”和国家智能电网等概念的提出，特高压在这些领域将发挥重要作用，有着广阔的应用前景。

（1）特高压在“碳达峰、碳中和”中将发挥重要作用。我国已提出力争于2030 年前实现“碳达峰”、努力争取2060 年前实现“碳中和”的目标，要实现这两个目标，核心是控制碳排放。要实现控制碳排放，关键是大力发展清洁能源。核电、风电和水电作为清洁能源，由于产生地都在中西部，未来的发展都将有赖于特高压电网。比如风电，我国五大风电基地主要分布在华北地区、西北地区、东北地区，仅新疆、甘肃、内蒙古、吉林等省及自治区的风电装机就超过8000 万千瓦，因此风电消纳存在很大问题。只有借助特高压电网才可将如此集中和不稳定的电力传输到华北和华中等负荷中心，更好地使清洁能源发挥作用。国家电网发布“碳达峰、碳中和”行动方案，承诺“十四五”期间将新增跨区输电通道以输送清洁能源为主，保障清洁能源及时同步并网；“十四五”规划建成7 回特高压直流，新增输电能力5600 万千瓦；到2025 年，其经营区跨省跨区输电能力达到3 亿千瓦，输送清洁能源占比达到50%。到2030 年，公司经营区风电、太阳能发电总装机容量将达到10 亿千瓦以上，水电装机达到2.8 亿千瓦，核电装机达到8000 万千瓦。这些清洁新能源电能，都将依赖特高压进行远距离、大容量输送。

（2）特高压是新基建中的“新基建”。2020 年2 月14 日，中央全面深化改革委员会第十二次会议提出了新基建概念。新基建主要包括5G 基站建设、特高压、城际高速铁路和城市轨道交通、新能源汽车充电桩、大数据中心、人工智能、工业互联网七大领域，特高压是新基建的重要组成部分，对整个新基建具有重要作用。新基建中的人工智能、智慧能源、绿色出行等，对电能的需求很大，要求配电网柔性化发展，满足分布式能源及多元负荷“即插即用”需求，实现源—网—荷—储高效互动。比如5G，它的基站建设数量将是4G的4～5 倍，每台基站的耗电量是4G 基站的3 倍以上，也就是说，5G耗电量是4G 耗电量的12～15 倍甚至更多，需要消耗大量的电能，这些电能有赖于特高压输送。因此，中国要想在新科技领域占据一席之地，发展特高压是大势所趋，它是基建中的基建，是未来科技产业的底层保障。

（3）特高压是构成智能电网的“骨干网架”。电网连接电力生产和消费，其运行效率是节约能源、提高电能利用率的关键。我国的传统电网是区域电网，电源的接入与退出、能量的传输都缺乏弹性，运行效率非常有限。近年来，我国提出了以信息化、自动化为主要特征的“智能电网”概念，智能电网就是通过提升发电利用效率和电能在终端用户的使用效率，以及推动水电、核电、风能及太阳能等清洁能源开发利用，每年可以带来巨大的节能减排和化石能源替代效益。而建设智能电网，特高压在智能电网中的地位非常高，作用非常大。它通过远距离、大容量输电把区域电网连结成全国统一的电网，形成智能电网，因此，特高压是智能电网的“骨干网架”，发展智能电网，需要特高压的支撑。