周鹤良¹ 奚大华¹  张文亮²

　　（1.中国电工技术学会，北京 100823；2.国家电网公司，北京 100037）

　　电力是国民经济的基础性产业，多年来我国高速的经济发展引起了对电力的迫切要求，但中国的自然条件以及能源和负荷中心的分布特点使得超高电压、超远距离、超大容量的电力传输成为必然。为了减少输电线路的损耗和节约宝贵的土地资源，这就需要一种经济高效的输电方式，而特高压直流输电恰好满足了这一条件。多年来的实践证明，特高压直流输电是实现全国能源资源优化配置最佳的方式之一，是我国能源转型发展较好的方式，对于推动我国能源生产和消费革命、减少环境污染、促进能源供给侧结构性改革，都具有十分重要的意义。

　　一、我国电力工业的发展及前景

　　中国的电力工业在1949年，发电装机容量只有185 万kW。而到2015年，全国装机容量已达到15亿kW，增加了789倍，平均每年以10%以上的速度在增长。从2002年电力体制改革以来，我国发电装机容量持续高速增长，净增规模超过10亿kW，其中，“十一五”、“十二五”期间年均新增电力装机约1亿kW，为经济社会发展提供了坚强的电力支撑。2015年，全国净增发电装机容量1.4亿kW，更是创年度投产规模历史新高。

　　2015年，我国全社会用电量5.55万亿kW·h，人均用电量为4000kW?h，为世界平均水平的1.3倍，但仍为发达国家的1/3～1/5。因此，我国电力负荷增长仍有巨大空间。

　　表1 专家对我国2015—2050年发电装机容量构成预测/万kW

　　根据各产业产值电耗历史变化趋势及未来我国经济结构调整、发展方式转变等因素，预测2020年全国全社会用电量为7.1万亿kW，“十三五”期间用电量年均增速为4.5%。到2020年，全国人均用电量5100kW，已经接近部分发达国家水平，如意大利、西班牙、英国等，约为目前世界平均水平的1.7倍。

　　我国饱和用电水平将介于一般发达国家中等偏上水平，即人均用电量7500kW?h左右，饱和时期大致在2035—2040年期间。2020年前后，我国将全面建成小康社会，逐步进入后工业化时期。2020—2030年全社会用电量年均增速为2.5%左右，到2030年用电量达到9万亿kW·h左右，人均用电量6500kW·h。预计我国人均能源消费量在2030年达到饱和，人均用电量饱和时期略有滞后，大约在2035年前后。2030年以后，我国经济将遵循可持续发展的基本原则，在实现经济持续增长的同时，能源和资源消耗总量开始下降，生态环境质量全面改善，社会财富极大提高，考虑到人口总量衰减因素，2030-2050年全社会用电量基本稳定，到2050年用电量达到10.4万亿kW·h左右，人均用电量8000kW·h。

　　二、采用特高压直流输电方式的必要性

　　特高压直流输电可点对点、大功率远距离直接将电力送往负荷中心，系统稳定，输送容量和距离不受同步运行稳定性的限制；可以减少或避免大量的过网潮流，并可对本系统的潮流方向和大小进行控制；由于节约一根导线，杆型也较简单，可降低线路造价30%～40%左右；直流输电系统一般为双极输送方式，如果其中一极的设备发生故障，另一极仍能以大地作回路，带半负载运行；直流输电对通讯的干扰较小，且直流输电不存在磁滞损耗和涡流损耗，线损较小，节能效果显著；输电走廊利用率高，节省土地资源；距离越长，其单位投资效益越好。

　　我们知道，我国一次能源和电力负荷分布极不均衡。全国可开发的水电资源近2/3在西部的四川、云南、西藏；煤炭保有量的2/3分布在山西、陕西、内蒙古。而全国2/3的用电负荷却分布在东部沿海和京广铁路沿线以东的经济发达地区。

　　表2 我国能源资源的地区分布一览/%

　　西部能源供给基地与东部能源需求中心之间的距离将达到1000～3000km，这种发电能源分布和经济发展极不均衡的基本国情，就决定了能源资源必须在全国范围内进行优化配置。预计到2020年我国13个大型水电基地、15个大型煤电基地、9个大型风电基地的开发规模将达到7.7亿kW。为此建设特高压电网，才能满足东西2000～3000km、南北800～2000km远距离大容量的电力输送需求。这也将促进煤电就地转化和水电大规模开发，实现跨地区、跨流域的水电与火电互济，将清洁的电能从西部和北部大规模输送到中东部地区，满足我国经济快速发展对电力的需求。

　　从人口高度聚集的发展趋势看，未来15年我国京津地区和沿海地区的能源需求还将大大增加。东部地区借助文化、科技、资金、交通和贸易等方面的基础优势，国民经济将得到持续快速发展，加上人口的聚集，到2020年，华东、广东、京津唐、山东、辽宁电网年用电量之和将达到4万亿kW·h，占全国年用电量的比例近60％，因此这种强劲的电力输送需求将使今后相当一段时期为建设特高压直流输电的黄金时期。

　　此外，发展特高压输变电技术，将带动相关制造行业的发展，全面提升国内输变电设备制造业的水平，使国内特高压直流输电及相关设备制造技术更加成熟，对实现我国输变电设备制造技术升级，提高行业的国际竞争力都有重大意义。

　　三、我国特高压直流输电的骄人成果

　　特高压直流输电系统十分复杂、装备技术水平要求高，且当时世界没有工程先例。但随着电力输送规模和距离的日益增加，以及对提高电力输送效率，建设可靠、高效、 环保电网的要求，需要研发更为先进的特高压直流输电装备，对于提升电力的大规模远距离输送能力和我国电网技术水平，都具有重要的意义。

　　因此，在我国迅猛发展的国民经济需求的倒逼下，2005年我国就将发展特高压直流输电工程提到日程上来了。经过全国上下各有关方面的奋力拼搏，克服重重困难，推动了特高压直流输电的迅速发展，推动了电工装备制造业的科技进步，实现了全面突破。经过十年的建设和发展，我国特高压直流输电已在规划、技术、装备、施工、标准及运行上具备了技术和运行成熟的管理经验，并且在工程规模、技术水平、输送距离和容量、投资和经济效益等各个方面走到了世界的前列。我国在特高压直流输电领域取得了这些举世瞩目的成绩，大幅提升了我国在国际电工领域的影响力和话语权，实现了“中国创造”和“中国引领”。

　　特高压直流输电是指±800kV及以上电压等级的直流输电，这是由中国引导并首先实施的伟大实践。我们知道，在发电和用电均为交流电的情况下，要进行直流输电，必须解决换流问题，即在送端需将交流电变换为直流电（整流），由直流输电线路送到受端，然后再将直流电变换为交流电（逆变），送入受端交流电网使用。我们现在所说的直流输电就是这种需要进行换流的直流输电，而进行这种换流的核心部件是特大功率晶闸管。特高压直流输电换流阀是由多个晶闸管串联而成的。特高压直流输电工程的输电容量直接取决于超大功率晶闸管的电流和电压等级，尤其是晶闸管的电流容量，对输电容量影响较大。为了满足历年来特高压直流输电输送容量的不断提高，晶闸管容量也在逐步提高，直至达到目前的世界最高水平，晶闸管的芯片直径为6英寸，电流容量为6250A。

　　特高压直流输电投资较大，但替代煤电及其经济效益和社会效益也很可观。2020年，甘肃酒泉风电装机容量达到2000万kW，光伏太阳能达到1000万kW，建设甘肃酒泉到湖南湘潭±800kV直流输电线路2300km，完全服务于新能源风电及太阳能发电，输电线路经过甘肃-陕西-重庆-湖北-湖南五省，在酒泉、湘潭设立2个换流站，可以输送电量800万kW。此外，特高压直流输电建设还将推动装备制造业转型升级并拉动经济增长。据估算，仅锡盟—泰州、上海庙—山东两工程总投资达475亿元，将增加输变电装备制造业产值213亿元，其中换流阀占工程总投资的6.5%左右，约30亿元，大功率晶闸管占换流阀的15%左右，约4.5亿。同时还直接带动电源等相关产业投资约1185亿元，可增加就业岗位3.3万个，每年拉动GDP增长152亿元。

　　四、我国特高压直流输电的发展前景广阔

　　为落实国家大气污染防治行动计划，国家能源局在《能源行业加强大气污染防治工作方案》提出了“在具备水资源、环境容量和生态承载力的煤炭富集地区建设大型煤电基地，加快重点输电通道建设，成为“电从远方来的空中高速路”，加大向重点区域送电规模，缓解人口稠密地区大气污染防治压力的任务。为此，国家能源局批准了12条跨区输电通道，包括宁东—浙江、晋北—江苏、锡盟—泰州、上海庙—山东4条特高压直流线路。2017年全面建成纳入国家大气污染防治行动计划的“四交四直”和酒泉—湖南、滇西北-广东深圳等特高压直流工程。据统计，从现在到“十三五”末，特高压建设线路长度将达8.9万km，变电和换流容量达到7.8亿kW。

　　投资达407亿元的准东-皖南±1100kV特高压直流输电工程已于今年开工，这是目前世界上电压等级最高、输送容量最大、输送距离最远、技术水平最先进的特高压直流输电工程。这昭示着我国特高压直流输电又上了一个新的台阶。目前全国有8个特高压直流输电工程在建，是历史上直流输电建设罕见的高潮期。

　　根据国家电网规划，预计2020年前还需继续建设26条路线，按单个项目210亿元的投资额度测算，26条路线投资额度预计达到5460亿元。再加上目前已经开工建设的，2020年前，特高压项目投资预计至少达到7000亿元。随着特高压建设投资力度加大，“十三五”期间相关设备需求将迎来高峰。

　　根据国家电网规划，“十三五”期间，在“四交四直”工程基础上，后续特高压工程分三批建设，首先是加快建设“五交八直”（酒泉-湖南、准东-皖南、扎鲁特-山东青州、陕北-武汉、金上-赣州、蒙西-湘南、雅中-南昌、准东-成都等）特高压直流输电工程。除此之外，国际间的特高压直流输电工程也在规划之中，如俄罗斯-霸州、蒙古-天津、伊犁-巴基斯坦等。“十四五”也有呼盟-东明、乌东德-温州、白鹤滩-鄂东等11条特高压直流输电线路；“十五五”规划了怒上-吉安、大拐弯-雅安、藏东南-石家庄等14条特高压直流输电线路。中国的特高压直流事业方兴未艾，如火如荼。

　　五、结论

　　在人们为长距离能源输送发愁的时候，特高压直流输电应运而生。这些年来适应我国国情的特高压直流输电像高铁一样发展迅猛，并领跑世界。同时我们看到，“一带一路”沿线国家地广人稀，电力资源与用电负荷中心相距遥远，特高压尤其是直流输电线路具有极为广阔的市场空间。特高压直流输电已经将市场开辟到了国外，它是继高铁、核电之后，中国装备制造业的第三张名片。

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