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国内首条交流特高压扩建工程争议500万千瓦谜团

发布时间:2012年01月10日 09:54 | 进入复兴论坛 | 来源:东方早报 | 手机看视频


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  早报记者 李跃群 见习记者 胡苏敏

  2011年12月16日,国家电网公司总部大楼内高官云集。国家电监会主席吴新雄、湖北省副省长段轮一、山西省副省长郭迎光、河南省政府副秘书长万旭、国务院国资委副秘书长阎晓峰、国家能源局电力司司长许永盛纷纷现身。

  把他们聚集在一起的,是中国的第一条特高压交流工程——1000千伏晋东南-南阳-荆门试验示范工程的扩建工程(下称“扩建工程”)投运。

  按照新世纪周刊的说法,特高压之于国家电网公司的重要性,恰如高铁于铁道部,抑或更甚,只不过关键词不是速度,是功率。

  而2009年1月6日投入运营的晋东南-南阳-荆门特高压交流试验示范工程(下称“试验示范工程”)在输送功率上并不理想,瞬间最高仅为283万千瓦,距离500万千瓦的设计值有一定距离,因此便有了此后的扩建工程。

  国家电网自身给出的扩建后的答案令人满意。在2011年12月16日的投产仪式上,国家电网方面宣称,扩建后的线路成为目前世界上电压等级最高、技术水平最高的输变电工程,输电能力超过500万千瓦,创造了世界单回交流输电容量的最高纪录,“最大输送功率达到572万千瓦。”

  不过与上次还曾公开试验时录波图不同,这次国家电网只给出了几个数据。这令之前反对特高压交流工程的老专家颇为不满,500万千瓦的输电能力也再次受到了电力老专家们的质疑。

  2011年12月24日,原电力部生产司教授级高工蒙定中向国家能源局、国家电监会呈上两份报告指出,根据已贯彻30年的电力行业现行标准《电力系统安全稳定导则》(以下简称《稳定导则》),以及国家电网安全稳定计算技术规范(以下简称《稳定规范》),这次的“572万千瓦”根本不是所谓的“稳定输送容量”,并再次呼吁避免“交流特高压三华联网”可能造成的重大停电灾害和上万亿元经济损失。

  国家电网一内部人士的说法是,事实上这条扩容后的输电线路第一阶段试验的450万千瓦并非全程,到终点站荆门时,其功率已然减弱至200万千瓦以下。而第二阶段号称500万千瓦的功率也被怀疑实际投入运营不可能达到。

  500万千瓦谜团

  老专家们质疑的重点是:即使按照一期的规划算,该项目运行还是极不稳定。表面上达到了一期280万千瓦的设计输电功率,但在这一输送功率上“仅能维持送电1秒-2秒”,这等于未达设计标准。

  2012年元旦假日后的第一天,原电力部生产司教授级高工蒙定中等老专家碰了头,专门讨论扩建工程第二阶段试验结果的问题。他们的结论是,其中一定采取了某种技术措施。虽然专家们有各种揣测,但个中原委谁也不能断定。

  试验示范工程起自山西长治,经河南南阳,终于湖北荆门,全长653.8公里。2009年1月6日,试验示范工程投运。2010年12月29日,国家发改委核准建设扩建工程。扩建工程被称作中国南北向的重要能源输送通道、世界上首个正式商业投运的特高压线路。

  国家电网先后对扩建工程进行了世界上首次450万千瓦和500万千瓦大负荷试验、168小时大负荷试运行。2011年11月25日,扩建工程完成第一阶段试验,国家电网称能够在450万千瓦功率下累计运行8小时,最大输送功率为503万千瓦;2011年12月9日,第二阶段试验结果给出——扩建工程单回线路输送能力达到500万千瓦。

  不过电网建设方面的一位不愿透露姓名的高层称,在第一阶段168小时试验中,所谓的“450万千瓦”是从晋东南到南阳,而非到终点荆门。“在南阳‘下’了250(万千瓦),最后到荆门只剩下180万到190万千瓦。这是一位在试验现场的同事通过电话亲自告诉我的。”

  事实上,这并不是特高压交流工程第一次遭到诘问。试验示范工程投运后,国家电网发布的消息称,其最大输送功率达283万千瓦。当时便引来许多专家的质疑,认为此工程未达标。

  对于283万千瓦与500万千瓦之间的巨大差别,原国家能源局局长张国宝有自己的解释。张国宝在去年年底接受某专业财经媒体采访时称,“实际上(国家)发改委批文批的只是(试验示范工程)第一期工程,文件中明确是输送250万千瓦左右,主要是为了考验设备有没有问题,只上了一半的变压器,一期没有问题以后才上了第二期变压器。”

  不过老专家们质疑的重点是:即使按照一期的规划算,该项目运行还是极不稳定。表面上达到了一期280万千瓦的设计输电功率,但在这一输送功率上“仅能维持送电1秒-2秒”,这等于未达设计标准。

  在反对者看来,试验示范工程证明,这是一个耗资巨大但最终只能降低输电能力运行的气泡工程。多方消息称,为保安全,试验示范工程实际调度运行中的最大输送功率为200万千瓦,通常则在100万到150万千瓦之间。

  那么这次,国家电网是怎么把功率提上去的?据业内人士介绍,在电力系统中,要提高输送功率有两个办法:一是增加电压,二是减小阻抗。发电机、变压器、电线等设备都会产生阻抗。“就像一根自来水管,水从里面通过的时候,会被铁锈、脏东西阻拦。”上述电网高层打了个比喻。

  国家电网提供的资料显示,在扩建工程中,晋东南、荆门站已然各扩建了一组300万千瓦特高压变压器,南阳站扩建两组,至此,三地各有两组300万千瓦变压器,同时,线路装设了40%的串联补偿。

  一电力系统专家在接受早报记者采访时称,这就是通过各地两组变压器的并联来减阻抗;40%的串联补偿相当于减少输电距离,每100公里的线路实际上变成了60公里的线路,也是减小阻抗的效果。

  即便如此,为何扩建工程第一阶段试验中,荆门的输送能力“被指”一下子降到了不到200万千瓦?

  对此,上述专家称,南阳没有加变压器时,它只是一个开关站,不会分去电流,电直接从晋东南送到荆门。加了变压器,南阳就变成了变电站,它的变压器和500千伏的河南电网联在一起,接电就会分流。

  这就涉及阻抗的问题。他分析,主要由于南阳到荆门这一段输电线路的阻抗,使得南阳变电站的阻抗小于荆门,及南阳到荆门的阻抗之和。“按阻抗反比分配:阻抗越小,功率越大。”于是电到了南阳,就像到了岔路口,250万千瓦的电就分到了河南电网,所以到荆门只剩下不到200万千瓦了。

  继第一阶段168小时试验之后仅半个月时间,国家电网公司宣布扩建工程第二阶段大负荷试验完成。中国证券报的报道称,第二阶段试验中,这条线路能够在500万千瓦负荷下稳定运行2小时,最高负荷550万千瓦。

  “(输电能力)应该和距离成反比,距离长了,怎么还能送电多呢?”上述专家对短短半个月时间输电能力大幅跃升表示不解。这一次试验的数据并没有公布,“他们(国家电网)对(国家)发改委资料都不给。”他说,“遇到能源局管这个的人,也说国家电网不给资料。”

  2012年元旦假日后的第一天,蒙定中等老专家还碰了头,专门讨论扩建工程第二阶段试验结果的问题。他们的结论是,其中一定采取了某种技术措施。虽然专家们有各种揣测,但个中原委谁也不能断定。

  “现场录波图都没有,也不知道2小时500万千瓦稳不稳,还是晃来晃去的?”清华大学电机系退休教授王仲鸿说。

  对老专家们的质疑,国家电网新闻处工作人员昨晚在接受早报记者采访时称,1000千伏晋东南-南阳-荆门试验示范工程的扩建工程完成后,500万千瓦这一功率是“可以长期稳定运行的”。

  当被问及这一工程从南阳至荆门的功率到底是多少时,上述人士要求记者向其传真采访函。不过,至昨晚截稿时,早报记者始终未能联系上国家电网。

  安全仿真之争

  中国科学院院士、中国工程院院士潘家铮和中国科学院院士卢强,都是特高压试验示范工程建设专家委员会的成员。目前在媒体上不乏几位院士对交流特高压工程的支持之声,但当早报记者试图联系采访时,他们几乎一片缄默。一位与院士们相熟的老专家称,现在支持特高压的院士们都很谨慎,不会轻易接受采访。

  “这第二次试验的目的其实就是为了证明这条线路具备输送500万千瓦的能力。”上述电网高层说,“试验本身是没问题的,但它只有试验价值,并不具备实用价值。在实际运用中,都是自动的,不能人为控制。”

  也就是说,即便屈指可数的几个数据不假,但从试验到投产是两码事。只有等到国家电网公司披露相关数据,扩建工程的实用性、示范性才能得以验证。

  随着扩建工程投运,国家电网的“雄心”进一步被点燃,“十二五”期间“三华联网”的大计划再度被重提。

  所谓“三华联网”,是指通过多条特高压输电线路,连接华北电网、华中电网和华东电网,形成“三纵三横一环”格局。其中,三纵是:锡盟-南京、张北-南昌、陕北-长沙;三横是:蒙西-潍坊、晋中-徐州、雅安-皖南3个横向输电通道。此外,还建设淮南-南京-泰州-苏州-上海-浙北-皖南-淮南长三角特高压双环网。

  据新华社1月5日报道,国家电网此前规划5年内将投资1.5万多亿元,在国内建设“三纵三横”格局的特高压交流输电骨干网架和十几条直流输电线路,从而基本建成坚强智能电网。其中,今年将集中力量推进特高压前期工作,确保4项特高压交流工程和3项特高压直流工程获得国家核准并开工。

  锡盟至南京、淮南至上海、蒙西至长沙、雅安至皖南的特高压交流工程,又被称作“四交”工程。此外,国家电网还力争浙北-福州一条特高压交流工程在年内获得核准。

  事实上,早在扩建工程投产前两三个月,国家发改委已核准了第二条交流特高压线路,就是淮南-上海的656公里同塔双回特高压工程的上马。(编注:所谓双回线路,正常运行的时候是一条线路正常运行,另一条线备用。)

  对国家电网的“雄心”,王仲鸿说:“试验示范工程做完了,不好好总结;在没有总结的情况下,又投了43亿元搞扩建,错上加错!花了100亿元(总价),(现在)扩建工程做完了,得到什么规律了?分段要怎么分?每个分段下,电压支撑能力有多少?花了多少钱?没有总结、没有技术指导,将来怎么扩建推广?”

  王仲鸿希望看到试验示范工程的安全校核仿真的资料。他认为,像晋东南-南阳-荆门交流特高压线路这么大的试验工程,一定要做大量的安全校核仿真。“(仿真的结果)与试验情况相比较,才能得到规律!”王仲鸿说。

  针对“三华联网”的安全性,其实做过计算机仿真。中国科学院院士、中国工程院院士潘家铮在《学习时报》上曾引用中国科学院院士卢强的一段话回答记者:“我们进行了五六百种情况的仿真试验,回答是:这样一个电网(指“三华联网”)的安全稳定性是有保障的。”

  潘和卢都是特高压试验示范工程建设专家委员会的成员。目前在媒体上不乏几位院士对交流特高压工程的支持之声,但当早报记者试图联系采访时,他们几乎一片缄默。一位与院士们相熟的老专家称,现在支持特高压的院士们都很谨慎,不会轻易接受采访。

  据此,蒙定中假设“三华联网”的各级支路元件仅有500个至600个。蒙定中称,“五六百种情况”就相当于只有一个元件故障跳闸所做试验的次数,称为(N-1)条件。如果按照两个元件连锁跳闸,即(N-2)条件,就得作(N-2)2次(即25万次至36万次)的仿真试验才能证明安全性。

  蒙定中说,有史以来,全世界发生过23次重大停电,每次损失大于800万千瓦,大多发生于庞大的多纵多横自由联网上。而且重大停电都不是一两个元件故障跳闸(即(N-1)或(N-2)条件)引起的,2003年美加大停电经历了(N-14),1996年7月、8月美国西部两次大停电分別经历了(N-11)和(N-15),1965年纽约大停电经历了(N-5)。

  “因此(‘三华联网’的计算机仿真)不可能作为防止大停电的可靠性依据。”蒙定中断言。

  王仲鸿的观点是,计算机仿真只是针对一般故障的校核;“三华联网”已经改变了电网的模式,是一个全新的东西,计算机仿真没法验证其是否会造成大停电。

  “三华联网”的“安全稳定输送”问题

  蒙定中认为,国家电网并没有拿出“单相瞬时接地故障重合成功”、输送500万千瓦而系统不失稳的证据,所以试验结果不可用。

  “按‘三华联网’,系统失稳将是必然的。”蒙定中说。

  未来的“三华联网”并非多条“晋东南-南阳-荆门”线路拷贝的集合而已。虽然当下各方的焦点都在试验示范工程上,但关于输电能力的争论绝不止于这一条线。蒙定中说:“重点应是三华交流特高压联网的输电能力,因为将来都是同塔双回线构成。”

  “晋东南-南阳-荆门”是单回线。蒙定中解释二者的区别时说,双回线就是两条并列回路,其中一条发生故障时,还有另一条可以输电。而单回线和双回线对于“稳定输送能力”的定义并不相同。

  蒙定中拿出《稳定导则》和《稳定规范》指出,二者都规定对单回线输送能力是必须保证“单相瞬时接地故障重合成功”时稳定输送。

  蒙定中认为,国家电网并没有拿出“单相瞬时接地故障重合成功”、输送500万千瓦而系统不失稳的证据,所以试验结果不可用。

  对于双回线的安全稳定输送能力,《稳定导则》和《稳定规范》的规定是必须满足任一回线路故障跳开后系统稳定。蒙定中分析,一回线路若输送500万千瓦,那么一个同塔双回线应输送1000万千瓦,其中任一回线路故障跳开后,另一回线路将承担约1000万千瓦的功率。

  “按‘三华联网’,系统失稳将是必然的。”蒙定中说。

  对此,支持特高压一方的国家电网公司及一些相关专业的院士,都没有直面回应。但从另一个角度,他们似乎仍持有交流特高压安全稳定的论据:随着电网规模的迅速扩大和电压等级的不断升高,电网稳定破坏事故却日益减少。

  张国宝曾向媒体指出,中国在上个世纪70年代电网稳定破坏事故年均9次,1981年-1987年减少到年均6.7次,1987年-1997年降到年均2次,1997年以来主网没有发生过稳定破坏事故,而同期北美、欧洲、日本和巴西都发生过大面积停电事故。

  这些都是事实。但持反对意见者认为,中国电网历年来规模扩大、电压升高的背后,是不同于美国、巴西等国的电网结构。

  中国电网结构是由东北、华北、华中、华东、西北、华南六个分区组成,区间主要用直流联网。“在结构上实现了‘分层’、‘分区’、‘分散外接电源’,这才防止了重大停电。”蒙定中说。

  能源账经济账的算法

  经济性是交流特高压历来被诟病的重要原因之一,蒙定中等老专家更坚持“远输煤,近输电”。

  支持特高压的原国家能源局局长张国宝在接受媒体采访时表示:“因为煤价和运价均很高,如果西部地区煤炭就地发电,特高压输送到东中部消费端,电价可以低于当地的平均上网电价。”

  孰是孰非,争论还将继续。

  在这个试验示范工程和扩建工程上,已经投下去的钱达到了100多个亿,先后分别投资了58亿元、43亿元。

  上述电网高层取用直流输电作比较,认为这条交流特高压是不划算的:“同样输这些电,扩建工程花了100个亿,还输得战战兢兢。(特高压)直流只需要花60个亿,而且能说输多少就是多少,是板上钉钉的事。”

  电力规划设计总院退休职工、教授级高级工程师曾德文,同为多次为交流特高压上书政府的老专家。以下是曾德文所计算的几条直流输电线路输送一千瓦电到每公里的耗资:

  云南至广东±800千伏特高压直流输电工程为2.418元/千瓦·千米;

  溪洛渡右岸电站送电广东±500千伏双回直流工程为2.087元/千瓦·千米;

  宁夏银川东(宁东)-山东青岛±660千伏直流工程为1.95元/千瓦·千米;

  向家坝至上海±800千伏特高压直流输电工程仅为1.7元/千瓦·千米~1.9元/千瓦·千米。

  按照老专家提供的数据,试验示范工程的线路长度是640公里,耗资以100亿元计,即便输电能力能稳定运行在500万千瓦,那么输送单位功率至单位距离也要花3.125元/千瓦·千米,高于以上每一条直流特高压输电线路。如果输电能力以扩建工程第一阶段试验到荆门的200万千瓦计,这个数字更是高达7.813元/千瓦·千米。

  电网建设方面的一位不愿透露姓名的高层称,有荆门试验现场的同事告诉他,在扩建工程第二次试验运行的2小时后,输送到荆门的功率又重回不到200万千瓦。

  经济性是交流特高压历来被诟病的重要原因之一,蒙定中等老专家更坚持“远输煤,近输电”。支持特高压的张国宝在接受媒体采访时表示:“因为煤价和运价均很高,如果西部地区煤炭就地发电,特高压输送到东中部消费端,电价可以低于当地的平均上网电价。”

  国家电网方面曾公开在媒体上为试验示范工程在节约能耗方面算了一笔账:

  “截至2011年11月,示范工程已累计输电260亿千瓦时,完成北电南送160多亿千瓦时,相当于晋煤外运约800多万吨,减轻大秦铁路400多列火车运力;华中电网向华北电网输送清洁水电90多亿千瓦时,在减少丰水期弃水的同时,节约电煤430多万吨,减少二氧化碳排放约1000多万吨。”

  这一段话被诸多媒体转载报道。

  蒙定中却从远输电和远输煤的节能减排效果来比较哪个更划算:

  “远输煤”到水源充足的东南方,发电时可使用湿冷机组;“三西”(陕西、蒙西、山西)煤基地严重缺水,就地发电必须采用空冷发电机组。空冷机组的供电煤耗高于湿冷机组15.6%。换句话说,“三西”煤炭不运出来,直接就地发电,要比在不缺水的地方发电多消耗15.6%的能源。输电过程中,按“三华联网”平均输送距离1500公里、每回线输送能力为300万千瓦时,算出来的线损为2.7%。如果把煤炭运出来,根据铁道部门数据,大秦线、朔黄线上运煤消耗的能量分别仅占总运量的0.38%和0.35%,即便加上集运系统、航运,总损耗也低于1%。

  所以,“远输电”又比“远输煤”多耗15.6%+2.7%-1%=17.3%的能源。

  孰是孰非,争论还将继续。

  岁首年终之时,国家电网公司总经理刘振亚在国家电网的年度工作会议上说,2012年国家电网将加快以特高压电网为骨干网架的坚强智能电网建设。他表示,下一步要努力推动公司的五年电网规划纳入国家“十二五”电网专项规划,争取特高压工程早核准、早建设、早成网。

  国家能源局将最终形成“十二五”电网规划,并上报国务院。交流特高压的命运如何,拭目以待。(编注:财新网2011年9月21日的报道披露,国家能源局已成立“十二五”电网规划领导小组,并在当年9月15日举行了首次工作会议。“十二五”电网规划拟于2012年3月前形成并上报国务院。国家能源局计划审查三个电网比较方案,分别是国家电网公司力主的利用特高压交流连接的“三华电网”;利用现有超高压网络、不进行升压的区网加强方案;在各大区电网内部进行升压,但网间不以交流特高压相连。)

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