新世纪周刊:特高压成败

财新《新世纪》实习记者 蒲俊 记者 曹海丽 杨悦

  全世界电力业最受关注的这条输电线路有了结果:

  号称输电能力能达到500万千瓦,最终最大输电功率只有283万千瓦;表面上达到了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。

  它是100万伏交流特高压试验示范工程(下称试验示范工程),起自山西长治,经河南南阳,终于湖北荆门,全长653.8公里。

  在这条输电线路上,有50多亿元、三年时间、难以数计人力物力的投资。如果它获得成功,那么投资5000亿元以上的交流特高压输电计划将不可阻挡,华北、华中、华东电网将联为一体,国家电网公司“全国一张网”的努力将获得里程碑般的进展,对其垄断地位十余年来不止歇的挑战将被彻底推至身后。

  现在,这个试验示范工程受到了强烈的质疑。

  为什么要建这条交流特高压输电线路?国家电网公司说,是要解决中国能源资源地区分配不均的问题,在水力和煤炭资源丰富的西部就地建设电厂,发出的电经特高压线路,远距离、大容量输送到东部和中部等经济较发达地区。

  如果试验示范工程成功,国家电网空前规模的“三华联网”计划将随之而来:到2015年,通过多条特高压输电线路,联接华北电网、华中电网和华东电网,形成“三纵三横一环网”,投资总额将超过5000亿元。到2020年,这张网将扩张至五纵六横的棋盘形格局,投资额将更为庞大。这些纵贯南北的交流特高压输电通道就如同“电力高速路网”,将华北、华东和华中紧密联系起来,搭建出全国联网的雏形。

  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。

  与高铁类似,也是从特高压试验示范工程上马之前,电力业内就有广泛争议。反对理由主要有三:

  交流特高压技术不成熟,上世纪经过九年运行的俄罗斯和做过大量试验的日本、美国、意大利等国均已不再采用交流特高压;

  用交流特高压将区域电网联系起来,有导致全国大停电的危险。目前国际发展趋势是电网同步运行的范围缩小,以促进电网安全,而交流全国联网意味着全国一个频率;

  输电线路越长、电压越高,造价越高,且超过一定距离后用交流特高压输电,损耗和阻力增大,长距离送电不如送煤划算。

  在争议声中,试验工程辗转加上“示范”二字,于2006年8月9日获得国家发改委核准,当年8月19日开工建设。当时国家电网公司介绍称,“最高运行电压110万伏,自然输送功率500万千瓦”。

  2009年1月6日,试验示范线路正式投入运行。国家电网公司在2010年1月的一篇新闻稿中称,“工程投运后,最高运行电压1082千伏,最大输送功率达283万千瓦”,并未达到500万千瓦。但这份新闻稿同时称,试验示范线路“符合设计预期”。

  清华大学电机系退休教授王仲鸿称此为笑谈:283万千瓦的输送功率仅能短暂维持1秒,根本无法稳定运行。“(这条线路)距离和送电功率都不算大,既然设计输电功率是280万千瓦,为什么送不到?送不到就说明有问题。”

  2010年12月,包括王仲鸿在内的23位来自北京和其他地区的电力行业老专家集体联名上书,题为《关于交流特高压”三华联网”的问题和我们的建议》(下称《建议》)。这些人中,除一人为电监会在职官员,其余22人均为退休官员和专家。建议在2011年1月7日被呈至国务院总理案前,总理批阅后由国家能源局辗转至国家电网公司。

  一切都未能阻止国家电网公司继续推进以交流特高压技术为核心的“三华联网”建设。接近电监会的消息人士称,国家电网公司正通过各种渠道力推“三华联网”相关项目上马,要求尽快核准淮南到上海的第二条交流特高压线路。国家电网公司不承认试验示范线暴露出来的问题。2011年1月30日,国家电网公司给在《建议》信上签字的多位老专家分别发了一封信,坚持称“特高压交流试验示范工程全面成功”。

  国家电网公司宣扬的远景,是“三华联网”后跨区输送电容量超过2亿千瓦,占全国总装机容量的20%以上。

  在反对者看来,试验示范线证明,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。为保安全,试验示范线实际调度运行中的最大输送功率为200万千瓦,通常则为100万到150万千瓦之间。这就如同修了一条原定最高时速为500公里的高速铁路,结果最高瞬间时速只能达到283公里,且无法稳定运行,大部分时间只能按时速100—150公里运行。

  专家们更担心的,则是由交流联网而来的全国大停电的潜在风险。

  “特高压”,谁的危机?

  “试验”与“示范”之争

  试验还只是试一试,示范就包含了要继续推广应用的含义。试验、示范并存,支持者和反对者都留下了伏笔

  特高压电网,指100万伏的交流或±80万伏的直流电网。

  电力通过高压线路完成远程输送,再通过变压器降低电压等级供千家万户使用。在电力领域,为减少损耗,一般用升高电压的办法来多送电。22万伏为高压,35万伏到75万伏统称超高压,100万伏以上就是特高压了。

  目前,中国的长距离输电和世界其他国家一样,主要使用50万伏的直流和交流电网。业内公认,50万伏的线路,经济输送距离在600公里以内。超过此标准,则损耗加大,输送能力下降。

  国家电网决心将电能输送到更远的地方。

  2005年2月24日,甫上任的国家电网公司总经理刘振亚在《中国电力报》上发表文章称,加快建设“以百万伏级交流和±80万伏级直流系统特高压电网为核心的坚强的国家电网,是国家电网公司的重要使命”。

  他强调,加快特高压电网发展的关键,在于“尽快启动并实施特高压示范工程,力争早立项、早开工,并以示范工程为依托,积累经验,完善技术体系,为下一步特高压电网的加快建设和发展奠定坚实的基础”。

  “交流特高压”就此显现。就在这一年,晋东南至湖北荆州和淮南至上海的两条100万伏交流输电线路的前期工作都已展开,前者是国家电网公司主推的线路,其可行性研究也已完成,当时国家电网公司强调将在2005年开工建设,2007年建成。

  业内对于中国要不要发展交流特高压意见不一。

  就直流与交流比较而言,电力业内一般认为,高压直流输电,电流的大小和方向不会随时变化,因此运行比较稳定可靠、损耗较小、调节迅速,也比较节约线材,能够减少投资。高压交流输电,能比较方便地将其他机械或化学能量转化成电能,并通过变压器随时升压或降压,使用起来比较灵活;但输送损耗较大,而且容易因波动,造成多米诺骨牌效应,扩大停电事故范围。

  2005年5月25日,中国投资协会在进行了几次内部座谈会后,就交流特高压可能存在的风险,向国务院提交了一份《关于发展特高压电网存在的问题和建议》,其中列举了“十大问题”和“两点建议”。三天后,温家宝总理批示,建议发改委会同国家电网公司进一步研究论证特高压电网的问题。

  这年6月21日,国家发改委在北戴河组织召开了特高压输电技术研讨会,主要就是讨论交流特高压试验线路的相关问题。

  据参会的原国家计委燃料动力局局长蒋兆祖回忆,当时主要有三种观点:一是强烈反对,以原电力部生产司教授级高工蒙定中等专家为代表,认为交流特高压全国联网破坏我国分层分区的电网安全,且技术在国外已经证明不可行,既不经济,又很危险,长距离输电应用直流。二是温和修正,以蒋本人为代表,认为从探索远程输电前沿技术的角度,试验线路可以搞,但线路总长应控制在200公里以内,这样即便失败,损失也比较小。蒋在当时还担任着中国国际咨询公司(下称中咨公司)常务副总经理。第三则是支持派,即支持国家电网公司的意见,认为从中国的资源禀赋出发,这条线路可以建、必须建。

  原水电部计划司司长吴敬儒告诉财新《新世纪》记者,当时会上提出了三种试验线路方案晋东南至荆门、淮南至上海、四川乐山至重庆。其中国网坚持晋东南至荆门,他则赞成建设从淮南到上海的试验路线,认为晋东南至荆门路线的电源不明确。这位能源专家的意见得到了华东电网的支持,但仍属于少数派。

  参与组织当年北戴河会议的一位官员向财新《新世纪》记者表示,这次会议是按总理批示开的,开得很好,各抒己见,很多专家都发出了不同的声音。问题出在会后。蒋兆祖透露,尽管这次研讨会的会议纪要把不同观点都记录了下来,却没能及时、如实地送到国务院领导手中。

  三个月后的2005年9月下旬,晋东南—荆门的100万伏交流特高压试验的可行性报告上报国家发改委。甚至温和修正的意见也没有得到采纳,因为晋东南—荆门线路的总长超过600公里。更重要的是国网从一开始,即将此试验线路称为“示范工程”。

  报告一年后获批。

  一条试验线路,原本目的即为探索技术,为何尚未建成就被称作示范工程?蒋兆祖说,国务院在批复时把这条交流线路称为“试验线路”,但国家电网公司执意要命名为“示范工程”,最终“试验”“示范”并存。

  文字游戏大有深意:试验还只是试一试,允许成功,也允许失败;示范就包含了要继续推广应用的含义。试验、示范并存,支持者和反对者都留下了伏笔,等着看这个工程本身究竟如何。

  晚了十个月的终检报告

  验收专家说,“有一些最基础的要求我们不能让步”

  试验示范工程于2008年12月底竣工,2009年1月6日22时正式投入运行。2009年7月4日国家发改委组成国家验收专家组,工程终验检查考核和现场抽查为期十天,在7月16日拿出了一份《终验检查报告》。

  过程很顺利。但验收专家组成员在这份报告上签字,却迟至2010年5月。

  为什么隔了十个月?

  原电力规划设计总院规划处副处长曾德文是验收专家组的成员之一。他说:“我们很客观地反映一些问题,但是它(国家电网公司)不满意。”

  曾德文同时担任着原中国电力工程顾问集团公司专家委员会委员。他说,“有一些最基础的要求我们不能让步……差不多过了大半年才把报告交了。本来还要开一个大会,不开了,就让大家签字。”

  验收报告里的几句保留评价,让国家电网公司耿耿于怀:“进一步考核本工程输送能力;建议优化电源布局和运行方式,使能源流向合理;工程投入运行时间较短,已投入运行的设备还没有经受充分考验,应加强100万伏输变电设备的运行监测;巩固和发展设备国产化成果,加快特高压交流断路器灭弧室与操动机构、变压器与电抗器的高压套管和绝缘成型件等关键部件国产化进程;对今后拟建100万伏交流特高压输变电工程项目,建议加强项目论证。”

  2010年8月12月,国家电网公司在北京召开了特高压交直流示范工程总结表彰大会。会上表彰的交流示范工程,即富于争议的晋东南—荆门线路特高压交流线路。大会认为,特高压交直流示范工程的成功建设和可靠运行,实际验证了发展特高压的可行性、安全性、经济性和环保性。在特高压输电方面率先实现了“中国创造”和“中国引领”,形成了一大批“世界之最”。

  这显然不符合一些专家对晋东南—荆门线路的看法。曾德文就曾经支持特高压技术实践,但在试验示范工程验收后坚定了看法:“交流特高压现在还不具备竞争力,不宜盲目推广应用。”

  在他看来,晋东南-荆门线路试验示范工程本身主要有两个问题,一是没有经过大负荷考验,目前这条线路的送电能力基本在200万千瓦以下,尚未达到设计能力;二是一些关键的核心技术和设备,尽管国内厂家也做了试验,但出于安全考虑并没有没有挂到网上去实际运行。

  “说核心技术国产化达到90%,实际上把什么都算在里面,一些导管和GIS部件等核心技术却完全没有国产化。”曾德文对财新记者说。

  试验示范工程原本声称要将晋东南的煤电送往华中。但截至2010年1月6日24时,试验示范工程累计送电91亿千瓦时,其中华北火电送华中58亿千瓦时,华中水电送华北33亿千瓦时。原华中电业管理局副总工程师张育英透露,晋东南并无多余电力输送华中,结果是以水电北送名义将华中的电经这条线路倒送华北,还导致华中冬季电煤告急。

  在这些专家们看来,晋东南-荆门交流特高压试验示范线仓促上马,未经严格论证,不仅技术上没有达到目的,从实际应用角度衡量也没有意义。软肋是经济性不高。“花了50多亿,容量上不去,经济性就好不了。”原电力规划总院规划处处长、原国家电网建设公司顾问丁功扬说,“现在为了提高输送功率,还要在中途加更多变压站,又是几十亿元要花出去。”

  此外,这条线路还存在着低频振荡和电磁环网的问题,即会导致线路连接的两大电网互相干扰。专家们指出,这都是交流输送必然产生的问题,而直流输送没有这个危险。

  低频振荡是电力系统在遭受扰动后联络线上的功率摇摆。机组越多、连接区域越广,连接越松散,则振荡频率越低,严重的会导致系统失稳、解列,甚至造成大范围停电事故。

  电磁环网是指两组不同电压等级的线路,通过两端变压器磁回路的联接而并联运行。在这种情形下,一旦发生高压线路断开这样的常见事故并引起负荷转移,很有可能造成事故扩大,系统稳定被破坏。

  “输电能力说得太多了”

  500万千瓦送电能力成空。许多专家们认为,要解决中国能源分布不均衡的问题,输电不如输煤

  在国家电网公司给自己的回信上看到“全面成功”的说法时,王仲鸿教授感到又可气又可笑,“当然,国家电网不会承认试验线路是个笑话。”

  78岁的王仲鸿在清华大学电机系就职近60年,一直从事电力系统教学和研究工作,就特高压电网问题已经写了71篇文章。“我觉得特高压交流有问题是从2005年的北戴河会议开始,当时我觉得国家电网把输电能力说得太多了。”

  王仲鸿告诉财新《新世纪》记者,国家电网公司广为宣传,100万伏交流特高压输电线路能送500万千瓦,其逻辑非常简单:输电损耗与电流的平方是成正比的,如果电压提高1倍从50万伏提高到100万伏电流减小1倍,输送能力差不多就能达到原来50万伏线路的4倍,也就是400万—500万千瓦。

  通过2009年的一次国内会议,王仲鸿看到了试验示范工程的录波图,从录波图上看,试验示范工程平均输电功率254千瓦的振荡分量为58万千瓦,比值为22.8%,超过一般安全运行的规定值10%,不能安全运行。录波功率的动态过程显示的是失去稳定前的摆动,它不在电网固有的振荡周期范围0.7秒到10秒之间内,而是在20到40秒之间变动。

  经过进一步实验和仿真计算,王仲鸿认为,由于电网中各种电器元件对交流电输送都有阻碍作用,如果试验示范工程要安全输送280万千瓦电量,其交流输电最大功率应为329万千瓦(以安全裕度15%计算)。王仲鸿举出试验示范工程现场的试验录波说明,平均输电功率达到254万千瓦已不能运行。

  国家电网公司也明白,试验线路现有的送电能力并不能达到原来宣传的水平。他们的解决办法是要求扩建。

  2010年年底,国家发改委核准了试验示范工程的扩建工程,将再增加投资43亿元,在试验示范线中途扩建三座100万伏变电站,新增1200万千伏安变电容量。交流特高压试验示范线总投资升至近100亿元。

  但王仲鸿认为,“扩建了也送不到500万千瓦。”

  王仲鸿从一位在山西工作的工程师那里获知,他们曾对从山西送出500万千瓦电,在河南南阳分流200多万千瓦的情况进行过仿真模拟,发现所谓的500万千瓦输电很可能并不是从山西长治到湖北荆州,而是仅存在于山西长治至河南南阳之间。

  也就是说,号称要远距离送电500万千瓦,其实途中不断分流打折,真正到地方已经分流过半。

  这其实是国家电网公司的惯常做法。计划建设的内蒙古锡林郭勒盟至江苏南京的100万伏特高压输电工程,锡盟出口为940万千瓦,行至北京分流432万千瓦,至济南又分流273万千瓦,到南京仅剩235万千瓦。

  华南向上海送电亦是如此,华南先向芜湖送电300多万千瓦,在芜湖附近新建一个发电厂,将芜湖至浙江这段不足150公里线路的输电功率提高到500万千瓦,到了浙江再分流,实际送到上海的不足200万千瓦。

  此外,电力专家蒙定中和吴敬儒还强调,从国家能源战略的角度考虑,要解决中国能源分布不均衡的问题,输电不如输煤,“比下来(输电)不经济,差3倍”。其中关键,是中国产煤地多缺水,使用空冷机组的发电煤耗比水冷机组共多15.5%,平均输电1500公里功率损失较输煤大2.5%,而如果用铁路输煤到用电中心建火电厂可使用水冷机组,前者比后者要多耗煤18%。

  目标“三纵三横”

  国家电网的特高压建设仍在一路向前

  多位老专家们并非笼统反对特高压电网,但共同反对“三华联网”,亦即国家电网公司从2010年8月开始提出的到2015年建成华北、华东、华中(“三华”)特高压电网,形成“三纵三横一环网”。

  上书的23位老专家认为,“三华联网”将破坏中国目前分层、分区、分散外接电源的“三分”结构,为电网连锁跳闸、破坏系统稳定甚至造成大面积停电埋下隐患。

  目前,华中对华东电网和南方电网都是通过直流线路连接,三大区域内发生的事故不会相互影响。比如,2006年河南郑州发生停电事故。郑州西区和南区大范围停电,且华中全网失稳,之后直流联网的华北电网迅速解列,事故没有波及开来。反之,如果用交流线路将三个大区电网强联成一个同步运行的独立电网,一旦发生较为严重的事故,很容易因波动造成不同步,继而容易引发多米诺骨牌效应,致使事故范围扩大。

  特高压交流工程的造价也较高。国家电网公司曾在给老专家们的回信中称,“100万伏特高压交流工程的工程造价为常规50万伏输电的73%”,“实际动态总支出为57.36亿元”。但这一造价现在实际上已升至近100亿元。

  曾德文告诉财新《新世纪》记者,特高压交流线路一个变电所投资就20亿到30亿元,而50万伏线路上,修建一个变电所只需2亿多元。整个试验线路每公里线路投资800万元,相当于在50万伏线路上“又搭了顶帽子”,成本太高。

  王仲鸿介绍说,通常的50万伏高压线路输电走三回线可以稳定地达到270万千瓦,工程投资为43亿元。试验示范工程输电即使按能达到280万千瓦计算,也比50万伏线路贵了20%以上。

  相比起交流特高压,直流特高压在长距离输电方面优势明显,从三峡到广东的±50万伏直流输电工程,输电距离比试验示范工程长44%,输电能力比试验示范工程多50%,平均年输电电量比试验示范工程多80%。

  为了避开针对特高压交流输电线路的争议,国家电网公司一直将直流、交流特高压统称为特高压。但据蒙定中介绍,国际上过去一直把80万伏以下的电压等级叫超高压。

  2006年开国际交流特高压会议时,国家电网公司高层曾大力游说多家相关学会,最终推动了2007年IEC(国际电工协会)和国际大电网会议联合决定,±80万伏直流输电也叫特高压。如此,±80万伏的直流输电线路和100万伏的交流输电线路,就被统一在“特高压”这一个帽子下。

  多位专家向财新《新世纪》记者表示,在600公里范围以外的输电也可以用直流特高压,目前技术成熟;在600公里以内则可以用现有的50万伏线路,交流特高压并无存在必要。

  为何国家电网公司仍要大力发展交流特高压?在他们看来,这更多是国家电网公司出于自身利益的“战略考虑”,即通过建设以交流特高压为核心的全国电网进一步加强垄断地位,将“全国一张网”牢牢抓在自己手中。直流特高压则只能实现远距离输电,而无法形成完全意义上的统一电网。

  多位电力行业内部人士向财新《新世纪》记者透露,目前国家电网公司正在着手削弱旗下五大区域电网公司,意在将其变成国家电网外派的事业部门。倘若真是如此,电力体制改革不仅是停滞不前,甚至是在倒退。

  始于2002年的电力体制改革,曾在国家电网内设立了五大区域电网公司。改革有意通过相应过渡性安排,鼓励区域电网做大做强,并在可能的情况下进行股份化改造,以促进效率比较和竞争。国家电网公司削弱五大电网,显系逆行之举。事实上,倘基于特高压的垄断付诸实施,则与国家电网并存的南方电网及其他小型独立电网公司也将失去市场角力的平等地位。

  目前,国家电网的特高压建设仍在一路向前。按国家电网公司的既定时间表,要“力争锡盟—南京、淮南(南京)—上海交流特高压工程上半年核准,蒙西—长沙、靖边—连云港特高压交流工程年内核准”。对于已经59岁的国网公司总经理刘振亚来说,今年将是特高压的关键一年。

  仍然在坚持发出不同声音的老专家们的愿望其实很简单, “这么大的工程应该需要方案比较,不能领导说要建,就拿出一个说明书来。”

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