「電力高速路」投資需求趨漲，消納困境如何催生輸電技術進步？

21世紀經濟報道記者 費心懿 上海報道

隨着電力系統更新改造需求日漸旺盛，產業界與學術界的交往正變得更為密切。

交直流輸電國際會議（ACDC會議）是電力系統領域歷史悠久、久負盛名的國際性輸電會議，2016年由清華大學引入中國，並自此開始在中國和歐洲輪流舉辦，目前已舉辦19屆。

今年的ACDC吸引了來自12個國家及地區的共五百多位參會者。在主辦方名單中，除了英國工程技術學會(IET)與清華大學。聯合主辦方還包括懷柔實驗室和中國電氣裝備集團。

參會人員告訴21世紀經濟報道記者，ACDC會議以往是學術交流會議，而這是該會議首次將產業界及企業專家引入到交流活動中。

「我們發現，有時候學術界的一些研究工作產業界並不知道。如果在未來的課題中，學術界與產業界一開始就深入合作，學界解決一些基礎的科學問題，產業界解決工程相關的問題，這樣可以實現更深度、更高水平的科研成果的快速轉化。」一名參會的院校專家告訴21世紀經濟報道記者。

「電力高速路」直抵消納難題

21世紀經濟報道記者在ACDC 2024會議現場瞭解到，今年與會專家熱議的話題包括，如何實現交流電網絡更優質的運行；高壓直流輸電網絡如何實現更長足的發展；輸電行業的最新技術發展及目標等。

一直以來，特高壓技術都被譽為輸電行業的「明珠」。建立一張由「電力高速路」支撐的輸電網絡，助力實現高比例的可再生能源電力的高質量、低損耗、遠距離輸送是特高壓所長之處。

「過去常聽到棄風棄光、新能源沒法100%的送出，核心就是通道的問題。」ACDC大會組委會主席、清華大學電機工程與應用電子技術系教授何金良告訴21世紀經濟報道記者。

近日發佈的《中共中央關於進一步全面深化改革、推進中國式現代化的決定》提到，要加快規劃建設新型能源體系，完善新能源消納和調控政策措施。

「雙碳」目標下，可再生能源資源發展迅猛。截至2023年底，我國風電和太陽能發電合計裝機達10.5億千瓦。國務院發展研究中心預計，終端能源利用將由傳統化石能源為主轉換成電力為主，到2060年，電氣化率將由2023年的26%左右提高到60%左右。

新能源電力帶來了新的問題，綠電資源利用率持續下降，消納不足反而造成了浪費。2024年1-4月，全國棄光率達到3.70%，其中甘肅棄光率達到8.90%，西藏棄光率28.20%。

事實上，我國的電力結構呈現出可再生能源集中在三北、西南以及東南深遠海區域，負荷中心則位於中部和東南沿海地區的特點，資源與負荷空間不對稱分佈決定了大規模可再生能源需要高壓直流輸送。

另一邊，內蒙古自治區因其能源稟賦和得天獨厚自然資源，尤其是風能、太陽能資源的可開發量分別佔全國的57%和21%，位居前列。但是內蒙古自治區東西狹長、跨度較大，東西延綿數千公里。能源生產與負荷中心呈逆向分佈，與我國能源國情分佈存在逆勢特徵。因此，近年來同樣面對更大規模更高比例的新能源開發、外送、消納以及電網安全運行和穩定控制所面臨的技術難題，內蒙古電力集團正在加快構建以堅強智能電網為樞紐平臺的新型電力系統，加快推進沙戈荒大基地新能源惠及工程和500千方主網架輸配電工程。內蒙古電力集團還正推動抽水蓄能電站建設和煤電靈活性改造，切實提升了近幾年電力系統的綜合調節能力和新能源就地消納的利用水平。

何金良表示，對於新能源高速的發展，像海上風電和沙戈荒地區的綠電送出仍然是一個很大的問題。目前，除了特高壓之外，在輸電行業還發展出新的技術，例如管道輸電以及海上風電送出所需要的高可靠性電纜絕緣材料等技術創新，這都成為當前產業界感興趣的技術領域。

高壓直流輸電潛力巨大

與會期間，美國國家工程院院士、弗吉尼亞理工大學傑出教授Dushan Boroyevich博士將時間維度拉長，他告訴21世紀經濟報道記者，「如果要在未來30年內實現碳中和目標，不僅要滿足新的能源需求增長，甚至非常可能要替換現有的能源來源。因此，在交通、工業、農業、建築等各個領域找到可替代的方案至關重要。」

Dushan預計，未來30年，新型電力系統的規模大約要放大4到10倍的，這在全球GDP佔比中有望達到5%。

Dushan還提出，「如果我們需要建造這麼多新的電力系統，為什麼一定只能使用150年前的技術呢？我們不一定非要使用50赫茲或60赫茲的恆頻電力系統用於新的電力系統。」

這是因為，現有50赫茲的電力系統需要機電同步旋轉機，而可再生能源不會有恆頻轉換的機器，所以直流技術得到了發展的空間。直流輸電具有輸送靈活、損耗小、能夠節約輸電走廊、能夠實現快速控制等優點。

何金良介紹，我國輸電技術中，特高壓技術發展相對比較成熟，現在正屬於大規模推廣的階段。以往的輸電技術損耗大，而採取補償手段的經濟性不高。特高壓的優勢是適合遠距離、低損耗、大能量的電力輸送。

此外，在我國，直流特高壓技術的發展爲東中部地區節約了大量寶貴的土地資源，為當地高附加值產業提供了發展空間。

值得一提的是，特高壓為「西電東送」提供重要技術手段並推動東西部協調發展，累計帶動西部電源投資1.3萬億元，每年拉動西部地區GDP增長超過2600億元。

特高壓還反哺了超高壓設備技術升級，相關電力設備的高端產品已主導國內市場並實現大規模出口。

另一方面，交直電流在電力系統內共存，反而有利於電網安全穩定運行。

何金良還談到，如果中國的電網都採用交流電，大電網的安全穩定會成為問題。但如果交直流同時存在於電力系統中，有些通過直流來連接，有些通過交流連接，這樣整張電網雖然看起來是一張電網，但是出現事故時還是互相獨立的，不會出現大面積的停電，對電網的安全能夠起到很好的支撐作用。

事實上，構建新型電力系統需要從制度體系、技術裝備、可靠性驗證等諸多方面逐步推進。儘管特高壓柔性直流輸電技術已經取得了巨大的進步，中國在這一技術領域上也具有領先優勢，但其關鍵的電力電子元器件仍存在經濟性等挑戰。這意味着，其中關鍵零部件的降本空間需要以規模效應來挖掘。

當前，我國新一輪特高壓建設的大幕已經拉開。國家能源局的數據顯示，2023年，全國電網基本建設投資完成額5275億元，同比增長5.4%。電網企業進一步加強農網鞏固提升及配網投資建設，110千伏及以下等級電網投資佔電網工程完成投資總額的比重達到55.0%。

截至2023年底，我國建成跨省區特高壓輸電工程39條，其中特高壓交流19條、特高壓直流20條。特高壓線路總長度超過4萬公里，累計輸送電量超過3萬億千瓦時，其中70%以上為清潔能源。

銀河證券研報預計，我國在「十四五」和「十五五」期間，將新增27至32條特高壓外送直流通道。目前存量線路4條、在建5條，意味着未來還有18至23條的建設空間；預計2024年特高壓設備投資有望超400億元，下半年招標還將提速。

輸電行業涌現「新質生產力」

何金良團隊從2014年起開展了直流管道輸電技術的研究。他告訴21世紀經濟報道記者，管道輸電可以實現大容量的輸電，走地下也不佔通道，是一個很有前景、面向未來的輸電技術。今年，800千伏的直流輸電管道研發被正式寫入國家相關攻關計劃。

在材料方面，傳統的電纜採用的是聚乙烯材料，是依賴進口的材料，很難完全實現自主生產。隨着海上風電或者太陽能發電，我國輸電領域特別需要大容量的電纜輸電技術提供保障。清華大學聯合中石化北京化工研究院等單位自主開發了接枝聚丙烯絕緣材料，作為一種熱塑性材料，具有可回收再利用的特點。同時，其工作温度可達120度，相對傳統的電纜，至少可多輸送30%以上的電能。

在量產方面，何金良預計，到今年年底接枝聚丙烯電纜材料中試線將會建成。「這種新的材料完全自主可控，另外它的性能比進口的交聯聚乙烯材料要好。」何金良強調，目前這種材料已經研製出110千伏電纜並實現掛網，預計明年實現在220千伏電纜上的應用，后年實現500千伏電纜的應用。

許繼電氣作為中國電氣裝備集團的下屬子公司，在特高壓直流輸電換流閥方面掌握了諸多核心技術。針對海上風電送出等業務場景，許繼電氣對換流閥設備輕型化的需求研發了DRU MMC輕型化混合換流閥關鍵設備等。已參與了6個柔性直流輸電工程的建設，其中包括全球首個五端柔性直流輸電工程——浙江舟山±200千伏五端柔性直流工程。

此外，特高壓技術的溢出效應不斷增強。

今年4月，國家電網巴西控股公司與巴西電力監管局3日在巴西利亞簽署「巴西東北特高壓項目」特許經營權協議。這一項目是巴西史上最大輸電特許權項目。

據此前報道，巴西東北特高壓項目是巴西史上最大的輸電特許權項目，也是近年來該國最大的基礎設施建設項目。該項目由國家電網公司於2023年12月15日成功獨立中標。這是繼巴西美麗山特高壓輸電一期、二期項目之后，國家電網公司第三次在海外中標的特高壓輸電項目。

在多位與會專家看來，產業界與學界的緊密合作，將為推動新型電力系統更安全、靈活、高效的運行提供動力。同時，輸電技術的不斷發展創新也將進一步促進可再生能源的消納。