新疆是我国重要的综合能源基地之一,拥有丰富的煤炭、太阳能、风能资源。新疆累计查明煤炭资源量4500亿吨,居全国第二位。同时,新疆也是国家规划建设的9个大型风电基地之一,拥有十三间房等9大风区,风能资源总储量8.9亿千瓦,约占全国的20%,位居全国第二位,开发潜力十分巨大。近年来,新疆依托陆上能源输送大通道,大力推进“疆电外送”,优化全国能源资源配置,缓解中东部地区用电紧张局面。
一、“疆电外送”覆盖全国20省区市
2014年,新疆首条±800千伏哈密南—郑州特高压直流输电工程投运后,哈密地区开始进行大规模风电、光伏集中开发,大力建设电源输送线路,积极推动变电站布局,提升当地电网网架结构,站内先后实施了三次扩建工程。2014年哈郑直流投运第一年外送电量133.29亿千瓦时,2021年外送电量446亿千瓦时,增长了234.67%,对于实现全国电力资源优化配置、促进新疆资源优势转化成经济优势、推动新疆经济社会发展具有重要的意义。
目前,“疆电外送”主要包括四条通道,其中两条是特高压输电,分别是准东昌吉换流站至安徽宣城古泉换流站的±1100千伏特高压直流输电工程(简称吉泉直流)、哈密天山换流站至郑州换流站的±800千伏特高压直流输电工程。另外两条通道是从哈密市向东延伸并入西北电网的两项750千伏交流输电工程。
“疆电外送”范围覆盖我国20个省区市,来自新疆的电力东到上海、北至北京、南达广东,实现了“能源空中走,电送全中国”的目标。国网新疆电力有限公司发布数据显示,从2010年起的十多年间,新疆通过四条电力外送通道累计向全国20省区市输送电量5037亿度,成为我国“西电东送”能源战略布局的重要基地之一,有力支援中东部省市电力供应,缓解了我国能源资源与电力需求地理分布不均衡的矛盾。
二、“疆电外送”科技先行输电特高压技术保驾护航
从新疆向全国输电需要跨越沙漠,攀爬高山铺设线路,在戈壁滩上建设铁塔,不但施工条件异常艰苦,而且长达数千公里的长途输电会造成严重的电力损失。因此,“疆电外送”必须科技先行。我国具有其他任何国家和地区都无法比拟的优势,即规模宏大的电力输送框架和管理上一以贯之电力网络,给远距离、大功率输送蓬勃发展的广阔空间。同时,我国幅员辽阔、电网互联程度较高,电网面临的运行风险也较高,特高压线路开始规划设计时,就要考虑到线路架设运行,负荷承载能力,超负荷短时过载能力,以及互联网安全等诸多方面。这种优势与挑战并存的特殊情况,成为我国特高压发展壮大的沃土。
在技术方面,国家电网组织输电特高压技术联合攻关,实现了建模、设计、制造、维护等多方面突破,掌握了特高压直流全套设计、特高压换流阀内暂态电压分布数学模型建模仿真、高端换流变压器绝缘等关键技术,实现了直流电压和交流电压、输送容量的全面提升。特高压换流阀由数千个晶闸管、电阻、电容组成,其在换流过程中会产生不规则谐波,对输出电压造成不利影响,对这一影响的研究需要借助数学建模与数值计算进行精确勾勒,涉及的理论高深复杂。在设备方面,我国突破了特高压直流换流阀、换流变压器、隔离开关、避雷器、直流系统用复合绝缘子等特高压直流输电领域的关键设备。在换流阀制造领域实现了弯道超车,解决了±1100千伏直流输电系统方案论证、超长空气间隙绝缘等世界级难题,使得直流电压等级从±800千伏上升至±1100千伏,输电容量从640万千瓦上升至1200万千瓦,经济输电距离提升至3000-5000公里,每千公里输电损耗降至约1.5%。进一步提高了输电效率,降低了送电成本,节约了宝贵的土地资源。
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