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未知多焉知少系列——电流的高速公路
韭韭八十一难
2022-07-29 15:31:03

2021-11-08 09:43·文鑫雕珑

《论语·先进篇》,孔子学生季路问他关于如何事鬼神,孔子回答:“未能事人,焉能事鬼”季路再问道:“敢问死。”孔子说:“未知生,焉知死?”

同理可得,“未知多,焉知少”。

——引子

近几日,我国多地“拉闸限电”的通知在各大朋友圈转发,关于“电荒”的说法刷屏了,各路兵马也都来分析“电荒真相”,众说纷纭,莫衷一是。并且,缺电的不只是我国,全球几大洲的多个国家都在“拉闸限电”,缺电好像新冠病毒一样,似乎正在全球范围内蔓延。

电一荒,人心跟着也慌。曾经有句广告语说“人类失去联想,世界将会怎样?”那么试问,“手机失去电量,你将会怎样”?恐怕大部分朋友都会“不怎么样!”用“抓心挠肺”形容也不夸张,真要夸张了说,“戒毒什么样我就什么样”。

这新能源电动汽车如火如荼,大家正处在关注三元锂电续航好还是磷酸铁锂续航好的时候,先不说充电桩覆盖了多少里程,这突然间的限电,万一有那天,我就想问一句,这车还跑吗?

当然,这些都不妨着股市的阴晴圆缺,就在“电荒”的前不久,新能源的股票涨势喜人,紧接着,储能概念也拿过接力棒,走出一抹亮眼红。这些让我恍惚觉得,我们好像缺的不是电,而是能快速接盘的韭菜,可恨的是韭菜没有像希望中那样长的快。

光伏项目、风电项目上多了,发现弃光率、弃风率有点高,类似于生产企业的生产能力过剩(姑且这么比喻),这时候有三种选择,一是停产,二是加大库存,三是广开销路。

发展储能,给我的直观感受就是加大库存。

储能本身不是新兴的技术,但从产业角度来说却是刚刚出现,正处在起步阶段。到目前为止,中国没有达到类似美国、日本将储能当作一个独立产业加以看待并出台专门扶持政策的程度,尤其在缺乏为储能付费机制的前提下,储能产业的商业化模式尚未成形。中关村储能产业技术联盟发布的《储能产业研究白皮书2021》显示,截至2020年底,我国已投运储能项目累计装机规模35.6GW,占全球市场总规模的18.6%,同比增长9.8%。其中,抽水蓄能的累计装机规模最大,为31.79GW,同比增长4.9%;电化学储能累计装机规模位列第二,为3269.2MW,同比增长91.2%;在各类电化学储能技术中,锂离子电池的累计装机规模最大,为2902.4MW。

以这样的角度来看,我们国家整体是不缺电的,但可能存在“结构性缺电”。这就让我想起中国新世纪四大工程之一的西电东送工程,这里其实也有点“广开销路”的意思。

根据传统说法,西电东送指开发贵州、云南、广西、四川、内蒙古、山西、陕西等中西部省区的电力资源,将其输送到电力紧缺的广东、上海、江苏、浙江和京津唐地区。西电东送工程将形成三大通道:一是将贵州乌江、云南澜沧江和桂、滇、黔三省区交界处的南盘江、北盘江、红水河的水电资源以及黔、滇两省坑口火电厂的电能开发出来送往广东,形成南部“西电东送”通道。二是将三峡和金沙江干支流水电送往华东地区,形成中部“西电东送”通道。三是将黄河上游水电和山西、内蒙古坑口火电送往京津唐地区,形成北部“西电东送”通道。从以上可以明显看出,“旧西电东送工程”主要解决的是水电资源分布和火电资源分布与用电负荷分布的不平衡问题,如90%的水电可开发装机容量集中在西南、中南和西北地区。特别是长江中上游的干支流和西南国际性河流,其可开发装机容量占到全国可开发装机容量的60%,西部地区可开发的水电资源占全国的72%。再如,我国煤炭资源也集中在山西、陕西、内蒙古西部,西部地区已探明的煤炭资源储量占全国的39%。而众所周知,我国用电负荷主要分布在经济发达的东部沿海地区,且北京、广东、上海等东部七省市的电力消费占到全国的40% 以上。

同时,我国太阳能资源最丰富地区,主要分布在宁夏,甘肃,新疆,青海,西藏等省份,集中在我国西部地区,整体来看,我国光电资源呈“西北高,东南低”的地理分布,也正好和我国用电需求“西北低,东南高”相背离。“旧西电东送工程”并没有明示涵盖光电资源的调配,但也应是题中应有之义,更广泛地讲,较偏远地区丰富的风电资源也应包括在“新西电东送工程”之内。实施“西电东送”是我国资源分布与生产力布局的客观要求,也是变西部地区资源优势为经济优势,促进东西部地区经济共同发展的重要措施。所以,“西电东送”随着新能源的发展,应有着更为丰富的外延。

说到新能源的发展,有些人的分析是基于“能源体系创新革命”的论调。一个国家的命运,当然和“能源体系的创新革命”紧密相关。最具时代性的例子,当然是美国打造的“原油体系”。美国在19世纪下半叶的崛起,就离不开其打造的最具时代性的“原油体系”。这一体系的生产端,是以洛克菲勒家族创办的标准石油公司为标志,其通过改良设备、以及高效的冶炼技术,提高了炼化效益,继而控制了美国95%的市场,又通过价格战、雇文痞、收买黑帮等方式,一度控制了全球85%的市场;运输端,洛克菲勒放弃了当时广泛流行的铁路运输,开创性地建立了庞大的输油管道,大幅降低了石油成本;消费端,亨利·福特开创了流水线的生产方式,搞出了廉价的燃油车,完成对洛克菲勒生产的石油的消费。最终形成了“高效炼化技术-全新输油管道-创新汽车生产线”的“生产-传输-利用”的循环体系,成功取代了由英国主导的“煤炭体系”,大大加速了美国工业的发展。也成为了二战后美国石油霸权的基石。即使到了21世纪,美国在传统能源界的实力依旧在不断膨胀。在生产端,美国通过页岩油在2019年重新登上了世界第一大石油生产国的宝座。中东即使打成焦土,对美国的影响也有限。但作为世界工厂的中国每年进口石油超过2000亿美元,如果算上与俄罗斯、伊朗签下的石油管道输送合同,以及为了越过马六甲海峡,在巴基斯坦和缅甸修建的港口等,我国在能源安全上的投资则是天文数字。而要真正打破这个局面,中国需要的也是一次在能源领域的创新革命。这便是如今最热的赛道:“硅能源”革命,即由光伏-特高压-新能源车组成,对应一个新的“生产-传输-利用”循环体系。这种说法有一定的道理,这里咱先按下不表。

我们发现无论是“新西电东送工程”,还是“光伏-特高压-新能源车”的“硅能源”革命,都离不开稳定高效的电力运输方式——特高压。这也是破解我国电力资源与电力负荷分布极不平衡现实难题的利器,促进中国可再生能源的大规模开发和利用。

特高压(UHV)是指±800千伏及以上的直流电和1000千伏及以上交流电的电压等级。它具有输送容量大、距离远、效率高和损耗低等技术优势,能大大提升电网的输送能力。当然,直流输电和交流输电还是有所区别的,有个比较形象的比喻,“特高压直流好比直达航班、一飞到底,中途不能‘停’,特高压交流则是高速公路,既能快速到达目的地,在中途也有出口、能‘停’”。交流与直流是配合使用、相互补充的。交流输电具有输电和组网双重功能,电力的接入、传输和消纳十分灵活;直流输电只具有输电功能,不能形成网络,主要以中间落点的两端工程为主,可点对点、大功率、远距离直接将电力送往负荷中心。

我国不仅全面突破了特高压技术,构建了完善的特高压试验和研究体系,还率先建立了完整的技术标准体系,自主研制成功了全套特高压设备,实现了从中国制造到中国创造,再到中国引领的跨越发展。

2008年底,1000千伏晋东南-南阳-荆门特高压交流试验示范工程建成,并于次年1月6日投入商业运行。这是世界上首个实现商业化运行的特高压输电线路。2010年7月8日,向家坝-上海±800千伏特高压直流输电示范工程投入运行,标志着国家电网全面进入特高压交直流混合电网时代。2019年,世界上电压等级最高、输电容量最大、技术水平最先进的特高压直流输电工程——±1100千伏准东—皖南特高压直流工程建成投产,标志着我国已完全掌握交流1000千伏及以下电压等级电网的系统规划、工程设计、施工安装和调试试验技术,以及±1100千伏、±800千伏特高压直流输电关键技术,实现了工业化规模应用。

截至目前,国家电网建成投运“十四交十二直”26项特高压工程,核准、在建“两交三直”5项特高压工程。在运在建31项特高压输电工程线路长度达到4.1万千米,变电(换流)容量超过4.5亿千伏安(千瓦)。截至2020年底,中国已建成“14交16直”在建“2交3直”共35个特高压工程,在运在建特高压线路总长度4.8万公里,特高压累计输送电量超过2.1万亿千瓦时,电网资源配置能力不断提升,在保障电力供应、促进清洁能源发展、改善环境、提升电网安全水平等方面发挥了重要作用。

国家电网公司已初步建成了特高压电网架构,形成全国“西电东送、北电南供、水火互济、风光互补”的能源互联网新格局、资源优化配置新平台,为保证电力可靠供应、推动能源转型和区域经济协调发展奠定了坚实基础。

并且,国家电网建成了以“四基地两中心”为核心的特高压试验研究体系,即湖北武汉特高压交流试验基地、北京昌平特高压直流试验基地、西藏羊八井特高压高海拔试验基地、河北霸州特高压杆塔试验基地,国家电网仿真中心、国家电网计量中心。

其实,特高压的技术难度是相当高的,是国际重点争夺的高科技制高点之一。美国、加拿大、俄罗斯、日本、意大利、西班牙等国家从上世纪70年代就开始研究特高压输电技术,历经40余年。美国、前苏联、日本和意大利都曾建成交流特高压试验线路,进行了大量的交流特高压输电技术研究和试验,最终只有前苏联和日本建设了交流特高压线路。其中著名的工程有前苏联1150kV工程、日本1000kV工程、意大利1050kV试验工程等,但可惜的是这些研究和试验都没有达到商用的程度。美国从1880年就开展了电力输送研究,至今没有进入特高压的第一方阵。

特高压是实现能源资源集约开发、促进清洁能源发展、有效解决雾霾问题的重要载体,更是转变能源发展方式、保障能源安全的必由之路,也是我国抢占世界能源发展制高点、带动电工装备业“走出去”的重要举措。我国较为成熟的特高压输电技术为开展国际电力合作提供了技术保障。海外国家大多存在基础设施不足,电力系统老旧不成体系,开发需要电力建设,中国在特高压已经形成领先全球的技术标准,及顶级的经济性和可靠性。特高压是中国继高铁之后,最具全球竞争力的领域,各项技术标准全面超越欧美等电气强国。目前中国特高压已在巴西(一期、二期)、巴基斯坦等国实施,进一步走向全球是大概率事件。

仅国内市场来看,2021年9月9日,国家电网在2021能源电力转型国际论坛宣布,未来五年计划投入3500亿美元(2万亿元),推进电网转型升级。预计特高压可能会是其中的重头戏。根据国家能源局《2021年能源工作指导意见》,年底前将新批特高压3条(陇东-山东、哈密-重庆、金上-湖北特高压),根据国家电网公司《“碳达峰、碳中和”行动方案》原有“十四五”规划特高压7条。

再有,叠加“碳达峰、碳中和”的内在要求,在没有新的可以“就地发电”的技术突破之前,特高压是我国落实碳中和战略的关键一环。践行碳达峰及碳中和战略,能源是主战场,电力是主力军,这就要求我国实现更高水平的电气化,支撑煤炭、石油、天然气尽早达峰。更值得一提是,“新基建”的5G基站、城际高速铁路和城际轨道交通、新能源汽车充电桩、大数据中心、人工智能、工业互联网都是大耗电领域,未来电力消费将会持续增长,到2050年,预计将达到15万亿千瓦时,电能占终端能源的消费比重将提高至50%左右。相关战略将推动绿色能源的快速发展,绿色电源将成为我国主体电源。到2030年,非化石能源装机将达到23亿千瓦,占比超过60%;到2060年,非化石能源装机将达到65亿千瓦,占比将超过95%。由于我国主要的风光水发电资源在西南和西北,而电力消费重心主要在东部,未来几十年大量新投建及拟投建的新能源发电产能只有通过特高压才能高效传输到东部,而目前支撑新能源装机发电输送的通道较少,需要大量建设特高压补新能源输送通道的短板。

非化石能源装机量的占比持续提高,未来我们用的大部分的电或将都是来自西南和西北的风光水电,所以特高压新能源大通道的建设会是一个持续几十年的长过程。并且,还有广褒的国外市场有待特高压攻城略地,我国特高压领域未来大有可为。

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  • 炳鑫
    明天一定赚的小韭菜
    只看TA
    2022-07-30 11:46
    这个逻辑不错,昨天特高压多支涨停了
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    于2022-07-31 22:14:21更新
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  • 只看TA
    2022-08-01 22:15
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  • 只看TA
    2022-07-29 15:42
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