“西电东送”战略实施在江苏

2020年12月10日,国家“西电东送”核心枢纽工程——白鹤滩—江苏±800千伏特高压直流输电工程正式开工建设。目前,工程江苏段线路已初步贯通,受端虞城换流站分阶段进入调试状态,全部工程计划2022年内投运。建成后,来自在建的白鹤滩水电站——三峡水电站以外的中国第二大水电站的清洁水电将源源不断送至江苏等长三角地区,促进江苏早日进入碳中和时代。这也是“十四五”期间,“西电东送”战略在江苏境内最大、最重要的工程。

由于我国能源资源分布和电力区域负荷的不均衡,“西电东送”战略早在20世纪60年代就已被提出。受限于国家财力与技术水平,直到2001年“十五”计划实施,“西电东送”战略才全面启动,至今已来到了第五个五年建设计划的阶段。其间,从2002年500千伏徐州三堡变电站扩建工程启动投运,到白鹤滩入苏特高压直流工程贯通投运,作为“西电东送”战略中部通道的重要受端省份之一的江苏,也见证着我国电力事业与改革发展的不断进步。

一、起步

2000年4月14日,山西阳城电厂1号机组完成168小时满负荷试运行。5月18日15时35分,山西阳城电厂一次成功并入江苏电网,实现了“西电东送”战略首次向江苏送电。

山西阳城电厂及其配套送变电工程不仅是“西电东送”战略的先锋工程,也是国内第一个实施煤电并输战略决策的工程。工程的规划与筹建起于1992年,当时华东地区的电力系统刚刚迈出跨省连接的第一步,由徐州出发以500千伏输变电线路连接至上海。从山西到江苏,这样一项长距离、跨省市甚至跨区域的大型送电工程,面临的不仅仅是资金和技术两个显而易见的难题,还涉及各省市电力公司间的协调与沟通——每个环节都必须周全考虑。

1992年10月,能源部发出《关于印发建设阳城电厂向江苏送电前期政策研究研讨会纪要的通知》,随后,江苏、山西两省政府经过磋商,签署了《关于合作建设山西阳城电厂向江苏送电工程意向书》。经过一年多审慎的思考,国务院办公厅于1993年11月5日下发了《关于建设山西阳城电厂问题的复函》:

一、原则同意利用外资建设阳城电厂,由山西省、江苏省、国家能源投资公司及外商四方合资建设,投资比例大体各占四分之一。要把电厂和配套的500千伏送变电工程作为一个项目来建设。

二、要落实电厂的建设资金,做好外汇平衡工作,外资偿还按投资各方的投资比例负担。在测算工程总投资、外汇偿还和电价时,美元与人民币的比价按外汇调剂市场价格计算。

三、考虑到国内发电设备的生产能力不足,且缺乏制造燃无烟煤锅炉的经验,而阳城电厂的建设工期又比较紧,同意电厂的主要设备从国外引进,但引进的设备和技术要可靠,对辅助设备和零部件要尽可能多地使用国内产品,以降低工程造价。

四、阳城电厂建成后,所发的电全部直接送到江苏省,由江苏省包销。同意500千伏送电线路的落点放在江苏的淮阴。确定电价时,以江苏测算的在淮阴上网电价每千千瓦时475元为基数,由有关方面进一步测算。

五、请国家计委牵头,山西省、江苏省和电力部、国家能源投资公司参加,组成阳城电厂建设协调小组,具体问题由国家计委商有关方面办理。请电力部牵头,中方出资三方参加,组成对外谈判小组,尽快开展对外谈判工作。

六、项目建设要严格按基本建设程序办理,目前要抓紧做好前期工作,落实有关建设条件。根据前期工作的进展情况再确定具体开工时间。送电线路经过河南、安徽两省涉及的有关问题,由协调小组与两省协商解决,请河南、安徽两省给予支持。

复函为解决工程启动的几大难题指明了方向——资金适当引入外资,以合资企业的方式启动;主要设备和技术由国外引进,辅助设备尽可能采用国产的,边建设边学习;建设过程中,各省通力协作,互相支持;全线建成后,山西阳城电厂所发的电力以专厂、专线、专供的方式全部送往江苏省。

接下来的几年,山西阳城电厂及配套送电工程的建设逐步驶入了快车道。工程全线透着一股“国际范儿”——承接建设和经营的公司由来自中国、美国的六家单位合资组建,并由江苏省电力公司牵头负责。电厂总体设计由华北电力设计院负责,具体到技术单元,汽机岛由德国西门子公司设计、锅炉岛由美国福斯特惠勒公司设计、电厂铁路专用线及电厂工业站由铁道部第一设计院设计……五湖四海的电力建设者们的信念与努力汇成了一句响亮的口号——“阳电下江南”。

从1997年7月18日到2002年7月27日,来自16个送变电公司、8个土建施工单位、10个监理单位的电力工人们先后踏上了阳城电厂及配套输电线路工程建设的征程,高峰时期全线施工人员达到6000余人。更有来自国内的18个铁塔厂、69个器材供应商和来自9个其他国家的19个设备供应商为这项工程的建设保驾护航。5年的时间,海内外的电力工作者们共同将“阳电下江南”从口号变成了现实,更赋予了它“煤从空中来”的鲜活形象。

在阳城电厂输电专线的建设过程中,我国的电力工作者也不断从国外引进的技术设备中汲取养分,迈出“中国探索”的步伐。工程在江苏境内的枢纽之一是位于徐州、始建于1998年9月的500千伏三堡开关站。为了适配阳城电厂的特高压交流送电,三堡站于2000年8月1日开始串联补偿装置施工,11月26日完成全部安装工作。这也是串联补偿技术在国内乃至亚洲电力行业的首次应用,它不仅为我国超高压、长距离、大容量输电解决系统暂态稳定、提高输送容量和节省线路走廊等问题开创了工程先例,更填补了国内超高压输变电工程领域的一项高科技应用的空白。此后,为使整个工程更有效地发挥枢纽外送效益,国家计划委员会于2001年4月批准扩建三堡变电站,安装当时江苏境内容量最大的75万千伏安变压器;徐州供电公司也先后配套架设220千伏高压送电线路达64公里,使徐州电网形成了双环供电网络……数据显示,到2007年底,阳城电厂专线成功向江苏送电680.24亿千瓦时——这也标志着“西电东送”战略迈出的第一步取得了阶段性的成功。

二、升级

从“十五”到“十二五”“西电东送”战略的持续推进,来自西部地区的电能不断注入江苏,支撑着江苏地区经济、社会的快速发展。然而,负荷预测显示,“十二五”期间,江苏省用电负荷将持续以8%的年均增长率增长,尤其是苏州地区用电负荷年均增长率保持在10%的高位,到2015年,全省仍有2000万千瓦时左右的用电缺口。

在区外受电需求不断提升的背景下,“西电东送”战略工程建设不仅要在数量上持续推进,更要攻克在幅员辽阔的中国版图上提高长距离、大负荷输电的安全性、稳定性这一难题。

2005年,一场中国电力科技发展最高水平的“论剑”在北戴河悄然展开。由200多人组成的覆盖学术、建设两大层面的队伍最终将解决问题的钥匙引向了特高压输电技术——一个突破了当时中国最高电压等级750千伏的领域。然而,摆在专家学者们面前的是一个新的难题——以往从国外“引进、吸收、消化、再创新”的“跟踪”式电力技术探索之路在特高压这个领域行不通了。当时,美国、日本、苏联、意大利等国家都开展过特高压技术研究,但除了苏联之外,其他国家都没有建设成功,苏联的特高压实践也受苏联解体等因素影响,很快便由1150千伏降回了500千伏运行。内有需求,外无标准,中国迈向了自主创新的探索之路。

2009年,伴随着1000千伏晋东南—南阳—荆门特高压交流输电示范工程投入运行,国家电网公司围绕“西电东送”战略的三大通道启动特高压“三纵三横一环网”规划。其中,受端落户苏州的锦屏—苏南±800千伏特高压直流输电工程是中国国内第二条、江苏第一条特高压直流输电线路。

肩负着特高压直流输电技术“自主创新”探索先驱的重任,锦屏—苏南±800千伏特高压直流输电工程的建设者们一边紧锣密鼓地忙建设,一边从为数不多的特高压输电技术研发的思路、方法及部分结论着手,逐步开始关键设备的设计与研制。

从整个特高压直流输电工程的成套设计,到低端换流变压器和套管、直流输电技术中最核心的元件换流阀……3年的时间,从困境中摸索到完全自主研制,中国电力迈出了特高压直流输电技术“自主创新”的第一步。

在锦屏—苏南±800千伏特高压直流输电工程的建设纪实中,记录着许多研发和建设过程中艰难曲折与波澜壮阔的场景。由于换流变压器特殊性试验采用的试验设备较多,且易受周围环境影响,为了彻底屏蔽干扰因素,苏州同里换流站的调试人员选择在晚间进行试验。第一组换流变的试验尤为艰辛——试验人员连续奋战19个小时,接连完成极II低端2台Y-Y型换流变压器局部放电、绕组变形等试验,创造了国内换流变局放试验效率最高的纪录。就这样,不到一个月的时间,同里换流站一共29台换流变压器顺利完成了全部试验,试验数据也证明了中国自主创新的各项技术指标均达到了国际先进的水准。

2012年11月29日,锦屏—苏南±800千伏特高压直流输电工程正式全线投运。这条途经四川、云南、重庆、湖南、湖北、浙江、安徽、江苏8省市、全长2059公里的特高压线路每年可以输送相当于7台百万千瓦燃煤机组的电量,折算煤炭运力1680万吨,相当于京杭大运河年运力的1/3,助力江苏每年减少排放二氧化碳3240万吨,成为当时世界上输送电压等级最高、距离最远、容量最大、技术条件最为复杂的直流输电工程,将“煤从空中走”的战略构想进一步升级成了“电送全中国”。

三、突破

以锦苏线的建成投运为起点,“西电东送”战略在江苏正式进入“大规模建设、全面加强”的布局阶段。经过一项项工程的历练,中国技术也日臻成熟,达到甚至引领国际的先进水平。

2014年,世界首条特高压双环网工程——淮南—南京—上海特高压交流工程开工建设。整个双环网工程的焦点当属如何跨越长江天堑,真正将“环”连接起来。为了解决这一难题,全国的电力技术专家先后进行了长达7年的反复论证,留下了许多凝结着理论与技术结晶的影像文字资料。直到2016年,最终的方案才正式确定——为避免影响“黄金水道”的航运安全,将输电稳定性与安全性的不确定因素降到最低,中国电网建设者们决定挑战一项世界范围内前所未有的技术——特高压GIL综合管廊技术,将气体绝缘、金属封闭的GIL线路通过江底隧道穿越长江。2016年8月,这条举世瞩目的过江综合管廊在位于南通、苏州的两个隔江相望的引接站正式开工。

从开工仪式整齐划一的队列,到盾构机在千呼万唤中破土贯通,艰巨的挑战和各条战线上电力建设者们的努力与付出化作一组组震撼人心的数字见证着历史——隧道全长5468.5米,最低点标高-74.83米,水土压力超过0.8兆帕,相当于9.5倍大气压力……工程前期,岩土勘察工作者们历时3个半月,勘测了262个勘探孔,试验土样近7000件,累计测线近24万米;隧道盾构领域的专家们从2017年6月到2018年8月,奋战419天,操纵重达2404吨的盾构机由南岸向北岸完成了隧道的贯通;2019年3月,电气施工人员进驻隧道,用167天完成2000多个单元的GIL设备拼装,累计误差不超过±2毫米……3年多的时间里,无数电力研究及建设人员长期奋战在一线,即使春节假期也驻守现场,分秒必争。中国科学院隧道专业、电气专业的多名院士也多次赴现场复测、验收……他们以坚实的脚步、不懈的努力,穿越长江天堑,铸就震撼世界的“中国速度”与“中国质量”,实现了特高压输电技术领域与长江水下隧道的“双跨越”。

淮南—南京—上海特高压交流工程穿越长江顺利合环只是“西电东送”战略在江苏走向繁荣的一个缩影。

几年间,一系列特高压工程助力江苏初步形成了“三线五站”的区外受电特高压网架,苏南负荷中心地区电力供应条件也得到了全面提升。与此同时,江苏电网也对内部网架结构进行了技术更新,以适配来自西部的区外受电给江苏省内各级电网协调调度能力提出的新要求。苏州、无锡、扬州等地智能电网试点工程等重点项目相继投入建设,光纤通信等先进技术及一系列智能辅助设备首度引入电力基建领域,全面提高了变电站的自动化与智能化程度。中国自主研发制造,具有独立知识产权的统一潮流控制器(UPFC)技术在苏州南部500千伏电网得以推广应用,实现了500千伏电网电能流向灵活、控制精准,相当于给苏州南部电网加装了一个“智能导航系统”,实现了电能的“无人驾驶”。

更重要的是,在这一系列工程的建设过程中,中国技术正式走向世界。仅统一潮流控制器(UPFC)这一项核心技术,中国就领衔颁布了10余项技术标准,4项IEC、IEEE国际标准,正式宣告中国成为世界上首个掌握500千伏UPFC成套设备技术的国家,占领了世界柔性交流输电技术领域的制高点。可以说,“西电东送”在江苏的发展也见证了中国在电工技术领域的综合实力和国际竞争力。

四、展望

20余年间,中国发生着翻天覆地的变化。“全面建成小康社会”从战略构想变成了现实,经济、政治、文化、社会、生态文明五大指标协同并进的思想也越来越明晰。

20多年来,江苏在“西电东送”战略的强大支撑下不断发展壮大,而“西电东送”战略也在江苏的勇于突破创新中进一步向能源互联网阶段提档升级,二者相互促进、相辅相成。江苏省的GDP由2000年的8553.69亿元达到了2020年的102718.98亿元,夏季高峰用电负荷也连年突破1亿千瓦。

在经济、社会快速发展的背景下,一场广泛而深刻的经济社会系统性变革在能源领域拉开大幕。2020年9月,中国在联合国大会上向世界宣布了“2030年前实现碳达峰、2060年前实现碳中和的目标”,并将该目标列入“十四五”规划重点任务序列中。作为我国能源资源均衡调配的重要工程,“西电东送”战略也将在新的社会形势下承担新的任务、新的使命。

前进的脚步永不停止。2021年5月26日,白鹤滩—江苏±800千伏特高压直流工程虞城换流站正式投运江苏首个“低碳临建”示范项目,现场临时建筑区采用太阳能、风能等可再生能源供能,同步构建了分布式发、储、用一体的低碳微电网,实现了施工现场高比例清洁能源的自给自足。这也标志着“西电东送”战略肩负起了新形势下的新任务、新使命,与时俱进地迈入了“绿色施工”的新时代,在服务能源均衡调配的同时,也充分践行能源变革的需求。

可以预见,未来的20年,甚至更长的时间,江苏省乃至全国,都将继续在“西电东送”战略的支撑下,谱写全面发展的新篇章。

〔作者简介:林冬阳,国网江苏省电力工程咨询有限公司(国网江苏省电力有限公司建设分公司)项目管理中心专职。〕