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圖①：青海海南藏族自治州千萬千瓦級可再生能源基地。 |
引 子
自這一晚起，對河南省的不少家庭來說，燈還是原來那盞燈，但電已是來自青海省的綠色電能。
2020年12月30日傍晚，青海—河南±800千伏特高壓直流工程（以下簡稱青豫直流工程）正式投運。
這是一條專為清潔能源外送而建設的特高壓通道。它起于青海省海南藏族自治州，止于河南省駐馬店市，線路全長1563公里，輸送容量800萬千瓦，總投資約226億元。
截至6月9日，青豫直流工程累計輸送綠色電能119.59億千瓦時。這相當于減少標準煤燃燒538萬噸，減排二氧化碳885萬噸。
今年1月25日，習近平主席在世界經濟論壇“達沃斯議程”對話會上的特別致辭中指出：“我已經宣布，中國力爭于2030年前二氧化碳排放達到峰值、2060年前實現碳中和。實現這個目標，中國需要付出極其艱巨的努力。我們認為，只要是對全人類有益的事情，中國就應該義不容辭地做，并且做好。中國正在制定行動方案并已開始采取具體措施，確保實現既定目標。”
“青豫直流工程是我國發展運用特高壓輸電技術、推動新能源大規模開發利用的一次重大創新。”國家電網青海省電力公司建設部主任楊記寧說，這對于促進青海打造國家清潔能源產業高地，滿足華中地區用電需求，落實碳達峰、碳中和工作等具有重要意義。
日前，記者實地探訪青豫直流工程，感受能源綠色低碳發展的強勁脈動。
保障穩定供電
從光伏光熱到水光互補，創新驅動助力青海打造國家清潔能源產業高地，新能源發展多項指標居全國前列
光能、風能發電波動性、間歇性較強，往往靠天吃飯，而電力供應最看重穩定性。新能源大規模開發利用的瓶頸如何突破？
通過青豫直流工程輸送河南的綠色電能，主要來自青海海南藏族自治州、海西蒙古族藏族自治州的兩個千萬千瓦級可再生能源基地。
出海西蒙古族藏族自治州格爾木市東行30公里，來到海西多能互補集成優化國家示范工程基地。這里地處太陽能資源富集的柴達木盆地，茫茫戈壁上，一個個藍色光伏發電板整齊排列，一座座風力發電機迎風轉動。
不遠處，矗立著一座白色高塔。“這是光熱電站的集熱塔，高188米。以高塔為圓心，環繞分布著4000多面鏡片，每面鏡片面積約138平方米。”青海廣恒新能源有限公司副總經理曾需要介紹。
鏡片的名字很形象：定日鏡。它們把太陽能聚焦到集熱塔頂部的吸熱器，加熱吸熱器內的特制熔鹽。夜晚，當光伏電站停止運轉時，加熱后的特制熔鹽持續釋放熱能，再通過換熱系統產生蒸汽，推動汽輪機發電。
“別小看光熱的能量，一座集熱塔工作一天，就能滿足10萬戶居民一天的用電需要。”曾需要說，“通過示范推廣‘以熱補光’，讓新能源發電有了可靠支撐。”
在海南藏族自治州黃河峽谷地帶，距離龍羊峽水電站約50公里處的一片草地上，如今建起了裝機規模85萬千瓦的水光互補光伏電站。
“新的水光互補技術可將原本隨機、波動、間歇的光伏電，調整為均衡、優質、安全的穩定電源并送入電網。”國家電投集團黃河上游水電開發有限公司龍羊峽發電分公司綜合部副主任于海青介紹，“我們白天優先使用光伏發電，夜晚則由水電機組接力發電，保障新能源的最大化消納和電網的優化運行。”目前，這座水光互補光伏電站一年發電量已占龍羊峽水電站的1/4。
除了硬件布局，多能互補系統的軟件革新是提升新能源供給質量的又一關鍵。為適應大規模光伏發電并網運行的技術要求，青海近年來著力開展光伏功率預測技術攻關并完成系統升級。在此基礎上，青海牽頭承擔了國家重點研發計劃“多能源電力系統互補協調調度與控制”項目，并在青海省電網調控中心上線，實現對水、火、風、光、熱、儲等多種類型電源的協調調度。
“這套多能互補調度系統能夠給出電網運行的最佳方案，讓多種能源的深度融合實現‘1+1>2’的效果。這樣的技術能力是青海大規模發展新能源的重要基礎。”國家電網青海省電力公司調度控制中心主任方保民說，“十三五”期間，國網青海電力的新能源消納利用率保持在95%左右。
依托豐富的水、光、風、熱能資源稟賦，堅持創新驅動，青海近年來積極推動國家清潔能源示范省建設，著力打造國家清潔能源產業高地。截至今年5月底，青海電網總裝機規模4050萬千瓦，其中水電1193萬千瓦、光伏1591萬千瓦、風電853萬千瓦、光熱21萬千瓦，新能源裝機占比、集中式光伏發電量均居全國前列。
連續7天，連續9天，連續15天，連續31天——2017年至2020年，青海不斷刷新全省范圍內綠電供電持續時間紀錄。“十四五”開局之年，青海新能源發電又創佳績：2至3月，新能源發電量連續兩個月超過水電，擔當主力電源。持續穩定的電力供給，為青海綠色電能大規模外送打下了基礎。
打造“電力高速”
攻克關鍵技術，保障綠色電能快速、穩定、安全輸送
來自青海多地的綠色電能，匯集到海南藏族自治州共和縣的塔拉灘。這里坐落著青豫直流工程的首端站：青南換流站。
2018年10月26日，青海、河南、甘肅省政府和國家電網公司在北京簽署四方合作協議。10余天后，青豫直流工程就在青豫兩地同時開工。那天，塔拉灘上冰封雪飄、寒風凜冽，青南換流站站長李斌善心里卻很火熱，“依托遠距離、大容量特高壓輸電技術，可以讓青電入豫駛上‘高速路’——只用0.00526秒，就可以把青海的綠色能源輸入1500多公里之外的河南；一秒的輸電量就足夠一個家庭使用兩年。”
“電能匯集到換流站后，交流電變直流電，同時升高電壓。”李斌善揮手指向換流站的“心臟”——換流變壓器。變壓器另一側是負責交流變直流的換流閥，這里很安靜，只有電流通過時發出的嗡嗡聲。
“與交流電相比，直流電輸送過程中產生的損耗較小。交流輸電線路需要3根線纜，直流輸電線路只需兩根，降低了建設、運行維護成本，提高了輸送速度，運行也更加穩定。”李斌善說，“這符合青豫直流工程的設計初衷：讓青海綠色電能經濟、可靠地輸送到有需要的遠方。”
變壓器旁，巨大的散熱風扇不停轉動，“每臺變壓器重500噸，6臺編為一組，換流站共有4組24臺變壓器。”李斌善介紹說，電流經過4組變壓器升壓至800千伏，相同電功率作用下，升高電壓可以減小電流，同樣起到降低損耗的作用。
更令李斌善驕傲的是，站內設備已基本實現國產化。“工程建設中，已攻克掌握特高壓直流規劃設計、試驗研究、設備研制等關鍵技術，提升電能輸送的安全性、經濟性、環境友好性。”
“比如換流變壓器的配套組裝，要克服‘一遠一大’兩個技術難題。”李斌善說，一般情況下，換流變壓器需在生產制造廠內完成組裝、試驗再運送至換流站，但國內換流變壓器生產廠商主要集中在東部地區。同時，高原氣壓低，可能會導致散熱困難、外絕緣性能降低等問題，這就要求設計尺寸更大的換流變壓器。
為解決“遠”的問題，國家電網公司決定采用現場組裝技術：外地購買零件，西寧市組裝，再通過公路運輸至塔拉灘。“由于設備巨大，我們在國家電網青海省電力公司西寧檢修基地建設了特高壓換流變壓器組裝廠房。”李斌善說。
“大”的問題解決難度更大。“設計尺寸更大的換流變壓器，意味著很多零部件需要重新設計。”國家電網青海省電力公司電力科學研究院黨委書記張節譚帶我們走進組裝廠房附近的高海拔高電壓實驗室高壓試驗大廳，“從工程設計階段開始，研究人員便針對高原環境特點，從變壓器外部絕緣、耐壓強度、材料選用等多個方面進行考量和設計，通過技術手段解決相關問題。”
在高達60余米的試驗大廳，張節譚介紹了這里的幾個大型檢測設備：一個是方形的變壓器溫升試驗裝置，是變壓器的“體溫計”；旁邊是數十米高的沖擊電壓發生器，又被稱作“人工打雷器”，可瞬間產生電壓等級近乎雷擊的電流；還有換流變壓器局部放電試驗系統，可以給變壓器做“心電圖”……在這里，研究人員開展了高海拔環境下±800千伏特高壓閥廳空氣凈距試驗等幾十項試驗，所有換流變壓器均成功完成設計、通過檢測。
“變壓器線圈等關鍵設備要經過‘浸油’處理，這層‘保護膜’不僅可以提高絕緣介質系數，還能提升設備的耐腐蝕能力。但在高原低氣壓條件下，設備‘浸油’速度慢，花費時間要比平原多幾倍。”為此，張節譚團隊開發了加壓“浸油”工藝，在保證質量的前提下通過特殊加壓手段提升了速度，“節約下來的時間對我們加快項目進度有很大幫助。”
2020年8月，首臺±800千伏高端換流變壓器整套出廠試驗順利完成。
建設綠色工程
秉持工匠精神，科學施工、安全施工，綠色理念貫穿工程建設全過程
2020年初，青豫直流工程首臺低端換流變壓器剛剛運抵青南換流站工地，新冠肺炎疫情突如其來，施工進程因此中斷。復工后，如何科學施工、安全施工，確保項目按期投運？青海送變電工程公司變電施工分公司副經理吳建平那時候來到塔拉灘支援青南換流站建設，直到項目正式投產前沒有回過一趟家。
身材瘦高的吳建平，皮膚曬得黝黑。他和團隊負責位于換流站內右側藍色廠房的氣體絕緣組合電器設備的安裝、調試。“它好比整座換流站的‘窗口’，綠色電能都要先到這里‘報到’，再流向換流站各處。”
設備由6根直徑約1米、長700多米的套管排列組成。“管壁僅有幾厘米厚，管內正中是直徑15厘米的銅線，運行電壓達到750千伏，套管內的六氟化硫氣體是良好的絕緣材料。”吳建平說，整套設備的安裝，對精密度、防塵級別要求極高，套管內不能有一粒灰塵，否則就會影響絕緣效果，造成局部放電，影響設備安全。
搭建圍欄、鋪設防塵網、設置風淋室……那段時間，吳建平和同事們采取各種辦法，確保套管內一塵不染。最終，設備一次性通過測試，吳建平高興得當場跳了起來。
工程建設過程中，精細的施工作業還有很多。“青海境內兩個標段200多公里長的線路需要驗收和調試，線路不長，但所處地段海拔高、環境惡劣。”國家電網青海省電力公司檢修公司輸電檢修中心帶電作業班班長翁鋼說，“去年4月底開始，我們60多名職工全員出動，驗收這200多公里線路，持續70天。”
“當時的情況是，施工完一段就驗收一段。每一顆螺絲我們都用扳手擰過，每一寸導線都仔細檢查過。”那段經歷，翁鋼至今難忘。
最多的一次，翁鋼所在的檢修班一天內驗收了48座輸電塔。“在平均海拔3000多米的高原工地上，上上下下48回，每回都要爬上爬下幾十米，每回都要全面巡檢。”翁鋼說，“為了把青海的綠色電能送出去，這些付出，值！”
既要科學施工，更要綠色施工，“將綠色電能輸送通道建成綠色工程”是廣大施工人員的共同心愿。
青豫直流工程線路三成的塔位需要架設在高原沼澤地帶，“午后起大風、夜來風雪襲”是家常便飯，工程建設難度大。2020年元宵節剛過，施工隊伍就來到海南藏族自治州貴南縣，駐扎在了這里的沼澤地帶。
“架設電塔時，為了保護植被，我們在地面鋪了棕墊，同時堅持不用重型機械，作業要靠人拉肩扛。”青海送變電工程公司負責青豫直流工程青海段第二標段施工的總工程師張彥斌指向一棵不足一人高的樹，“施工時本來要伐掉，但想到高原上長棵樹不容易，我們把它移植到了旁邊。”
施工過程中，這樣的故事還有很多：高原作業山路蜿蜒，考慮到重型工程車輛容易碾壓道路、破壞植被，施工隊就用騾子運輸工程設備、器件，最大程度減少環境損害；在山頂修建輸電塔時，提前架設索道，幾噸重的鋼材從空中運上山，避免山路運輸拖拽山上的樹木、植被；帶著設備、器械上下山一次，難免會折斷樹枝、損壞草皮，為此施工章程規定山上施工作業必須一次性完成，工程師們因此往往在山上一住就是一個星期……
“我們在施工過程中沒有發生一起環境污染和破壞事件。”張彥斌說。
發揮綜合效益
青電入豫填補了當地用電缺口，加快推動綠色低碳發展
下高原，入中原，出河南駐馬店市上蔡縣城東行約40公里，抵達青豫直流工程受端站——豫南換流站。
“90后”金明輝負責豫南換流站核心設備換流閥的運行維護。自打兩年前駐扎到這里，他一次也沒有回過遼寧老家。“新建投運的輸電樞紐，離不開人。”他和數十名同事全部吃住在換流站，宿舍門外停著一排電動滑板車，“換流站區域面積540畝，哪里有故障，就騎上電動滑板車，爭取最快時間趕到現場搶修。”
跟著金明輝走進全站安全防護最嚴密的換流閥機組，6個碩大的閥塔、720只嗡嗡作響的核心元件晶閘管晝夜不停運轉，將傳輸過來的直流電轉換回交流電，并入華中電網。
工程終點，為何落在上蔡縣？“完善電網布局，提升供電可靠性。”豫南換流站站長常東旭指著兩張電網布局示意圖，解答了我們的疑問：
第一張圖，河南省內500千伏電力網架基本形成，恰似一個“鼎”字形架構。可過去，駐馬店等豫南地區，電網建設相對薄弱，“鼎”字缺個“右腳”。隨著豫南換流站及配套電站建設投運，輻射豫南多地，這個“鼎”站穩了腳跟。
第二張圖，從華中電網來看，1000千伏“日”字形環網已初具規模。“這個‘日’字右上的橫折，就在駐馬店。”常東旭說。
“十里八鄉的群眾都知道這個站，咱用的是來自青海的電。”國家電網駐馬店供電公司黨建工作部主任張攀說，“以前，豫南地區相對缺電，每逢迎峰度夏碰上用電高峰，個別地方就會限電。”
迎峰度夏是一關，冬天供電也壓力倍增：今年1月初，受極寒天氣影響，河南電網遭遇歷史最高負荷。“青豫直流工程正式投運不到10天，就趕上了這次用電高峰，有效填補了供電缺口。”張攀說。
河南省海川電子玻璃有限公司生產負責人李正蘭的感受更直觀。海川公司位于駐馬店市高新技術產業開發區，以生產新型電子玻璃為主要業務，對供電可靠性要求較高。“過去夏季用電緊張時，優先保民生，有時企業不得不限電，產能也隨之壓減。”李正蘭說，她也理解供電公司的難處：就這么一池水，分給公司生產用電多了，群眾生活用電就會有缺口。
青電入豫，做大了駐馬店供電公司的“池子”。從2020年7月15日雙極低端系統先行帶電投運起，到年底全面投運時，青豫直流工程已為河南輸送34.1億千瓦時。“去年夏天到現在，企業再沒限過電。”李正蘭說。
一組數據引起了我們的注意：今年前4個月，駐馬店市PM2.5平均濃度為每立方米45微克，同比下降6.8%。這得益于當地大氣污染防治、能源結構調整的持續努力。
對青豫直流工程給出的“初試成績單”，河南省發改委副主任、能源局局長高義連贊“很不錯”。“河南煤炭資源豐富，燃煤電廠較多。青電入豫，解了我們用電之渴，也有力促進加快綠色低碳發展。”
高義給我們算了筆賬：青豫直流工程，按照滿負荷運行每年400億千瓦時的設計輸電量，約占到目前河南省年用電量的1/8。從生態效益衡量，相當于替代原煤1800萬噸，減排煙塵1.4萬噸、二氧化硫9萬噸、氮氧化物9.4萬噸、二氧化碳2960萬噸。
（本報記者畢京津參與采寫）
版式設計：沈亦伶
《 人民日報 》（ 2021年06月11日 14 版）
責任編輯：孫遠進 校對：海洋
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