特高壓輸電被譽為“電力高速公路”。在全球筑“路”的競逐中，中國已領先半個身位。2009年1月，中國自主研發(fā)、設計和建設的1000千伏晉東南-南陽-荊門特高壓交流試驗示范工程建成并投入商用。這成為迄今為止全球電壓等級最高、輸送能力最大、技術水平最先進的特高壓交流輸變電工程。此后數(shù)年間，中國在特高壓電網(wǎng)領域屢有獎項斬獲，自主知識產(chǎn)權的技術也創(chuàng)下先例。

縱覽世界電網(wǎng)百年發(fā)展史，雖然直流交流之辯存在多時，但電壓等級由低至高、聯(lián)網(wǎng)規(guī)模由小到大這一資源配置趨勢卻從未改變。當能源短缺、氣候變化的陰影逐漸成為世界性的難題，發(fā)展以特高壓交直流電網(wǎng)為骨干網(wǎng)架的堅強智能電網(wǎng)，連通電力高速公路，已是多個大國的選擇。其中，中國的印記正在顯現(xiàn)。

前傳：交、直流之辯

雖然中國成功實施特高壓輸電贏得了全世界的積極評價，但特高壓輸電技術的發(fā)展，始終與爭議相伴。一開始，焦點集中于特高壓輸電的安全性、性價比以及相關電工裝備的國產(chǎn)化能力。此后，爭論又集中在特高壓交流、直流的優(yōu)劣之辯。

早在19世紀末，科學界就曾上演過“交、直流之爭”。發(fā)明家愛迪生、物理學家開爾文極力主張直流輸電，威斯汀豪斯和費朗蒂則主張交流輸電。最終，交流輸電以組網(wǎng)和便捷的升壓優(yōu)勢，成為電力系統(tǒng)發(fā)展的起點。

一百多年過去，交流電雖然占據(jù)著電網(wǎng)發(fā)電的主流，但直流電的相對優(yōu)勢仍舊存在。中國工程院院士李國杰受訪時表示，大功率電力電子技術的發(fā)展與成熟，使得直流輸電受到青睞，遠距離大功率輸送促使直流輸電進一步發(fā)展。同樣電壓等級的直流電能還具有輸送功率更大、損耗更小的優(yōu)勢。

中國科學院院士、中國電科院研究員周孝信指出，直流輸電和交流輸電只能互補，不能互相取代。他打了兩個比方，直流輸電只具有輸電功能、不能形成網(wǎng)絡，類似于“直達航班”，中間不能落點，定位于超遠距離、超大容量“點對點”輸電。

直流輸電可以減少或避免大量過網(wǎng)潮流，潮流方向和大小均能方便地進行控制，而高壓直流輸電必須依附于堅強的交流電網(wǎng)才能發(fā)揮作用。

與直流輸電相比，交流輸電則具有輸電和構建網(wǎng)絡雙重功能，類似于“公路交通網(wǎng)”，可以根據(jù)電源分布、負荷布點、輸送電力、電力交換等實際需要構成電網(wǎng)。中間可以落點，電力的接入、傳輸和消納十分靈活，定位于構建堅強的各級輸電網(wǎng)絡和經(jīng)濟距離下的大容量、遠距離輸電，廣泛應用于電源的送出，為直流輸電提供重要支撐。

為此，直流輸電與交流輸電，從如何抉擇，走向了如何共存。中國工程院院士、國網(wǎng)電科院研究院薛禹勝表示，電網(wǎng)的發(fā)展不可能單純依靠直流輸電，也不可能單純依靠交流輸電，需要構建交流、直流相互支撐的堅強電網(wǎng)。無論從技術、安全還是經(jīng)濟的角度，構建交直流混合電網(wǎng)，才能充分發(fā)揮各自的功能和優(yōu)勢，這已是電網(wǎng)發(fā)展的基本共識。

目前，全球大量國家都采用了大范圍交直流混合電網(wǎng)技術。隨著電壓等級從10千伏、110千伏到500千伏、1000千伏，電網(wǎng)規(guī)模不斷擴大，交直流輸電技術在工程上也逐步實現(xiàn)高度融合。

特高壓緣何適用于中國

人類發(fā)現(xiàn)并運用電力以來，需求始終以幾何級數(shù)增長。相應地，電網(wǎng)也經(jīng)歷著電壓等級由低到高、聯(lián)網(wǎng)規(guī)模由小到大、資源配置能力由弱到強的發(fā)展過程。1891年，世界上第一條高壓輸電線路誕生時，電壓為13.8千伏。44年之后，美國建成人類社會第一條275千伏的超高壓線路。此后，當時的蘇聯(lián)和美國相繼刷新紀錄，直到2009年，中國自主知識產(chǎn)權的1000千伏特高壓交流工程投運，宣告世界電網(wǎng)進入特高壓時代。

具備顯著優(yōu)勢的特高壓電網(wǎng)技術，為何在中國率先落地？這與中國的能源布局及需求緊密相關。

國家電網(wǎng)公司董事長、黨組書記劉振亞在不久前出版的《特高壓交直流電網(wǎng)》一書中指出，從中國的能源布局來看，76%的煤炭資源在北部和西北部，80%的水能資源在西南部，90%的陸地風能主要集中在西北、東北和華北北部，太陽能日照超過3000小時地區(qū)主要在西藏、青海、寧夏、新疆等西部省區(qū)；與此同時，70%以上的能源需求集中在東中部，大型能源基地與東中部地區(qū)負荷中心之間的輸電距離為1000-3000公里，迫切要求電力實現(xiàn)經(jīng)濟高效的大規(guī)模送出和大范圍消納。

“隨著煤炭開發(fā)的重點逐步西移和北移，西部水電大規(guī)模集約化開發(fā)利用，電力發(fā)展方式正在加快轉變，由就地平衡發(fā)展模式轉變?yōu)榇箅娋W(wǎng)聯(lián)網(wǎng)供電模式。”劉振亞表示，“東部地區(qū)由于環(huán)境壓力大、運輸成本高、土地資源緊張，已不適宜再大規(guī)模建設燃煤電廠，客觀上決定了中國能源和電力發(fā)展必須走遠距離、大規(guī)模輸電和全國范圍優(yōu)化資源配置的道路。”

而建設特高壓電網(wǎng)，就是為了滿足大規(guī)模、遠距離、高效率電力輸送，保障能源供應的需要。

“根據(jù)我國能源分布與消耗的區(qū)域特點，未來能源的流向是北部煤電、西南水電向華北、華中、華東等地區(qū)輸送。特高壓電網(wǎng)的建設有利于能源資源的優(yōu)化配置，也有利于西部地區(qū)將資源優(yōu)勢轉化為經(jīng)濟優(yōu)勢。”東南大學電氣工程學院院長黃學良說。

在中國西電集團公司副總工程師宓傳龍看來，隨著國民經(jīng)濟的高速發(fā)展和能源電力需求的迅猛增長，特高壓交直流電網(wǎng)的發(fā)展已由基礎技術研究、設備研制、工程示范步入建設實施階段，特高壓電網(wǎng)承擔起將西北、東北、蒙西、川西、西藏及境外電力輸送至我國東中部地區(qū)負荷中心的重要職能，為能源安全提供支撐。

從需求到現(xiàn)實，中國在特高壓交直流電網(wǎng)領域快馬加鞭。目前，中國已建成“兩高兩直”特高壓工程，并始終保持安全穩(wěn)定運行，用事實證明了特高壓輸電的可行性和成熟度?；谔馗邏杭夹g的跨國、跨洲能源輸送和電網(wǎng)互聯(lián)建設，全球范圍內(nèi)解決能源問題，可能也需要借力特高壓電網(wǎng)。據(jù)悉，印度、巴西、南非、俄羅斯等國都已在積極發(fā)展特高壓電網(wǎng)。

特高壓改變了什么

相對于此前的電網(wǎng)，特高壓電網(wǎng)有哪些改變？

首先是“有電自遠方來”。2013年，罕見的持續(xù)高溫在全國范圍內(nèi)造成了用電高峰。入夏后全國日發(fā)電量累計10余次創(chuàng)下新高，其中8月6日全國發(fā)電量達174.19億千瓦時，較2012年夏季最大值增長14.65%。國家電網(wǎng)經(jīng)營區(qū)域華北、華東、華中、西北4個區(qū)域電網(wǎng)及21個省級電網(wǎng)用電負荷均創(chuàng)歷史新高。

面對如此挑戰(zhàn)，雖然局部地區(qū)出現(xiàn)了電力缺口，但電力供需仍保持了總體平衡，背后的工程之一，就是特高壓電網(wǎng)。在發(fā)電量充足的背景下，跨區(qū)跨省電網(wǎng)輸送能力大幅提升，保障了電力供需的總體平衡。晉東南-南陽-荊門1000千伏特高壓交流過程及其擴建工程，四川向家壩-上海±800千伏特高壓直流工程，四川錦屏-蘇南±800千伏特高壓直流工程都承擔了重任。國網(wǎng)上海市電力公司相關負責人表示，向家壩-上海工程是至為關鍵的上海市外來電電源，它的滿送對上海電網(wǎng)迎峰度夏意義重大。工程穩(wěn)定供電上海300萬千瓦時，占上海最高負荷的10%

2013年上半年，國家電力市場交易量2489.07億千瓦時，其中特高壓交易電量236.15千瓦時，同比增長127.42%。相應地，電網(wǎng)規(guī)模也翻了一番，逐步實現(xiàn)了從薄弱到堅強，從傳統(tǒng)到智能的轉變。正是有了特高壓電網(wǎng)這條“電力高速公路”，跨區(qū)跨省的電力輸送得以保障，電力“送得出、落得下、用得上”，有電自遠方來，一改過去需要區(qū)域性拉閘限電的窘迫。

問題是，遠方的電如何進入電網(wǎng)？這也與特高壓電網(wǎng)的功能有關。

中國工程院院士、中國電科院院長郭劍波如此解讀特高壓電網(wǎng)：隨著特高壓交直流輸電技術的全面推廣應用，電網(wǎng)不僅是傳統(tǒng)意義上的電能輸送載體，還是功能強大的能源轉換、高效配置和互動服務平臺。通過這個平臺，煤炭、水能、風能、太陽能、核能、生物質能、潮汐能等一次能源能夠轉換為電能，實現(xiàn)多能互補、協(xié)調(diào)開發(fā)、合理利用；能夠連接大型能源基地和負荷中心，實現(xiàn)電力遠距離、大規(guī)模、高效率輸送，在更大范圍內(nèi)優(yōu)化能源配置；能夠與互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、智能移動終端等相互融合，滿足客戶多樣化需求，實現(xiàn)安全、高效、清潔的能源發(fā)展目標。

特高壓的中國實踐

按照國家能源規(guī)劃，加快推進國家綜合能源基地建設，通過加大西電東送、北電南送輸電規(guī)模，在更大范圍內(nèi)配置電力資源，解決電力發(fā)展中存在的生態(tài)環(huán)境日益惡化、能源供應成本持續(xù)上漲和煤電運持續(xù)緊張的矛盾。這是世界其他國家不曾遇到過的，而解決問題的關鍵，則是構建“強交強直”的特高壓輸電網(wǎng)絡。

2009年1月，中國自主研發(fā)、設計和建設的1000千伏晉東南-南陽-荊門特高壓交流試驗示范工程建成并投運。2010年7月，向家壩-上海±800千伏特高壓直流輸電示范工程建成并投運。此后3年間，國家電網(wǎng)公司又建成了兩個特高壓交流輸電工程和兩個特高壓直流輸電工程。

上海交通大學原黨委書記、電氣工程教授王宗光介紹說，2011年4月，特高壓交流試驗示范工程獲中國工業(yè)大獎，并被國際大電網(wǎng)組織譽為“一個偉大的技術成就”。2013年2月，“特高壓交流輸電技術、成套設備及工程應用”榮獲國家科學技術進步獎特等獎，中國擁有完整的自主知識產(chǎn)權，同時也是世界上唯一掌握這項技術的國家。國際電工委員會評價認為，中國建成世界上電壓等級最高、輸電能力最強的交流輸電工程，是“電力工業(yè)發(fā)展史上的一個重要里程碑”，確立了中國在特高壓輸電領域的國際領先地位。

歷經(jīng)多年探索，中國特高壓電網(wǎng)建樹頗豐：建成特高壓交流、特高壓直流、高海拔、工程力學四個試驗基地和大電網(wǎng)仿真、直流成套設計兩個研發(fā)中心；在特高壓交直流輸變電、大電網(wǎng)控制保護、智能電網(wǎng)、清潔能源接入等領域取得一批世界級創(chuàng)新成果；建立了特高壓與智能電網(wǎng)技術標準體系，已制定企業(yè)標準363項、行業(yè)標準145項、國家標準66項，編制國際標準19項，中國的特高壓交流電壓成為國際標準電壓。劉振亞表示，以特高壓為最高電壓等級的電網(wǎng)建設新紀元開啟了，在電網(wǎng)科技領域，實現(xiàn)了“中國引領”和“中國創(chuàng)造”，中國完成了從追趕到超越的歷史性轉變。

特高壓應對能源變局

發(fā)展清潔能源，已成為全球范圍內(nèi)應對氣候變化的共同選擇。受能源資源稟賦影響，中國的能源消費仍以煤為主，清潔能源在一次能源消費中所占比重較低。相關研究顯示，要實現(xiàn)2020年非化石能源占一次能源消費總量比重達到15%的目標，水電裝機容量應達到3-3.5億千瓦，核電裝機容量應達到8000萬千瓦左右，風電裝機容量應達到1.5億千瓦左右，太陽能發(fā)電裝機應達到2000萬千瓦左右。

這就倒逼著中國的能源格局發(fā)生轉變。在劉振亞看來，特高壓電網(wǎng)建設的背后，是能源觀的轉變，“建設以特高壓電網(wǎng)為骨干網(wǎng)架的堅強智能電網(wǎng)，是解決能源和電力發(fā)展深層次矛盾的治本之策，是滿足各類大型能源基地和新能源大規(guī)模發(fā)展的迫切需要”。他呼吁要有“大能源觀”，以全球化視野、可持續(xù)理念推動能源結構由高碳轉向低碳、能源利用由粗放轉向集約、能源配置由局部地區(qū)轉向全球范圍。

從中國現(xiàn)實而言，國內(nèi)80%的水能資源分布在四川、云南、西藏等西南部地區(qū)，風能資源主要集中在華北、西北、東北等“三北”地區(qū)和東部沿海，國家規(guī)劃的甘肅酒泉、新疆哈密、河北、蒙西、蒙東、吉林、江蘇沿海等7個千萬千瓦級風電基地，有6個位于“三北”地區(qū)，適宜規(guī)?；虚_發(fā)的太陽能發(fā)電主要分布在西部和北部的沙漠、戈壁灘等偏遠地區(qū)。而中國能源需求主要分布在華北、華中和華東等“三華”地區(qū)。

中國西部、北部地區(qū)的清潔能源基地與中東部負荷中心地區(qū)的距離一般為800-3000公里，依靠現(xiàn)有輸電技術，很難滿足能源資源大規(guī)模、遠距離輸送需求，從而限制清潔能源的規(guī)?；l(fā)展，成為經(jīng)濟社會可持續(xù)發(fā)展的一大短板。建設特高壓電網(wǎng)，加強區(qū)域互聯(lián)，擴大消納范圍，是促進清潔能源規(guī)?；l(fā)展、實現(xiàn)中國應對氣候變化國際承諾的的重要途徑。

根據(jù)規(guī)劃，到2020年，國家電網(wǎng)公司經(jīng)營區(qū)域內(nèi)的東中部12個受電省市需要從區(qū)外受進電力達3.5億千瓦，風電和太陽能等裝機容量將分別達到2億千瓦和5000萬千瓦。相應地，國家電網(wǎng)公司將建成“五縱五橫”特高壓交流網(wǎng)架和27項特高壓直流輸電工程，具備4.5億千瓦電能大范圍配置能力，滿足輸送5.5億千瓦清潔能源的需求。屆時，每年可消納清潔能源1.7萬億千瓦時，替代原煤7億噸，減排二氧化碳14億噸、二氧化硫390萬噸。

一張以特高壓電網(wǎng)為起點的能源藍圖，正在漸次展開。