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美国电力公司需要讲中文?一文读懂“特高压输电”

 西医也在学中医 2022-10-07 发布于日本

美国电力公司需要讲中文?一文读懂“特高压输电”

原创2022-08-26 21:42·阿祖说Talk

美国的电力公司都讲中文?

“中国走到美国前面去了,我们很想和中国分享这个成果。”

这是时任美国能源部长朱棣文发出的感慨。

这个成果是什么呢?特高压输电。

它曾是全球无解的难题。

  • 美国搞了一半,至今停留在实验室;
  • 日本搞了一半,没钱了选择放弃;
  • 前苏联也搞了一半,勉强建成了一条线路但几年后也不得不停工。

全球范围内,只有中国完全掌握并应用了这项技术。那特高压到底有什么用?为什么那么多国家都想做?又为什么最后只有中国做成了?

01

美国德州事件

时间来到2021年。

美国德州在这一天,寂静得有些可怕。原本喧闹的街头,此时只有一片白雪。看不到任何行人,仿佛是世界末日一般。

这里发生了什么?

几天前,一场百年一遇的寒潮突袭德州,直接打破了30年来的最低温度纪录。马路结冰,游泳池结冰,连马桶也被冻住。

雪上加霜的是,德州的电力系统直接瘫痪。全州430万户居民停电停水。很多居民被活活冻死。

低气温导致水管结冰破裂,房屋直接变成“冰窖”。有人用壁炉取暖,结果烧掉了房子;还有人进入车里取暖,结果一氧化碳中毒。

你可能很难相信一个1969年就能登月的发达国家,为什么在2021年还会大面积停电呢?就不能从其他州调配电力去支持吗?

02

电力困境

还真不行。

美国一共有的这三个电网,各自独立,互不连通。连电线都没有搭在一起。

电网为什么要分成三个呢?连通在一起不是更好吗?

其实不是他们不想,而是真的做不到。

电力传输起来不难,一根儿电线就行,但是有效率的传输很难。距离越远,损耗越多,甚至会全部浪费在路上。即使现代电力发展了这么久,大部分国家所掌握的也就是超高压技术,包括美国。

举个例子,500千伏的超高压,经济输电距离也就是700公里左右。也就是想从北京输电到上海,半路就抛锚了。

再回到德州的难题。从德州到美国另外两个电网的主要供电点,起码1500公里。就算是电网连通了,等电送到德州估计也没剩啥了。

这里说的是超高压,但如果换作特高压,那就不一样了。它效能高,损耗小,经济传输距离可以达到3000公里以上。

如果有特高压技术,那么白天美国西部的光电、水电可以往东传输;太阳下山后,东部的风电、火电又能往西传输。这样就可以互联互通,充分利用,节省大量的煤炭和天然气。

因此美国,也一直想着要研究出来特高压。

这从技术上看似不难理解,顾名思义就是提高电压。但问题是当电压高到一定程度,任何东西都有可能变成导体。

比方说空气本来是不导电的,但是在雷雨天,当空气中的电荷积累到一定程度后,所产生的强大电压就足以击穿大气层,也就是咱平时看到的闪电。这时候的空气,就从绝缘体变成了导体。

一样的道理,特高压在技术上的最大难题,就在于内部的变压器如何做好绝缘。当时绝缘材料里最合适的陶瓷,也只能承受50千伏的高压。而特高压的标准,是1000千伏以上。

于是美国工程师在一顿操作猛如虎之后,设计出来了陶瓷2.0加强版。但很快就发现另一个问题,成品重量高达7000吨。

什么概念?差不多250架波音737那么重。飞机自己可以飞不愁运输问题,但你这7000吨的庞然大物,怎么运呢?

于是,美国的特高压研究,不得不放弃了。虽然美国目前用的超高压电网技术古老,但也不是不能用,那就凑合着用吧。

03

中国攻坚

美国人可以凑合,但中国人不行。

中国的电力生产和消耗在地域分布上,很不平衡。这是基本国情。

这条线叫做胡焕庸线,中国94%的人都生活在这条线以东,产出了90%以上的GDP,但是可用的能源只有5%不到。而广袤的西部地区却拥有大量的风能、水能和太阳能,就连煤炭也是2/3都在西北。

发电供给区和用电需求区之间,起码相隔数千公里。仅凭着国际通用的超高压技术,根本无法调节现状。

于是,发展特高压做到全国电力一盘棋,成了当时最为迫切的需求。

但这可能是一场入不敷出的探险。技术上,美国苏联这些科技大国都先后放弃,就足以说明项目之难;时间上,上个世纪80年代的时候,正是我国大力发展经济的重要阶段,3000亿的投资,容不得半点马虎。

经过全国顶级专家的彻夜研讨,国网的特高压方案惊险通过。最终决议,由国家出面组织300多家单位、上千名科研技术专家合力攻坚。经过漫长的试验,最终专家团队在一张纸上找到了突破口。

这是根据特高压设计过的特制绝缘纸,它可以硬生生地把变压器重量从7000吨降到500吨,并且方便裁剪,可以适应各个元件的不同形状。

当时最大的货车只能载重150吨,我们就定制了256个轮子长达85米的平板运输车。85米的车怎么转弯?

中国自有办法。弯道不够那就拓宽,承载不行那就加固,道路太窄那就封路,单向通行。转运的时候再配上一台500吨级的特种吊机,来保障变压器的运输畅通无阻。

就这样,这个全球无解的难题被我们一点点瓦解。放眼国内,目前已经建成17个特高压工程,输电线路总长近4万公里,相当于绕地球赤道整整1周。

放眼国际,在非洲25国投资电力项目,在巴西建设横跨81个城市的特高压输电线。国家电网不但主导着特高压技术委员会,更是控制着全球的特高压行业标准。这也是为什么开头说到,甚至全美国电力系统的人都在讲中文。

因为在这个领域,中国标准就是世界标准。

早在2015年年底,中国就创下14亿群众完全通电的奇迹。在2018年年底,甚至能凭“一己之力”生产全球1/4的电量。

青藏高原环境恶劣、人烟稀少。但风雪再大,也阻止不了国家电网的工人爬上几百米高空,把电线拉进每户藏民的家里。雪域深处可能缺氧,但不会缺电。

向每一个为中国电力系统做出贡献的人,致敬!

这里是阿祖说,说你听得懂的商业逻辑。

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