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1、文/新浪财经专栏作家 丁道齐交流特高压输电建设成本最高且沒有经济实用输电距离，世界各国几十年前就弃用交流特高压远距离输电采用直流远距离输电。采用交流特高压远距离输电及组网比采用特高压直流远距离输电加超高压交流加强受端电网的组网就贵2倍以上。【专栏讨论：特高压到底该不该上】交特高压输电建设成本最高且沒有经济实用输电距离。中国500千伏超高压区域电网具有持续发展的广阔空间完全沒有必要再建一个1000千伏交流特高压电网原国家电力监管委员会、国家能源局于2012年10月发布的“十一五”电网运营情况调研报告(下称电网调研报告) 称，“从国际范围看，电网与中国情况最为接近的非美国莫属。比较说明，中国220
2、千伏及以上电网线路利用率太低，与国外差距太大，浪费严重”。230750千伏线路利用率(2010年)装机容量 (万千瓦)230750千伏 线路长度(公里)线路利用率 (千瓦/公里)中/外线路利用率 比较线路利用率提升到美、日水平后 中国的装机容量(倍/万千瓦)中国966412236中/美53.3%1.88倍/美国4192日本7846中/日28.5%3.51倍/500千伏线路利用率(2010年)接入500千伏系装机容量 (万千瓦)/ 占全国比例500千伏 线路长度(公里)线路利用率 (千瓦/公里)中/美线路 利用率比较利用率提升到美国水平后中国 500千伏系统装机容量(倍/万千瓦)中国62297/
3、70%490535.5%2.82 /美国56928/50%4122713808100%1.0/56928同直流特高压相比交流特高压输电在经济性、环保性方面是最差的 (1) 交特高压输电建设成本最高且沒有经济实用的输电距离。图1 500、660千伏超高压直流、800千伏特高压直流和从图1中可以清晰的得出如下规律：a、交流输电的单价成本不论电压高低均随着输电距离的增加而增加；反之，直流输电的单价成本不论电压高低均随输电距离的增加而减小。远距离、大容量的交流特高压输电工程单位成本约为直流特高压输电工程的3.74.7倍。換句话说，远距离、大容量的直流特高压输电系统是一个技术先进、高效率的输电系统，其效
4、率约为远距离、大容量的交流特高压输电系统的3.74.7倍。b、图1中500千超高压交流与500千伏超高压直流输电的单价成本变化趋势线在大约600公里处相交，该点称为交、直流输电的经济临界输送距离。这标志着输电距离在600公里以内，采用500千伏超高压交流输电比较经济；而超过600公里釆用超高压直流输电比较经济，而且愈远愈经济。c、比较图1中交、直流特高压建设单位成本的变化趋势来看，无论输电距离多少，交流特高压的建设成本永远高于特高压直流；在可能的应用输电距离范围内，交流特高压建设成本也远高于500千伏超高压直流输电；在500千伏超高压交流输电的适用范围(800公里900公里)内，交流特高压建设
5、成本也远高于500千伏超高压交流输电。这就验证了交流特高压输电在任何条件下都没有经济适用的输电距离，近距离不如500千伏超高压交流，中长距离不如500千伏或660千伏超高压直流，长远距离不如800千伏特高压直流。晋東南南阳荆门交流特高压试验示范工程验证了1000千伏特高压交流输电系统相对于其他输电系统方案在经济上是最差的，更无市场竞争力。正因为如此，世界各国几十年前就弃用交流特高压远距离输电，而普遍采用直流远距离输电。中国南方电网和内蒙电网规划也验证了：采用交流特高压远距离输电及组网方案比采用特高压直流远距离输电加超高压交流加强受端电网的组网方案就贵出2倍以上。(2) 1000千伏交流特高压远
6、距离大容量输电除了建设成本高昂，在其它方面，如线路损耗、占用土地以及环保等方面也无经济性可言。比较交、直流两种输电功率损失的大小最基本的初始条件是在同一个电压等级水平下进行，这才能得出客观公正的结论。在输电功率1200万千瓦、输电距离2000公里的条件下，800千伏特高压直流输电的功率损失率为1.5%；1000千伏特高压直流功率损失率为1%。而1000kV交流特高压输电线路的功率损失率为2.3%(投资为800千伏特高压直流1.36倍，功率损失却是800千伏特高压直流的1.53倍)。由此可知，同样电压等级下的交、直流输电，直流输电的损耗总是比交流低。但是这还不是最终的结论。由于影响输电损耗大小的
7、因素不仅与电压有关，更与导线的截面积大小以及在输送相同有功功率、相同距离的情况下，输电线回路数才是决定交、直流输电功率损失的决定因素，而这些因素最终会反映在输电线建设的总成本上。直流与交流输电损失的比较必须紧紧以输电系统的建设成本为前提才能得出客观的结果。在综合比较投资的差异后，实际上电压比较高的交流输电损失比电压低的直流输电还要高。图2表示在输电距离为2000km、输电容量为12000MW输电方式下，不同电压等级的AC/DC输电的建设费用与线路功率损耗的关系。显然800KV的UHVDC输电线路的建设费用或传输损耗都是最低的。图2 不同输电方式下输电线的费用相对于线路损耗的函数由图2可知：a、
8、在输送同样功率的情况下，要获得相同的功率损失率，1000千伏交流特高压输电的建设成本要比800千伏直流特高压输电成本高得多。例如要获得3%的损失率，交流特高压输电的建设成本要比800千伏直流输电成本高达1.33倍；b、在输送同样功率的情况下，用同样的投资建成的交流特高压输电系统的功率损失率要比直流特高压输电系统的功率损失大得多。交流特高压输电系统的功率损失率最大的可以为直流特高压的2.0倍。因为直流架空输电线只用两根，导线电阻损耗比交流输电小；没有感抗和容抗的无功损耗；没有集肤效应，导线的截面利用充分。1000千伏交流特高压线路的电晕损耗，要比交流超高压输电高得多，超高压输电的电晕损耗一般为其
9、电阻损耗的20%左右，而交流特高压线路因为电压等级高，线路所经过的地区海拔高度和天气情况复杂，有资料显示，在坏天气下单回路特高压线路的电晕损耗高达每公里1600千瓦，而直流架空线路的“空间电荷效应”使其电晕损耗和无线电干扰都比交流输电线路小得多。2) 交流特高压大容量、远距离送输电，输电线占地面积和消耗钢材要比交流特高压多得多。1,000kV交流线路的走廊为直流输电线路的2.83.3倍，又为同塔双回500kV紧凑型线路的1.71.9倍。国家电网微博公司强调节省线路走廊是建设全国百万伏联网的主要理由之一，事实证明适得其反，1,000kV线路最浪费土地资源。此外，在输送同样容量的情况下，HVDC铁
10、塔的规模要比HVAC铁塔小得多(参见图3)。图3 相同的输电容量，HVAC和HVDC线路铁塔规模的比较。3) 交流特高压远距离大容量输电的CO2排放当量比直流特高压远距离大容量输电高1.0倍。德国学者根据国际标准化组织 (ISO) 对电力传输网络进行生命周期评估 (LCA，Life CycleAssessment) 的14040 ff标准，开展了对在不同配置下，交直流特高压输电系统与420kV交流超高压系统的生命周期评估比较研究，及其对全球暖化潜在的影响。由图4可知，800千伏的特高压输电线的建设导致全球暖化潜在值(以CO2的排放当量吨/年表示)是最低的，而1000千伏交流特高压的CO2的排放
11、当量是800千伏的特高压输电的1.0倍。图4 不同电压等级的AC/DC输电线路由于输电损耗及相应设备的制造引起的CO2排放量。(3) 同交流输电相比，直流输电不提供短路电流，不需要电抗补偿，降低系统建设成本，适合超长距离送电。由此可见，通过对在建设和运行实踐中取得的这些大量数据分析可以看出，在远距输电和电网建设上，交流特高压技术的应用滥用了国家大量资源(涉及国内电力、机械行业的科研、制造、设计、高校等100余家单位近5万人)，不仅技术不可取，经济上也处于劣势，其建设成本要比高压直流输电高出二倍以上，更严重的是交流特高压极大地增加了电网发生连锁性大停电事故的安全风险。1000千伏交流特高压是安全
12、风险最高的寄生在500千伏超高压电网上的不稳定电网架构(1)将1000千伏交流特高压输电能力和输电距离吹捧为500千伏，交流超高压输电的45倍是违背电力系统基本原理的胡言乱语。在送、受端系统不变的情况下，同一条输电线路在1000千伏运行时的输电容量PlU与500千伏运行时的输电容量PlS之比TCR为：公式一式中k为500千伏线路阻抗与同长度1000千伏线路阻抗之比，通常k=45；XCU为1000千伏输电系统综合阻抗；XCS为500千伏输电系统综合阻抗。由上式可知，因为输电系统送、受端系统和特高压升降变压器阻抗的存在，1000千伏交流特高压线路的输电容量PlU永远不可能达到500千伏交流超高压线
13、路输电容量PlS的45倍。前者对后者的比值TCR完全由两种电压等级输电系统的综合电抗的比值所决定。以晋东南荆门交流特高压试验工程为例，晋东南荆门交流特高压线路的最大输电能力PlU为230万千瓦。如果将晋东南荆门交流特高压线路降为500千伏电压运行，同样送、受端系统条件下，同样距离的超高压线路最大输电能力PlS为108万千瓦；这就是说，1000千伏特高压的输电容量仅为超高压500千伏运行时的2.13倍，而不是45倍。同样，在相同导线截面下，1000千伏线路的电气距离(阻抗)虽然相当于500千伏线路1/k(1/51/4)，但在输送相同功率的情况下，由于线路两端特高压变压器的电抗的存在，1000千伏
14、电压的输电距离也不是500千伏输电线输电距离的45倍。在输送相同功率Pl的情况下，500千伏输电距离l500与1000千伏输电距离l1000的关系如下：公式二式中l500、l1000分别为在输送相同功率Pl条件下，500千伏线路输送功率Pl时的允许输电距离和在此功率Pl条件下1000千伏线路输电距离；lt =(Xt1+Xt2)/ X0为1000千伏输电线路两端升、降压变压器短路电抗的等值线路长度(公里)；X0为1000千伏输电线路单位电抗(/公里) ；Xl1000、Xl500分别为1000千伏输电线路和500千伏输电线路的电抗() 。由此可知，只要有特高压变压器的存在，1000千伏允许输送的距
15、离永远达不到500千伏允许输送距离的45倍。当晋东南荆门特高压交流试验工程降压至500千伏运行时，在输送相同功率230万千瓦的情况下，允许输送的距离l 500=279公里。特高压输电的距离仅是超高输电距离的2.31倍。主要是因为送、受两端升、降压变压器较大的阻抗，阻抗愈大，交流特高压输送的距离愈短。由上可知，因为交流特高压输电线路两端升、降压变压器的存在，1000千伏线路的输电容量永远不可能按电压的平方关系达到500千伏输电能力的45倍；在输送相同功率的情况下，1000千伏特高压输电线路的最远送电距离也永远达不到500千伏线路的45倍。交流特高压试验示范工程的数据证实，交流特高压输电的能力和输电距离都不会超过500千伏线路的2.5倍。(2) 1000千伏交流特高压输电线路输电容量为500万千瓦的稳定输电距离约为300公里。在满足静态稳定裕度20%、线路受端电压降落为5%和线
