蘇通GIL綜合管廊工程隧道內部 (圖片來源網絡)
1000千伏特高壓東吳變電站(圖片來源網絡)
同里區域能源互聯網示范區的無人車在“三合一”電子公路上可以邊行駛邊充電。(國網江蘇省電力公司供圖)
連日來,猝不及防的高溫讓北方多地提前迎來“盛夏”,用電負荷也持續攀升。正是充足穩定的電力供應,為酷暑中工作、出行和生活的人們送去絲絲涼意。
你有多久沒經歷過大規模停電了?很多人可能還保留著多年前尤其是炎炎夏日經常斷電的記憶。如今,電力的發展早已超乎普通人的想象——在國家電網100萬公里的輸電線路里,每分鐘有近800萬度電經過,而一分鐘的電能可助力全國實現GDP達1.41億元。錯綜復雜的電力網絡,不僅為社會發展輸送澎湃的經濟動能,更是引領智能便捷的美好生活,織就人們未來的幸福圖景。
近日,參加“科幻作家走進新國企”活動,在江蘇蘇州實地走訪特高壓東吳變電站、蘇通GIL綜合管廊工程、同里區域能源互聯網示范區等超級電網工程項目,揭開“未來電網”的神秘面紗。
中國特高壓創造多項輸電世界紀錄
■特高壓東吳變電站全球規模最大、變電容量最高、供電能力最強
■橫穿長江的蘇通GIL綜合管廊工程,電壓等級最高、輸送容量最大、技術水平最高、隧道埋深最深
■蘇州一座城市的供電量,超過挪威、荷蘭、比利時等諸多發達國家全國供電量
頭頂是密密麻麻的“鋼鐵森林”般的特高壓設施,輸電線在鋼筋鐵骨上攀援延伸著,四周是電流擊穿空氣的“滋滋”聲……在藍天白云的映襯下,一幅大國重器的雄偉工業畫卷徐徐展開。
這里是1000千伏特高壓東吳變電站,目前全球規模最大、變電容量最高、供電能力最強的特高壓交流變電站。“東吳站占地213畝,變電總容量已達1.2萬兆伏安,可將1000公里外的電接納轉換后服務于江蘇、上海兩地。”東吳變電站值班員劉靜向介紹說,這樣一個相當于20個標準足球場面積的“巨無霸”,日常運維只需4名工作人員,平時由巡檢機器人24小時游走于設備間。
輸電電壓越大,損耗就越小,送電距離就越遠。特高壓輸電技術,被稱為繼高鐵、核電之后,我國自主研發并走向海外、領跑世界的第三張高科技名片。
為什么要建變電站?原來,外地的高壓電輸送到本地,用戶是無法直接使用的,需要變電站這樣的中轉裝置一級級降壓。就像公路分為高速路、國道、省道、縣道一樣,每一種路能承載的車流量也不同。
“東吳站一共有五個電壓等級,分別為1000千伏、500千伏、110千伏、35千伏和10千伏。”東吳變電站站長沈明慷說,它好比電網高速公路的出口,把電能一份份分給其他樞紐變電站,最終送到千家萬戶。
正因為有東吳站這樣的大型變電站加持,蘇州一座城市的供電量,已經超過了挪威、荷蘭、比利時等諸多發達國家全國的供電量。
作為經濟大省的江蘇同時也是用電大省,要靠貫穿安徽、江蘇、浙江、上海的華東特高壓雙環網接受區外來電,才能更好地滿足全省的用電需求。然而,連接南北特高壓輸電網必須跨越一段5000多米寬的長江。作為整個環網中建設難度最高的工程,“鉆江而過”的蘇通GIL綜合管廊無疑成為了“咽喉要道”。
“GIL即氣體絕緣金屬封閉輸電線路,與普通電纜相比,具有傳輸容量大、損耗小、布置靈活、可靠性高等特點。由于有惰性氣體絕緣,即使有人行走在旁,也不用擔心觸電的危險。”蘇通GIL項目總工程師畢濤介紹,長江是輸電的必經之路,如果采用通常的架空線跨江方式,需要先建設兩座人工島、立起超過400米的架線鐵塔,將對航道及水文生態產生負面影響,只能選擇從江底通過。
長江底部的壓力有多大?相當于一頭成年大象站立在單個汽車座椅上。從南岸蘇州到北岸南通,總長5.8公里的蘇通GIL綜合管廊頂著重壓,以江底隧道的方式通過,最深的地方距離水面74米,這是人類電力建設史上的創舉。
走進尚在建設中的管廊隧道,內部空間比預想的廣闊得多——隧道盾構直徑達到12米,6條粗壯的金屬管架設在兩側,地上甚至鋪設了動車標準的軌道。此外,管廊下層還預留了通信、有線電視等市政通用管線,實現了“一次建設,多次受益”。
電壓等級最高、輸送容量最大、技術水平最高、隧道埋深最深……畢濤連續說了好幾項“世界第一”。高壓電通過這段5.8公里的管廊只需要0.0000165秒,“電力高速公路”名副其實。
了解到,蘇通GIL綜合管廊將于今年9月貫通投用,徹底打通華東地區電能輸送大動脈,造福億萬百姓。
“智能導航儀”讓電網更智慧
■全世界只有6座UPFC(統一潮流控制器)站,中國就占了3座。
■蘇南500千伏UPFC站,是世界上電壓等級最高、容量最大的UPFC工程
■蘇州工業園區“主動配電網”供電可靠性超99.999%,年平均停電時間僅1.6分鐘
如果將輸電通道比作高速公路,會不會也出現有的路段塞車擁堵,有的路段還有很多空車道的情況?答案是肯定的。
蘇州南部地區用電負荷接近整個蘇州的70%,其主要來源是錦屏-蘇南特高壓直流送來的四川水電,及交流輸電線路受進的三峽水電、安徽淮南煤電等。由于四川水電季節性強,冬季枯水期送電大幅減少,造成蘇州南部電網三條500千伏電力通道“一半過載堵塞、一半空置浪費”,無法保持均衡利用。這時,就需要被稱作電網“智能導航儀”的統一潮流控制器(UPFC)來“指揮交通”。
據介紹,UPFC能夠智能匹配幾條交流通道的輸電功率,在發現前方電網“道路擁堵”時,將部分功率向其他輕載的線路上輸送,保障道路暢通,實現電能的“無人駕駛”。
隔著金屬網,電子機器人正在一組換流器閥組上來回穿梭。在蘇州南部電網500千伏UPFC站,值班員易琪鈞講述:“這層‘金絲軟猬甲’是為了防止干擾,以便機器人收集到最真實準確的數據。而站里的工作人員便是通過這些數據,進行下一步的調度。”
目前,世界上只有6座UPFC站,中國就占了其中3座。由我國自主研發的蘇南500千伏UPFC站,是世界上電壓等級最高、容量最大的UPFC工程,首次實現了500千伏電網潮流的靈活精準控制,提升蘇南地區供電能力130萬千瓦。
今后,輸電線路只需加裝UPFC,即可解決潮流分布不均、用電負荷增長等問題。將來,UPFC還會運用于超高壓甚至特高壓網架中,跨區域、跨國甚至跨大洲實現電能的智能導航,使電能傳輸在全球范圍可控可調。
電網的“智能”遠不止于此。在傳統電網中,用戶的供電來源是單一的,一旦發生故障,必須由電力調度員“手動”切換到另外一路電源。而在“未來電網”中,用戶將與多路電源連接,遇到故障時,只要其中一個電源正常工作,就不會停電。
在采用了這項技術的蘇州工業園區“主動配電網”示范區,停電故障的恢復時間由原來的分鐘級降低至毫秒級,供電可靠性超過99.999%,而年平均停電時間則縮短至1.6分鐘,用戶幾乎感受不到停電的影響。
區域能源互聯網引領美好未來
■同里“三合一”電子公路全球首次實現光伏公路、無線充電和無人駕駛三項技術應用,也是世界上最長的動態無線充電道路
■15項世界首臺首套能源創新示范技術項目,讓同里實現能源自給自足
城市“充電寶”白天充電晚上放電,一條公路同時實現光伏發電、無線充電、無人駕駛,自家的住宅也可以發電甚至賣電……這不是科幻場景,而是在位于蘇州市東南部的同里區域能源互聯網示范區的真實體驗。
在大電網的技術理念支撐下,“未來感”融入日常。馬路上,一塊塊光伏電板上覆蓋高強度鋼化玻璃,無人駕駛機動車在路面上一邊跑一邊就可以充電——這條公路總長500米、寬3.5米,在世界上首次實現將光伏公路、無線充電和無人駕駛三項技術融合的應用,也是世界上最長的動態無線充電道路。
“‘三合一’電子公路實現了電力流、交通流、信息流的智慧交融。”同里綜合能源服務中心講解員王文艷表示,這條“不停電的智慧公路”還包含路面LED標識、電子斑馬線、數據監測、自動融雪等功能,是對建設新能源利用綜合體和新型智慧城市的有益探索。
在同里,行駛在普通道路上的電動汽車也不必擔心續航問題。綠色充換電站的換電機器人可以全程自動操作,只需三分鐘就能更換電動汽車的電池,以應對路況復雜、機動性要求更高的交通系統。
當古鎮遇上硬核科技,“未來電網”為同里賦予了新的生機。
去年10月,同里區域能源互聯網示范區建成投運,包括“三合一”電子公路、綠色充換電站等在內的15項世界首臺首套能源創新示范技術項目悉數亮相,使這里實現能源的自給自足。
在現場會看到,光伏屋頂、高溫相變光熱發電裝置、低速風機等設備源源不斷地采集風能、太陽能、地熱能等天然能源;源網荷儲協調控制系統等充分發揮“指揮部”作用,24小時智能調控冷熱電各種能源的生產和分配。
“以微網路由器為核心的新型交直流配電網,能像立交橋一樣將不同電壓等級的交流網絡和直流網絡連接起來,取代了傳統的交流配電變壓器。”王文艷說,需要直流電的電器可以直接用直流電,不再通過交直流轉換,既提升了效率,又避免了轉換中的能量損耗。
發的電用不完怎么辦?“存在空氣里。”王文艷解答了眾多的疑問。他介紹,壓縮空氣儲能技術相當于一種“空氣電池”,用電低谷時,利用多余電能將空氣壓縮液化,電能轉化為空氣勢能儲存起來;用電高峰時,釋放空氣勢能,推動膨脹發電機發電,再轉化為電能投入使用。
電池太小不夠用也沒關系,這里還有能為城市供電的超大型“充電寶”——預制倉式儲能系統。它有強大的穩定性、可靠性,能夠平抑新能源發電的波動,促進清潔能源就地消納,實現“削峰填谷”。
“同里將建成多能互補的智能微網,探索區域能源互聯網網格化新形態、智能化運行新方式和綜合化能源服務新模式。”國網蘇州供電公司總經理助理丁丹軍表示。
也許在不遠的將來,我們居住的室內恒溫23度、恒濕55%,空氣質量指數優;屋外光伏幕墻、屋頂風機正在發電,令智能家居實現“零能耗”;出門即坐進無人駕駛車,邊開邊充電,也沒有噪音……“未來電網”點亮的品質生活正向我們走來。