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宝胜电缆:超导电缆远期应用前景

更新时间:2019-06-18

1882年,法国建造了世界上第一条远距离直流输电实验线路。1891年,从法国劳芬(Laufen)到德国法兰克福(Frankfurt)架起了世界上第一条三相交流输电线路,实现了电能的远距离输送。在人类实现了电能的远距离输送后便和电结下了不解之缘。无论生活、生产,还是科学研究和军事活动等等都已经离不开电。对于现代的人来说,没有电的世界是无法想象的,没有电网的世界也是不可想象的。
电网输电线路的输电容量是由线路电压和传输电流所决定,等于电压和电流的乘积。
要增大输电线路的传输容量有三种可能的选择,一是提高输电线路的电压,二是增大输电线路的电流,三是同时增大输电线路的电压和电流。在输送同样功率的电力(即同样传输容量)的情况下,如果提高线路电压可以降低线路输电损耗,如果增大传输电流则要增加线路输电损耗。为了提高电力供应的经济性,输电线路的距离也在不断增加。线路损耗对于远距离输电来说是需要考虑的重要因素。
因而,为了满足不断增长的用电需求,一直以来人们都把提高输电电压作为提高传输容量、降低线路损耗的主要手段。从法国劳芬到德国法兰克福世界上第一条输电线路的电压13.8kV不断上升,先后出现了20、35、66、110、134、220kV和230kV的输电电压等级。20世纪50年代进入了超高压输电时代,世界各国根据自己的情况陆续采用了330、
345、380、400、500、735、750kV和765kV等电压等级。前苏联在1985年建成了世界上第一条1150kV特高压输电线路。
虽然目前各主要工业国的骨干输电网都采用超高压的电压等级,但是由于经济的快速发展和人们日常生活用电的急剧增长,很多国家,尤其是以中国为代表的新兴经济体现有输电网的传输能力已经无法适应用电量迅速增长的需要。
作为已经连续14年位居全球装机容量第二的中国,2010年发电设备容量超过9.6亿kW,紧逼全球第一的美国(近11亿kW)。“十一五”期间,全国电力装机连续跨越6、7、8亿kW和9亿kW大关,年均增长13.22%。2010年全国发电量41413亿kWh.
比上年增长l3。3%。其中,火电33253亿kWh,增长1l。7%;水电6622亿kWh,增长18。4%;核电734亿kWh,增长70。3%;风电430亿kWh,增长73。4%。2010年全社会用电量达41923亿kWh。
我国电力工业在实现跨越发展的同时,自身结构也得到了明显的改善,水电装机总规模跃居世界第一。我国西南地区水能资源丰富,可开发容量达250GW,占全国可开发容量71.2%。全国规划12个大水电基地,7个在西南。但是我国工业集中在华南、华东、华北、东北地区,因此西电东送是我国输电的基本格局。
据预测,2020年在形成全国强大的电力“一张网”的基础上,全国西电东送规模将达到每年1.4亿kW左右。我国最大的金沙江水电基地若送电至华东、华中、华南,输电距离长达1500~2500km。
中国内部的地区电网目前也在全面联网中。各国间的电力联系也不断加强。如2004年9月28日,中国第一个对越送电项目一云南河口至越南老街110kV联网工程顺利投产。此后又相继建成四条对越送电通道和向老挝送电的动腊一那磨线。而同时,云南电网除从缅甸等国进口电力外,2010年8月缅甸太平江一级水电站正式并入云南电网。
截至2010年底,全国电网220kV及以上输电线路回路长度和公用变压器设备容量分别为44.27万km和19.74亿kVA,分别比2005年底增加18.90万km和11.31亿kVA,实现了变配电能力的翻倍增长。
根据我国电力需求的快速增长的形势,国家电网公司在“十五”期间提出了在我国建设1000kV特高压电网的计划,以扭转我国电网远距离传输容量严重不足的局面。“十一五”期间全国电网增加±800kV特高压直流以及1000kV特高压交流电压等级,完成建设线路长度分别为3282km和640km。
虽然近些年美国等发达工业国家的电力需求的增长速度远不及我国,但是提高电网的传输能力也是这些国家目前面对和需要解决的问题。
除了提高电网的电压之外,能够提高电网传输能力的另一途径就是增大电网的传输电流。然而前面已经说过,对于传统输电线路,提高电流会大大增加传输损耗及由损耗产生的热效应。由于这种负面作用太大,所以无论从技术上还是从经济上评价,都认为在传统电网的硬件条件下,传输电流的增加是非常有限的。所以一直以来只能够通过提高电压来增加电网的传输容量。超导电缆的应用为改变这种情况提供了条件。
有了超导电缆,就可以不再担心随着传输电流的增加而急剧增大的损耗问题,使电网的电压不再需要升到特高压水平,即在高压甚至中压等级即可满足大容量电能输送的要求。
为了增大输电容量和减少电能在输送过程中的损失,目前在长距离输电时采用超高压甚至特高压线路。超、特高压线路对电气绝缘附件和空间应用有很苛刻的要求,尤其是对线路终端附件的材料和制作技术要求更高,这些都大大地提高了线路的建设成本。超、特高压输电线路还占用大量的线路走廊空间,如图7-7所示,1000kV、10GW的交流输电线路需要宽度达300m的通道,750kV、10GW直流输电线路通道的宽度也达l00m0。如果采用300~500kV、10GW的超导输电线路,需要的通道宽度将不及传统输电线路的五分之一,这对于可以利用土地日益减少的今天意义是巨大的。超导输电线路也可以降低或社绝高压线路带来的电磁辐射,有利于环境保护。
随着传统能源和资源的日益减少,电能的成本增加,目前超导输电线路高成本的障碍会弱化。随着技术的发展和产量的提高,超导电缆及其系统配套设备的成本会随着时间逐渐降低。考虑到在其他诸多方面带来的利益,从长远来看,人们最终选择超导输电线路作为远距离、大容量输电的骨干网是完全可能的。

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