电力传输的飞跃

云南偏远地区和珠江三角洲的城市中心区相距遥远。 西门子能源突破性的特高压直流输电技术跨越了这两地之间 1,400 公里的距离，将电力从云南的水电站送往急需用电的珠江三角洲超大城市，让 500 万个家庭用上了清洁能源。除了输电效率超高这一主要优势外，特高压直流输电技术还有许多其他优点。比如，它的架空线路占地面积很小。 特高压直流输电所使用的输电塔所占空间还不到输电能力与之相当的传统交流输电系统的一半。

测试专为 800 千伏特高压直流输电而设计的新部件是一次特殊的挑战。穿墙套管至少有 21 米长，如此大的穿墙套管需要用 800 千伏工程专用的新的试验设备进行测试。这种穿墙套管是新技术的关键组成部分之一，它将电流从阀塔导入输电线路，或从输电线路导入阀塔。在试验期间，对柱型套管 (右图) 施加了各种不同类型的高电压，如直流电和交流电，以及高达 2,420 千伏的雷电冲击电压。

对于云南 — 广东输电工程来说，施工地点地处偏远也是一大挑战。“我们专门设计了特殊的变压器组，以便能够通过山区隧道。” 800 千伏输电项目技术总监 Marcus Häusler 解释说。随后，外接引线，变压器套管，和绕组部件在现场进行组装。每个变电站安装 24 台变压器，每个型号的变压器都另有一台备用。“如果有一台变压器需要更换，将设备运到这里可能需要几个月的时间，所以我们选择了在现场给每种型号的设备保留一台备用。”

阀厅是特高压直流输电的核心。来自常规电网的交流电，也就是来自云南的电，在这里变为直流电输往广东，到广东后再变回交流电。 这种换流在悬挂于阀厅顶上的阀塔中进行。来自厅外换流变压器的交流电经过图片左侧的穿墙套管进入阀塔，变为直流电后再经过图片右侧的穿墙套管进入输电线路。

楚雄州的首府叫楚雄，只有 130000 居民，按照中国的标准，这几乎只是一个村子。离这里最近的一个城市，云南省省会昆明，距此有将近  200 公里。楚雄城位于群山环抱的高原上，海拔约为 2,000 米。

小湾水电站就在这里，它产生的电力将输入到 5000 兆瓦直流输电系统中。一座发电能力与其相当的火电厂每年大约要向空气中排放 3300 万吨二氧化碳。而水电站，当然是不产生任何二氧化碳的。但问题的关键在于，云南，以及像云南一样适宜发展水电的地方都远离需要电力的各大城市。最近的工业中心区是广东省的珠江三角洲。那里是中国最大的制造业中心，距离位于楚雄的水电站有 1400 公里。

与楚雄不同，珠江三角洲的深圳、广州、东莞等城市用电量巨大。但珠江三角洲地区却缺少发展水电的自然条件，所以那里的主要能源是煤。这就成了问题，因为这片大工业区的空气质量已经饱受无数工厂废气之害。因此，来自云南的清洁能源最适合满足广东地区对电力的巨大需求。剩下的问题就是如何将电力从楚雄送到珠江三角洲来。在普通人看来，事情似乎很简单，拉一根电线把电通到终端用户那里就行了。但这样做有一个很大的障碍: 传统的交流输电线路会损耗大量的电能。对于短距离或中等距离输电，这种“摩擦损耗”虽然令人可惜，但也还能容忍，但距离越长，损耗就越大。对于楚雄到广东这 1400 公里的距离，损耗电量将达到 15% 左右。这就好比一个装有 300000 吨原油的油轮从苏伊士运河到比雷埃夫斯的途中漏掉了 45000 吨油。更何况，出于经济的考虑，这样一艘油轮根本不会被允许出海，更不要说环境的问题了。从云南到广州的传统交流输电虽然不像一艘漏油的油轮那样，会留下大量的污染，但同样十分浪费，因此这种方法也是不可行的。但现在，这一问题有了解决办法。西门子能源研发出了 一种损耗极小的远距离大容量输电技术。

受中国南方电网公司的委托，这项技术在中国首次亮相，连通小湾水电站和珠江三角洲的各大城市。南方电网公司负责中国南方五省的输配电业务。从2010年6月起，这一系统负责将 5000 兆瓦的电力输送到 1400 公里以外。这套设备不再使用传统的交流电， 而是改用一种被称为特高压直流输电的技术。其主要特点在于，输电电压等级高，达到 800 千伏，输电容量高达 7200 兆瓦，而且大大降低了输电损耗。楚雄到广州的输电线路是世界上第一条长距离特高压直流输电线路，也是目前最强大的线路。

随着这个特高压直流输电系统的诞生，西门子能源的高压输电技术迈上了一个新台阶。它的重要性不仅仅在于连通了云南和广东。随着能源需求的迅速增长，未来一年内，世界电力市场将发生巨大的变化: 许多交流输电系统都将达到容量上限。从发电设施到飞速发展的缺电中心区，大量电能的长距离传输需要有新的技术。而这正是西门子能源特高压直流输电技术的用武之地。

通过全面的研发工作，西门子能源已经能够独立生产 800 千伏直流输电所需的全部设备，能够独立提供完整的特高压直流输电系统。“云南 — 广东输电系统的成功表明，我们为 800 千伏特高压直流输电实质性工程所做的准备达到了预期的效果。” 西门子能源输电集团首席执行官 Udo Niehage 说。

以前，直流输电的市场一直停留在 500 千伏的水平上。自八十年代起，更高电压的输电技术一直被认为是行不通的，八十年代以后，再也没有人认真地研究过这一问题。然而输电电压是输电效率的核心。输电电压等级越高，传输过程中损耗的电量就越少。从 500 千伏到 800 千伏， 60% 的提高使输电效率比起500千伏直流输电直接提高了 60%。如果用传统的 500 千伏交流输电，那么从楚雄到广州的损耗最高可接近总量的六分之一。西门子能源的 800 千伏新技术将损耗率降低到仅为 3.5%，这一技术进步不但节约了许多资金，还为减少二氧化碳排放做出了重要贡献。只有使用西门子能源的特高压直流输电技术，才有可能连通云南偏远地区的水电站和珠江三角洲地区。如果没有这个系统，珠江三角洲地区将不得不再建若干个火电厂，每年增加 3000 多万吨二氧化碳排放量。

然而，新的、高效率的输电方法给西门子能源的工程师们带来了重大的技术挑战。“直流电和交流电是完全不同的两个世界。” 西门子能源云南 — 广东输电项目经理 Simon Balbierer 说。“从 500 千伏迈向 800 千伏的这一步，是飞跃性的。”他的同事、特高压直流输电全球营销技术总监 Dietmar Retzmann 教授补充说，“在输电方面，这是一个全新的数量级。”

高压直流输电的关键核心部件之一，就是 “换流变压器”。研发的主要工作之一是开发这些在 800 千伏特高压下运行的高技术变压器所需要的高水准的绝缘系统。特高压直流输电用变压器体积巨大。例如，由于空气必须高度绝缘，所以供电流进出换流器的两根穿墙套管达到了 14 米长。需要考虑的另一个重要问题是工厂的试验设备，它必须能够提供测试这种新型变压器所需的高电压。

2005年，在项目的早期阶段，西门子能源就开始与中国电网运营商一起讨论未来特高压直流输电的可行性和各种要求。

“中国对这项技术的兴趣确实促进它的开发，” 800 千伏项目的技术总监 Marcus Häusler 说，“用于这种工程的设备组件非常昂贵。” 开发的第二阶段包括理论研究和模拟。最后，关键部件的样机制造完成。这些设备样机于2007年通过了相关测试。同年，订单最终确定。

“那时，开发才全面展开，而交付期限是 2009 – 2010 年。”  Häusler 说。2009年12月，输电工程进行了第一次半负荷试运行，按计划，它将于2010年六月完全投入运行。“工期非常紧张，” Häusler 补充说，“完成这项任务是值得我们骄傲的一项巨大成就。”中国政府对西门子能源的技术特别感兴趣是有原因的。“只有在像中国这样的条件下特高压直流输电技术才能真正充分发挥其潜力。” Häusler 说，“这既关系到输电距离，也关系到输送的电量。” 中国的国土面积是欧盟的两倍多，所以需要传输的距离自然比欧洲要大。中国未来的特高压直流输电线路已经在规划中: 2010–2020年，仅中国就将建设 20 多个项目，其中有些项目将跨越 2000 – 3000 公里的距离，分别相当于从里斯本到维也纳、从里斯本到基辅的距离。但是，奥地利并不从葡萄牙进口能源，里斯本也没有和基辅的电网相连。出现这种情况的原因之一是，与中国电网相比，欧洲的电网更加分散，而且互相之间的联系也更多。这意味着单个输电线路所承载的负荷也比中国的主要线路要小。然而，特高压直流输电线路的主要优势就是长距离、大容量的传输。因此，这种技术非常适合中国和与中国条件相似的国家，比如印度；美洲和俄罗斯也可能属于类似的情况。

除了输电效率高之外，特高压直流输电还有很多其他优势。其中之一是，架空线的占地面积非常小。而且，与交流输电线路相比，直流输电时，电流更容易控制。因此，直流电技术被当作交流电网络的防火墙。这正迎合了欧洲和美国对输电安全性的高要求。特高压直流输电技术在未来的欧洲输电项目，也能发挥重要作用。例如 “Desertec”，它计划将北非的太阳能引入欧盟。而中国是第一个建设特高压直流输电线路的国家。

除了云南 — 广东的连线外，还规划有 20 多个特高压直流输电项目。此外，下一步，即进一步将电压从 800 千伏提高到 1000 千伏也已经在酝酿中。

“我们已经成为这个行业的领导者，” Udo Niehage 说，“有了特高压直流输电技术，我们已经进入了一个新的领域。”