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中国新型外绝缘输电网解决方案何以全球引领?

巴西国家电力监管机构Aneel近期发布的信息显示,中国企业神马电力控股有限公司成功中标该国一输变电特许经营权招标项目。这是继中国国家电网有限公司之后,又一家中国企业以公开竞标方式获得巴西的电网BOT项目。中国企业又一次中标的背后,是以“低碳、省地、高可靠、低成本”为特点的中国新型外绝缘输电网整体解决方案正在全球从示范应用走向替代引领。新型外绝缘输电网解决方案替代传统电网方案大规模应用,有望成为全球电网实现“双碳”目标的“利器”。

矢志创新突破“卡脖子” 实现技术全球引领
根据巴西国家电力监管机构发布的信息,6月底的这次招标共有5个项目,参考投资总额达13亿雷亚尔(约合16.2亿元人民币),神马控股中标的是其中的项目二,位于里约热内卢州,包含两段345千伏的输电线路(共计59公里)和一个变电站。
据业内人士介绍,巴西是全球市场化程度较高的电网市场之一,其输变电工程建设项目面向全球公开招标。竞标者根据自身在工程建设成本和后期运营维护成本方面的竞争力,就项目建成后的最大年固定许可收入提出不同折扣率,现场开标后,折扣率最高者胜出。
竞标信息显示,此次中标价格对应的折扣率为51.39%,意味着其可以以最大年固定许可收入一半左右的预期固定收益开展建设和经营,而这个折扣率相比紧随其后的对手——巴西电网企业TAESA,低了近33个百分点。
作为一家中国的民营企业,神马此次为何能以巨大的竞争优势在巴西电网市场中标?其背后的能力来自于自主研发的以复合外绝缘技术为核心的新型输电网整体解决方案。
外绝缘是电力系统的核心部件之一,主要包括输电线路外绝缘和变电站外绝缘,其在电网中承担着机械支撑与电气绝缘的作用,直接决定着整个电网运行的安全可靠性。据业内人士介绍,在所有电力装备当中,由外绝缘所引发的电网事故和造成的浪费,一直占据着绝对比重。保守估算,传统电力外绝缘每年给全球电网造成的运行维护损失超过2000亿元人民币,这其中还不包括平均占电网运维投入约10%的人员投入。
中国工程院院士舒印彪近期在央视《中国经济大讲堂》节目中表示,30年前搞葛南直流的时候,线路绝缘子大部分依赖进口,那时候一片(陶瓷)绝缘子能卖到一台黑白电视机的价格,因为我国不掌握这个技术。业内人士介绍,尤其是自新中国成立到2000年前后,500kV及以上的变电站设备外绝缘全部依赖进口,由此导致了当时我国电力基础设施建设的周期和成本受到了严重掣肘。
成立于1996年的神马电力集团所属核心企业江苏神马电力股份有限公司正是在“卡脖子”技术上实现了突破:2003年研发出“不爆、不断、不闪和30年免维护”的变电站复合外绝缘产品,彻底打破了前述国际垄断,填补了国际空白。目前该类产品已在全球应用超过70万只,带动了复合外绝缘对传统瓷外绝缘的替代,将世界范围的替代率从不到0.1%提升到目前的接近25%。2009年又研发出技术填补全球空白的输电塔复合横担产品,极大提高了传统输电线路外绝缘的可靠性,且显著降低了输电线路工程一次建设成本,实现了本体全寿命周期的免维护。之后神马又靠自主研发两次获得国家科技进步特等奖。
从提供产品到提供解决方案,神马一步步走向产业链顶端。在全球整合覆盖电网设计、制造、施工和运维全产业链的高端研发人才基础上,历时四年推出了以复合外绝缘技术为核心的新型外绝缘输电网整体解决方案,把单一的产品创新延伸到系统的电网整体解决方案创新,主要包括输电廊道宽度平均减少20%、钢材用量平均减少20%、混凝土用量平均减少5%、外绝缘免维护的新型复合横担塔紧凑型输电方案,以及杜绝外绝缘事故、更省土地和30年免维护的全复合外绝缘紧凑型变电站方案。
按这个解决方案去算一笔账,神马在巴西中标、在全球引领替代的原因就不难理解,这一切都源于20多年来持续不断的技术创新。来自神马电力集团的消息称,20多年来通过深耕电力外绝缘领域,与中国的电网公司持续协同创新,集团已主导或参与制定国内国际标准近40项,累计申请专利超过700件,有效授权专利近400件。其中,“低碳、省地、高可靠、低成本”的新型输电网解决方案在技术方面已获得IEEE国际标准的主导制定权,将为其在全球的推广奠定坚实基础。
新型外绝缘输电网方案替代传统方案在全球“星火燎原”
虽然世界各国在电网系统方面所处的发展阶段和发展水平不尽相同,但大家对低碳排、省土地、高可靠、低成本的电网系统的追求是共同的。目前,中国的新型外绝缘输电网整体解决方案正逐步替代已有上百年应用历史的传统方案。
除了拉美,该方案于2012年开始应用在欧洲最高电压等级线路——英国国家电网公司420kV欣克利角核电站一期送出线路中。神马电力目前是唯一一个通过英国国家电网全套试验验证的中国供应商。2020年,神马电力新型复合横担又在该项目二期工程中全线应用。英国国家电网正依托该复合横担核心技术制定标准,追求架空输电的更高可靠性、低成本和低碳环保。
输电网自阻尼导线被腐蚀下垂,对地安全距离不够,困扰了巴菲特能源旗下全资控股的加拿大Altanlik电网公司很多年。这家电网公司找到了中国企业,在神马电力他们发现复合横担不仅能解决他们的问题,还能杜绝风偏和闪络跳电,且能采用更大截面导线来增加输电容量,于是针对3000公里240kV改造项目试制样品并试用,之后计划进行全线应用。加拿大阿尔伯塔省电力公司、萨省电力公司以及美国电力公司(AEP)等也闻风而来,与中国企业展开合作洽谈。
2018年,印度灌溉和电力中央委员会、国际大电网委员会印度国家委员会在新德里举办输变电新技术研讨会,印度及周边国家电网公司的200多名专家代表参加了会议。在研讨会上作主报告的就是中国企业神马电力集团。2019年,印度特伦甘纳邦首府海得拉巴一条132kV的输电线路竖起了中国企业创新研发的复合横担塔。这些占地面积较小的横担塔在印度人口密集的贫民区撑起了大负荷的输电线路。2021年,印度中央电力局将神马的复合横担塔输电工程技术作为一种新的输电技术规范开始在全国推行。
据西安高压电器研究院绝缘子避雷器质量监督检测中心主任危鹏介绍,以神马为代表的中国新型输电网整体解决方案,不仅在国际上备受关注,在国内也已经全面铺开。早在2006年前后,中国的电网公司围绕超高压和特高压工程领域的外绝缘技术攻坚,就开始与以神马为代表的企业开展协同创新和成果的产业化推广。其中,在变电站方面,交直流特高压工程中超过90%的比例应用了新型的复合外绝缘产品,展现出了巨大的经济与社会效益。
在输电线路方面,从2009年到2019年,中国国家电网公司和南方电网公司在39条线路中,逐步试点复合横担塔架空输电工程技术,已实现了从高压、超高压到特高压的全系列电压等级覆盖;2020年,在江苏如东220kV嘉通能源输电工程项目中,国网江苏省电力公司率先在全线应用了新方案。今年5月,又将江苏盐城射阳港电厂配套500kV送出线路工程全线应用复合横担方案纳入了可研设计;今年以来,南方电网公司也在考察研究如何全面推广应用新方案。
板凳甘坐十年冷,久久为功成专精。中国电力规划设计总院副总工程师廖宗高等行业专家认为,由点到线再到面,中国新型输电网整体解决方案能够在今天收获全球的关注,归功于中国企业锲而不舍的联合创新。
“双碳”目标有望加速新方案应用进程
据统计,目前已提出“碳中和”目标的国家,其温室气体排放量约占全球的65%,其经济总量约占全球的70%,碳达峰、碳中和已经成为改善全球生态系统的必然路径。能源行业是碳排放的主战场,电网公司是承接“双碳”目标的主力军,有效的减排路径是他们的迫切需求。
我国正加快构建以新能源为主体的新型电力系统,助力能源的清洁低碳转型。业内人士认为,在做新能源增量的同时,也应当优化电网系统存量——电网建设环节也是减排的核心着力点。应用低碳排放、高可靠性的输变电整体解决方案,可以有效降低输变电工程的总体碳排放量,并确保电网供电的安全高效,最终实现单位输电的碳排放量降低。
据世界钢铁协会的统计,近年来,全球架空输电工程铁塔每年的用钢量在4000万吨左右,按照每生产1吨钢材,对应平均1.8吨左右的碳排放计算,在2020年全球322.8亿吨的碳排放总量中,仅输电工程铁塔用钢带来的碳排放就占到了0.22%。以新型复合横担塔紧凑型输电方案中钢材用量平均减少20%进行测算,相应可减少使用800万吨左右的钢材,进而减少1440万吨左右的碳排放,占比全球总碳排放量的0.045%。业内认为,随着电气化转型带来的电网投资增加,中国的新型输电网整体解决方案对降低电网建设环节的碳排放的贡献将进一步增大。
来自中国科学院大学动善时新经济研究中心《中国新经济发展报告2021-2022》显示,20世纪以来,中国企业在新材料电力外绝缘技术方面的创新实践,已经终结了过往在运行事故和运维损失方面给电网带来巨大困扰的传统外绝缘问题,自替代应用以来,为全球电网节约了超过500亿元的输配电成本。与此同时,更安全、更高效的供电,也间接降低了单位发电和输电的碳排放量。
廖宗高等行业专家认为,在碳中和刚性目标的约束下,中国新型输电网整体解决方案在全球全面开启替代引领已成必然趋势。
用脚投票是市场经济最朴素的逻辑。针对中国企业神马电力集团在巴西的中标,西班牙国家电网、葡萄牙电力集团、伊维尔德罗拉公司等多个国家的电网公司、EPC公司和设备厂家纷纷表示祝贺,并释放合作意愿。这与其说是祝贺,不如说是他们看到了市场前景,拥抱新的发展机遇。
来源:新华社(记者 杨绍功)

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