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中國的水電

如何跨越1,400公里，將水電站生產(chǎn)的電力輸送給500萬用戶？答案是：采用高壓直流輸電系統(tǒng)。目前，西門子正在中國承建功率zui高的高壓直流輸電線路。

經(jīng)過90分鐘的顛簸，我們乘車從昆明市來到中國西南的祿豐縣。一路上，透過車窗，我們看到的是茫茫的田野和成群結(jié)隊的水牛。經(jīng)過長途跋涉，我們的身體終于獲得了解放。司機(jī)將車轉(zhuǎn)向一個寫有漢字和英文字符“800 kV”的藍(lán)色標(biāo)牌，剛剛駛過一道卷閘門，司機(jī)就讓我們下車了。這時，呈現(xiàn)在我們面前的是一個長約700米，寬約300米的大片工地，它看上去有點不可思議。布滿電纜的巨大鐵塔直沖云宵。塔下面，工人們正為了完成zui后的清理工作，手持鐵鍬和木制手推車，緊張地忙碌著。空氣中傳來陣陣隆隆的響聲。負(fù)責(zé)在工地安裝西門子設(shè)備的Jürgen Sawatzki 說道，“這是測試的聲音。”

依托于大功率晶體管、整流器模塊和平波電抗器，全新的高壓直流輸電線能夠跨越1,400公里的距離，將5,000兆瓦的電力從祿豐輸送至廣州。

目前，從山上接至圍欄左側(cè)的高壓高架線路已開始輸電，但穿過圍欄到達(dá)圍欄右側(cè)并消失于山頂?shù)母邏焊呒芫€路，目前仍未投入使用。這些是新架設(shè)的電纜，看上去閃閃發(fā)光。新架設(shè)的線路預(yù)計將于2010年投入使用。它是一個雙極輸電線路，負(fù)責(zé)向廣州輸電，全長1,400公里。這條線路將為中國東南沿海的廣州、深圳和香港等大都市的500萬個家庭提供電力。金沙江位于長江的上游。這些電力來自于金沙江上的十幾座水電站，屬于無碳電力，因此，每年可使中國的二氧化碳排放量減少3,300萬公噸左右。

目前，金沙江上的水電裝機(jī)容量正在不斷擴(kuò)大。水電站輸出的電力，將通過功能zui強(qiáng)大的高壓直流輸電線，輸送至中國東南沿海各大城市。

從工地左側(cè)架設(shè)的高架線路負(fù)責(zé)輸送來自水電站的常規(guī)交流電。其中一些水電站僅位于幾百公里之外。不過，通向廣州、全長1,400公里的輸電線只負(fù)責(zé)輸送直流電。高壓直流輸電（HVDCT）技術(shù)不是一項新發(fā)明；早在1882年，有人就利用這種技術(shù)，將電力從巴伐利亞的Miesbach輸送至在慕尼黑舉行的電力展會的現(xiàn)場，全長57公里。從那以后，這種技術(shù)一直被束之高閣。回想那時，電壓僅為1,400伏；在中國，高壓直流輸電線路的zui高電壓為80萬伏。西門子高壓直流輸電專家Dietmar Retzmann 教授解釋說:“中國的高壓直流輸電線是這項技術(shù)應(yīng)用的*。它負(fù)責(zé)輸送5,000兆瓦的電力，相當(dāng)于5座大型發(fā)電廠的總發(fā)電量。”

更低的輸損。無論采用交流或直流輸電，目標(biāo)都是盡可能地提高電壓。對于這兩種輸電方式而言，根據(jù)物理學(xué)定律，在電量一定的情況下，電流與電壓成反比。換言之，電壓越高，電流越小，從而降低因?qū)w升溫導(dǎo)致的能耗。不過，對于遠(yuǎn)距離輸電而言，高壓直流輸電性能更優(yōu)。

采用高壓直流輸電技術(shù)，輸電效率為95%；采用高壓交流輸電技術(shù)，輸電效率為87%，相當(dāng)于損失了400兆瓦的電力。

西門子能源*執(zhí)行官Wolfgang Dehen指出，“我們在中國架設(shè)的電力高速路的輸電效率高達(dá)95%。”采用交流輸電技術(shù)，輸電效率會降至87%，相當(dāng)于損失400兆瓦的電力——一座中型發(fā)電站或160個風(fēng)電機(jī)組的總發(fā)電量。由于降低了輸損，高壓直流輸電線路每年可幫助減排300萬噸二氧化碳。

理論上講，交流輸電也可以達(dá)到同等的距離。在1,500公里的距離內(nèi)，也可以800千伏的電壓輸送交流電。然而，問題是，經(jīng)過長距離的傳輸，在輸電線路的起始端和末端，電壓波會彼此轉(zhuǎn)換——技術(shù)術(shù)語是“相位角”，這需要每隔幾百公里安裝一個大型電容組，以便實現(xiàn)串聯(lián)補(bǔ)償。這將大幅提高輸電線路架設(shè)的成本。盡管采用了這種補(bǔ)償機(jī)制，遠(yuǎn)距離的輸損仍大大高于高壓直流輸電線路。

Sawatzki帶領(lǐng)我們走進(jìn)一個飛機(jī)修理庫般大小的車間。在這里，工人們正忙著將電力穩(wěn)定系統(tǒng)，安裝在從20米高天花板上懸掛下來的長柱上，其用途是zui大限度降低短路和斷電事故的發(fā)生幾率——即便是在發(fā)生地震的情況下。這些裝置看起來像一堆巨大的植物托盤，其設(shè)計靈感可能來自于傳說中巴比倫的空中花園。每個托盤總共容納了30個金光閃閃的圓罐。這些圓罐彼此串聯(lián)，利用光纖連接控制電路。

龐大的800千伏變壓器在運往中國安裝（中間圖片）之前，在紐倫堡接受測試（左側(cè)圖片）。祿豐輸電站的控制室（右側(cè)圖片）

圓罐內(nèi)安裝了晶閘管——由硅、鉬和銅制成的換流閥，利用激光束每秒觸發(fā)50次，實際上與電流轉(zhuǎn)換極性一樣。晶閘管的轉(zhuǎn)換十分精準(zhǔn)——每秒100萬次，以致于交流的負(fù)波被“拋掉”，從而獲得直流。由于這種直流還具備較高的紋波含量，因此，接下來，它會進(jìn)入閥廳后面所謂的“直流場”。在這里，電容器會暫時存儲電荷，然后將電荷“注入”紋波內(nèi)。在閥廳，利用線圈濾除整流器發(fā)射的干擾信號。這就是我們可以在采用市電的任何電器中見到的標(biāo)準(zhǔn)電路，但在直流場，所有組件都是龐然大物。

雙極輸電。在靠近*個閥廳的另一個閥廳，采用了地坪。Sawatzki從一張硬紙板上抽出一個電路圖，解釋說：“這里的整流器和直流場與那里的都是一樣的。”這里的優(yōu)勢是，一個導(dǎo)線作為800千伏正極使用，另一個導(dǎo)線作為800千伏負(fù)極使用，從而達(dá)到160萬伏。換言之，兩根導(dǎo)線將電力分為兩部分，目的是zui大限度降低輸損。同時，在一個極發(fā)生故障的情況下，這也有利于預(yù)防斷電的發(fā)生。

多項測試預(yù)計將在今后幾個月內(nèi)完成。在閥廳之上的辦公室工作的8位西門子工程師，坐在控制室內(nèi)，逐步升高屏幕上的電壓。這樣做的目的是，在系統(tǒng)投入使用之前，使各個組件達(dá)到閾值，以便查找缺陷。中國沿海任何一座大城市發(fā)生斷電事故，都將是一個噩夢。

大型控制屏幕的左半部分顯示祿豐輸送站的工作負(fù)載為“零兆瓦”。屏幕的右半部分顯示廣州接收站的狀態(tài)信息。在廣州接收站，直流電將被再次轉(zhuǎn)換為交流電，輸入公共電網(wǎng)。屏幕顯示電力接收站的默認(rèn)值為“9.999兆瓦”。如果電力接收站投入使用，屏幕將顯示“5,000兆瓦”和其他來自廣州的大量數(shù)據(jù)。所有信息都將通過架設(shè)在高壓直流輸電線路上的光纖電纜，實時進(jìn)行傳輸。

融合東西方的專業(yè)技術(shù)。盡管系統(tǒng)的交流部分*是由中國公司制造的，而直流部分則采用了西門子許多專業(yè)技術(shù)，但這并不意味著，所有組件都是在德國制造的。在48個變壓器中，有一半是在德國制造的，其余是西門子的指導(dǎo)下，在中國制造的。

廣州換流站的大門提醒來訪者，這里是輸電電壓的紀(jì)錄創(chuàng)造者。水力發(fā)電和高壓直流輸電技術(shù)，幫助中國每年減排3,300萬噸二氧化碳。

迄今為止，Sawatzki已在中國工作和生活了10個年頭。祿豐高壓直流輸電系統(tǒng)，是他參加的中國南方電網(wǎng)公司的第四個項目。從2007年6月贏得項目到2010年6月系統(tǒng)竣工，這個項目共計需要三年時間。在中國南方電網(wǎng)的*個項目中，西門子獲得的合同占合同總金額的80%，第二個項目為60%，第三個項目為40%。在第四個項目中，西門子獲得的份額進(jìn)一步降低，在10億歐元的項目投資中，僅獲得約3.7億歐元。中國南方電網(wǎng)公司要求，由西門子提供的多數(shù)組件必須在中國由分包商負(fù)責(zé)制造。因此，盡管西門子仍然負(fù)責(zé)晶閘管等組件的工程設(shè)計，但這些組件和所有輔助設(shè)備都是在西門子的指導(dǎo)下，由兩家中國企業(yè)制造的。

創(chuàng)新帶來收益。要建造這樣的未來系統(tǒng)，不利用西門子的專業(yè)知識是行不通的。因為創(chuàng)新在不斷推動該領(lǐng)域的技術(shù)進(jìn)步。西門子能源項目商務(wù)Susanne Vowinkel解釋說，“800千伏輸電技術(shù)涉及許多全新的專業(yè)知識，這些知識也是*在這里得到應(yīng)用。”Susanne Vowinkel主要負(fù)責(zé)處理合同相關(guān)事宜，組織招標(biāo)和維護(hù)客戶關(guān)系。

西門子的創(chuàng)新成果包括硅樹脂絕緣體。這些絕緣體不僅防水，而且可以在臟污的環(huán)境中確保更出色的絕緣性能。同時，西門子的工程師已開始著手研究800千伏以上的技術(shù)，因為輸電電壓的升高意味著輸損的降低。電壓由500千伏上升至800千伏，在輸電線路30年的使用壽命周期內(nèi)，可使其成本降低四分之一。正如Vowinkel所說的，我們的目標(biāo)就是始終。。一步。

西門子在印度剛剛獲得一份大額訂單，接著又在中國、印度、美國和新西蘭參加了多個項目的投標(biāo)，以期獲得更多的高壓直流輸電項目。此外，高壓直流輸電系統(tǒng)已成為未來重大項目的基礎(chǔ)，例如旨在將北美和中東的電力輸送至歐洲的Desertec項目。