让世界选择中国技术!记刘泽洪的“特高压强国梦”——铸就大国重器,登顶电力“珠峰”
长久以来,我国资源与电力负荷分布极不均衡,80%以上的能源资源分布在西部、北部,而70%以上的电力消费却集中在中部、东部。尤其近20年来,生活与企业用电量的大幅增长,给电力系统带来了严峻的考验。
2005年前后,在时任国家电网公司特高压部副主任刘泽洪面前,横亘着一座大山。“山势陡峭,山路崎岖,形势逼人”——这座大山,便是±800kV特高压直流输电技术。当时的±500kV输电系统面临着输送距离短、输送容量小、送电损耗大等能力不足。发展更大容量、更远距离、更高效率的输电技术,成为摆在中国电力人面前,解决电力跨区域输送迫在眉睫的难题。
做特高压建设的总设计师
刘泽洪是恢复高考后的第一届大学生,1977年考入湖南大学时刚满17岁,是班上年龄较小的几个“小弟”之一,他戏称自己是大家的“小跟班”。
整个大学阶段,刘泽洪的成绩一直名列前茅,在湖大度过的4年大学时光,是刘泽洪人生中最重要的阶段之一。他表示,从做学问这条路来看,“我的专业基础是在湖大打好的,这为我今后的人生奋斗提供了有力支撑”。正因为有了扎实的专业基本功,工作之后遇到机会,刘泽洪才总会有一种“天生我材必有用”的自信与担当。他语重心长地寄语学弟学妹们,一定要珍惜大学的读书时光,端正态度,学好本领。
从湖南大学毕业后,刘泽洪又考入中国电力科学研究院。毕业后,被分配到中国电科院系统所直流室,开始了长达四十余年的科研工作。他先后参加了葛上工程、天广工程、三峡输变电工程和灵宝工程建设。那时候国内电力工业发展水平比较低,人才、资金、技术、设备都缺乏,工程不得不依靠外国企业帮助建设。
对中国电力工业发展历史,刘泽洪了然于胸,并感慨万千。如果说葛上工程和天广工程是在学习国外的建设经验,那么三峡工程则是在努力追赶。 在三峡输变电工程中,中国企业通过以市场换技术的方式逐步引进技术、消化吸收最后实现了自主开发,掌握了±500千伏及以下直流输电工程系统研究及成套设计的能力与实力。
灵宝工程投运前夕,刘泽洪开始负责牵头起草国内第一份特高压建设的总体规划。“最大的困惑是没有特高压建设的直接经验借鉴,如果任何一个环节出错,造成的损失都是无法估量的”,刘泽洪回忆道。那时候,刘泽洪和他的团队没白天黑夜地工作,吃住都在单位,时间几乎全部用在研究上。 最终,他们研究出了40多个与特高压相关的研究课题,并全面进行了论证和分析。 “特高压的建设由我牵头,把整个架子先搭建了起来。绝大多数的理论性研究课题都是在中国自己解决的,有很多关键设备也是由中国研发制造,没有外国人什么事了”,言语之间满是自豪。
从向上工程(向家坝-上海±800千伏特高压直流输电示范工程)开始,特高压直流输电的关键技术开始在国内得到全面应用,主抓特高压直流建设工作的刘泽洪意识到自己即将从事一项史无前例的划时代工程,兴奋之余他深感肩上的担子更重了。当时,外界有不少人对特高压持不同意见,因为那时候世界电压等级最高的输电工程在俄罗斯,只有750干伏,而由刘泽洪负责主抓的± 800千伏的工程已经完全突破了当时全球电力技术的极限。
2008年12月向上工程开工建设,向上工程的额定电压是±800千伏,输送容量是640万千瓦,送电距离近2000公里,这是当时世界直流技术的制高点。尽管工程建设中遇到的难题一个接着一个,但刘泽洪和他的团队以更加科学的态度和艰苦的努力,义无反顾地站在了最前沿,挑起了工程建设的大梁。2010年7月,向上工程建成并正式投入商业化运行。作为我国自主研发、设计和建设,拥有自主知识产区的特高压工程,向上工程成为引领世界直流输电技术的创新工程,推动了直流输电装备的自主化,也成为后续特高压工程的示范工程。
通过几十年的努力,中国的电力工程建设从系统研究、成套设计、设备制造,到工程建设、调试投运、运行维护、故障诊断,以及修复等全过程,基本实现国产化。“在‘一带一路’大背景下,中国已经开始实现“技术”走出去的发展过程。”刘泽洪自豪地为国人电力技术的飞速发展点赞,那些“摸着石头过河”的艰难探索过程最终收获的是中国人挺起腰杆独立自主搞研发,在电力技术中酝酿了不受制于人的自强与自信。
能源的饭碗要端在自己手里
在特高压之前的输电领域,我国一直跟在西方国家的后面远远地追随,从低电压输送到高电压输送,甚至一度比西方发达国家落后了40年。长久以来,我国备受西方国家的技术封锁,甚至还要遭遇外国专家的白眼和嘲讽。
在此前很长一段时间里,国内±500kV直流的大部分设备都是国外的,不仅变压器、开关到各种断路器、避雷器需要依赖引进,就连直流线路和接地极也需要依赖国外技术,以至于外国人嘴里有一种说法,中国电力设备上的每一颗钉子,甚至换流站中的马桶,都是“外国的”。
缺乏关键核心技术之痛,深深烙在刘泽洪的心里,但他坚信只要保持定力,持之以恒攻坚克难,就一定能够把能源的饭碗牢牢端在自己手里,一定能为我国经济社会发展提供坚实可靠的能源保障。自此在与国外公司合作的每项工程中,他都时刻注意学习总结,自我加压、精益求精,在技术、管理、标准等各方面寻求从引进跟随向自主创新的全面突破,不仅要加快工程全套装备国产化,还要比进口产品性能更优,逐步实现换流变压器、套管、开关等关键设备从“跟跑者”到“领跑者”的跨越。
“西北—华中”联网灵宝直流背靠背工程是我国发展直流输电技术的第一个“国产化试验田”。刘泽洪作为技术负责人,在攻关过程中,不仅要从技术和工程本身创新和突破,还担负着设备国产化这样一个非常重大的责任。为此,他没少花费心思,在他的带领下,灵宝直流背靠背工程在我国电力建设中开创了五个第一:第一次自主进行工程咨询、系统研究和成套设计;第一次独立进行直流输电工程设计;第一次独立设计开发高压直流控制保护系统;第一次自主设计制造直流关键设备;第一次自主组织现场施工、监理、系统调试和运维。
作为我国直流输电设备国产化依托、验证和示范工程,灵宝直流背靠背工程被誉为国产化直流输电设备的“博物馆”,使我国成为继德国、瑞典之后,世界上第三个具备高压直流工程全自主建设能力的国家。“从此以后,在这一块技术和工程中,中国人就再没有依靠过外国人。”刘泽洪自豪地表示。
刘泽洪明白,特高压工程建设对提高中国电力装备制造业制造水平和核心竞争力,是一个艰难的挑战,但同时更是巨大的机遇。在他的倡议和主持下,我们不再是简单地去买外国的设备和技术,中国的特高压直流工程建设从系统研究、成套设计、设备制造,到工程建设、调试投运、运行维护、故障诊断以及修复等全过程,一步一步逐渐实现国产化,打破了跨国公司总承包式的垄断。同时,一批朝气蓬勃的直流建设队伍迅速成长起来,成为未来国家电网建设的宝贵财富。
当然,每一次的国产化过程都不是一帆风顺的。“电力系统运行最怕的就是出事,任何一个小错都有可能酿成大错,每个决策人身上都担负着很大的压力。”刘泽洪这样解释着他所从事行业的特性,而他恰恰是一个勇于担当、敢于拍板的人。
2006年,根据当时工程的需要,刘泽洪要求国际供应商协助开发6英寸晶闸管。晶闸管是特高压直流输电的“心脏”,决定了特高压直流的输电能力。6英寸晶闸管,能将通流能力从5英寸晶闸管的3000安培,提高到6000安培以上。但是供应商想保持技术垄断地位,推脱敷衍。刘泽洪向外国人拍了桌子:“你们这个态度,我宁肯这个主任不当了,去牵头搞设计和研发,等我搞成了国产化,你们休想找我来合作!”
面对刘泽洪的“坚定气场”和中国市场的巨大机遇,国外供应商最终还是妥协了,中外开始联合进行研发。两年后,全世界的第一片6英寸晶闸管就在中国生产出来了。
正如刘泽洪介绍的,特高压输电技术离不开那些核心设备,诸如换流阀、平波电抗器、直流滤波器、特高压节能导线等,这些核心设备的国产化进程充满了坎坷与艰辛。就拿±800kV换流变压器来说,它是工程中技术难度最大、价值最高的核心设备,是用来改变电压电流、传输电力的设备,不管是降压升压还是控制电力损耗,都是由这一设备控制,它被形象地称为整个直流输电系统的“躯体”。
“巨大的换流变压器重达四五百吨,如何运输安装就是难题,更不要说后期的安全稳定运行,高效输送电力了。”刘泽洪描述道,“你安装的时候进了一粒沙子,这台变压器就废了,条件就是这么苛刻。”作为国际电工装备领域的制高点,换流变压器设计制造长期被瑞典ABB和德国西门子垄断,一直是我国重大电工装备制造的“卡脖子”问题。
“变压器的话,我们依着国外的设计图纸照葫芦画瓢也能造出来,但是我们没掌握核心技术,要出了问题,我们也不知道哪儿错了,而且里面的关键材料都掌握在外国人手里。”刘泽洪深知,核心技术是花钱买不来的,只有靠自力更生、自主创新,才能真正掌握自己的命运。
为了解决“知其然而不知其所以然”的问题,刘泽洪组织布置了大量有针对性的研究课题,包括和清华大学、华北电力大学、西安交大、西安西电等高校和科研院所通力合作,从基础性研究到工程制造。目标就是造出一台根据我们自己的使用条件,完全自主设计,不依靠外国人的换流变压器。
这个过程的难度不言而喻。±800kV换流变压器制造过程涉及1833道关键工序,涵盖大吨位部件安装、大尺寸线圈均匀干燥及多柱器身同步施压等核心工艺,装配精度要求毫米级,制造工艺难度大。在刘泽洪的带领下,团队历经10年持续攻关,彻底打破了国外垄断,发明出大吨位部件导向定位、大尺寸线圈全方位均匀干燥、多柱器身同步分级精准施压等高精度工装,保证了超过1800道纸构件人工装配工序的毫米级精度,创建了具有自主知识产权的±800kV换流变压器全套制造工艺体系,使我国成为第三个掌握±800kV换流变压器核心技术的国家,令我国整个输变电装备制造业的水平上了一个大的台阶。
中国标准就是世界标准
刘泽洪深知,电力发展面前永远没有终点,只有追求渐进式最优的下一次起点。纵然取得了国际领先,他和团队并没有停下前进的脚步,而是以工程应用和技术突破为目标,继续大踏步地昂首前行。随着我国能源开发重心不断地西移北移,“西电东送”输电距离延伸至3000千米以上,已超出了±800kV直流技术的最优输送距离,国家亟待开发更远距离、更大容量输电技术。
和当年的境遇一样,±1100kV特高压直流输电系统的研究,当时在世界上还是首次,在国内外都是一片空白,刘泽洪毅然地又一次走在了登顶的前沿。他带领团队围绕特高压技术的发展持续创新,依托国家“863计划”、国家重点研发计划,再度历经十余年技术攻关,先后突破±1100kV直流输电基础理论与关键技术,提出±1100kV直流一二次系统构建方法,研制±1100kV系列关键设备,建成了世界首个±1100kV直流输电工程——准东—皖南特高压直流工程。
工程起于新疆昌吉换流站,止于安徽宣城古泉换流站,横跨6个省,输送容量达1200万千瓦,线路全长3324千米,是目前世界上电压等级最高、输送容量最大、输送距离最远、技术水平最先进的特高压输电工程。工程不仅攻克了超长空气间隙绝缘、过电压深度控制、电磁环境控制、可靠控制与保护、主设备研制、超大型复杂绝缘结构机电协同设计等世界级难题,而且在世界上首次成功研制电压等级和容量之最的换流变压器、换流阀等设备,自主成功研制世界首支1100kV直流穿墙套管,代表了国际上特高压直流输电技术最高水平。
如今,特高压直流输电技术成为国际上公认的中国领先世界的技术,是能源电力领域的重大创新。作为一项引领全球的技术,特高压工程解决国内的电力输送问题的同时,也陆续走出国门,在世界各地落户,使得电工装备成为继高铁和核电之后的中国制造的又一张“金色名片”。
2014年和2015年,我国先后成功中标巴西美丽山水电±800kV特高压直流送出一期和二期项目,实现特高压直流技术和设备的双输出,依托我国“西电东送”的经验,特高压完美解决了巴西供需分布极不平衡的电力输送问题。
作为主管国际业务的负责人,刘泽洪一直坚守的工作宗旨就是国际合作应当真正地实现双方互利共赢。“如果只是符合我们的利益,不符合对方的利益,这样的工程我们宁可不干。”正因为刘泽洪坚持这种“良心工程”,使得很多国家争先恐后想要与中国合作,国家电网先后与菲律宾、葡萄牙、澳大利亚、希腊、俄罗斯等国合作,开始了特高压输电的全球布局。随着近些年中国大力发展特高压直流技术,我国在直流技术的工程经验和研究成果方面,目前已在世界高压直流发展领域占据了制高点。很多西方国家都派出工程师前来学习甚至直接购买中国的技术,国际标准组织前几年也邀请中国制定国际性的特高压直流输电技术标准。
迄今为止,中国不仅是世界唯一实现特高压大规模商业运营的国家,也在这个领域全方位实现了“中国引领”,成为制定标准的国家。“特高压原来没有国际标准,±800kV直流、1000kV交流的标准都是我们国家制定的,国际上也采纳了。”刘泽洪自豪地介绍道,在特高压技术领域,我国制定的国际标准有14项,国家标准有50项,行业标准有73项,这意味着包括美国在内的全球所有国家如果想把自己的特高压直流输电技术和设备放在国际市场上出口,就必须遵守中国制定的技术标准。
在2020年的第75届联合国大会上,习近平主席宣布中国将力争2030年前实现碳达峰、2060年前实现碳中和。这一承诺体现出一个大国的责任与担当,而切实做好碳达峰、碳中和工作,能源行业自然承担着义不容辞的重要责任。
“清洁能源变为电力输送就离不开特高压。如果没有特高压技术,全球能源互联网是想都不敢想的。”刘泽洪表示,特高压不仅是新的输电技术,更是新的资源配置平台、新的低碳发展道路。它肩负着能源转型和永续供给、清洁低碳和绿色发展、创新驱动和民族复兴、可持续发展和人类命运共同体建设等多重使命。就连联合国秘书长古特雷斯也坦承,中国特高压技术对可再生能源发展至关重要,全球能源互联网是实现人类可持续发展的核心和全球包容性增长的关键。
在特高压技术的研究之路上,刘泽洪从零开始埋头苦干,不断突破一道道封锁线,从理论基础到工程实践,从国内市场到国际舞台,从白手起家到国之重器,从仰人鼻息到万众瞩目,从“摸着石头过河”的艰难探索到最终挺起腰杆走上康庄大道,一步一步直至领跑世界的位置,他用耕耘和汗水将这条科技创新之路走通、夯实,并且传承下去。
2021年,年满60岁的刘泽洪卸任了国家电网副总经理的职务,但他的“特高压强国梦”还在延续着:“今后肯定还会遇到各种各样的问题,希望年轻的同事们要敢于创新,善于创新,在保证工程质量安全的前提下,不断用技术创新的路子来解决遇到的新问题。”
蓦然回首,电力发展成为中国综合国力发展的一个缩影。刘泽洪一路走来,见证了中国特高压直流输电技术从无到有,从弱到强的全过程。40多年来风雨兼程,他的“电力强国梦”在心中一直熠熠发光。而在未来的日子里,一批又一批中国电力人薪火相传,继续向前,用他们的雄心和实力发光发电,照亮中华民族伟大复兴的强国之路。
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