一张覆盖十四亿人的电网,凭什么能多年守住“不发生特大停电”的底线?从一穷二白到世界第一,它又是被怎样的形势一步步逼着成长起来的?
1969年至1972年,美国阿波罗计划6次载人登月成功。此后,不少参与这项计划的幕后科学家转入美国电网行业,希望攻克电力系统这一高维、时变、非线性动态系统的稳定性分析难题。
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说得直白些,就是让电网在内部突发故障或外部灾害面前保持稳定,不致大面积停电。然而,这些曾在登月工程中发挥重要作用的科学家,此后却再无较大成就。
讲述这个故事的薛禹胜院士认为,从某种意义上说,电网的复杂性甚至远超登月。电力系统是人类创造的最复杂的系统之一,它的空间维度、分布广度、时间尺度和控制实时性,都给稳定分析与控制带来巨大困难。
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与此同时,地震、冰雪、台风等自然灾害,以及恐怖袭击、战争等人为因素,也时刻威胁着电网的稳定运行。
正因如此,特大停电事故至今仍时有发生。2021年5月,台湾因线路故障发生史上第二大规模停电;同年2月,美国得克萨斯州受寒潮影响大面积停电,造成至少50人死亡。
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美国近5年年均停电事故超过3000次,损失负荷超过800万千瓦的重大停电事故在美国历史上发生过6次,而这样量级的事故,中国一次都没有发生过。
对许多中国人来说,除了欠费和宿舍限电,大规模停电已经是很遥远的记忆。可若把时间拨回去,中国电力的起点其实相当寒微。
1879年,上海外滩点亮了中国第一盏电灯;到1949年,全国装机容量只有185万千瓦,放到今天,甚至不够一座中型城市使用。今天这张世界最大的电网,就是从这样的底子上长出来的。
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中国电网的管理体制也几经变动。建国之初设电力工业部,50年代末与水利部合并为水利电力部,随后又分开;80年代初再次合并,80年代末拆分为能源部和水利部,90年代初又重组为电力工业部。
几经调整之后,到21世纪初,电力工业部改组为企业,成为国家电力公司,电力管理真正走向公司化运营。
随后,按照“厂网分离”的原则,国家电力公司拆分为国家电网、南方电网和数个发电集团。两家电网公司的区别主要在于管辖范围:南方电网负责广东、广西、云南、海南、贵州及港澳等地,其余地区由国家电网负责。
为叙述方便,下文统称中国电网。从部委到企业,这套体制的反复调整,本身就折射出电力在国家建设中的分量。
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关于中国电网的规模,可以列举的数据非常多。国家电网是全球最大的电网公司,位列世界五百强第三,资产总额超过4万亿元,员工100多万人,营收约3800亿美元;南方电网也位列世界五百强第105名。
但鲜为人知的是,这个庞然大物并非一开始就被精心设计出来,而是一路被形势逼着,才一步步成长起来的。
1950年6月25日,朝鲜战争爆发;同年10月,中国人民志愿军入朝作战。美军为切断志愿军的运输补给线,实施所谓“绞杀战”,派遣轰炸机一次次侵入我国东北领空,对核心交通线路和重点工业设施实施打击。
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当时的东北是全国最重要的重工业基地,据1949年12月中央财政经济委员会统计,东北占全国炼铁量的75%、炼钢量的88%。
为保障东北地区的用电和生产稳定,中央决定新建一条从丰满水电站到李石寨的220千伏输电线路,项目代号“506”。
起点丰满水电站位于吉林省吉林市的松花江流域,是当时全亚洲规模最大的水电站,1937年由日本人奴役数十万中国劳工修建而成;终点李石寨位于辽宁沈阳与抚顺之间,与丰满相距约370公里。
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今天看来,370公里似乎算不上大工程,但对当时一穷二白的新中国而言,却是一道天大的难题。那时全世界只有瑞典建有一条380千伏的试验高压线路,220千伏已经是投入使用的最高电压等级。
换句话说,中国要在几乎毫无积累的情况下,直接挑战当时世界通行的最高标准,难度可想而知。
更要命的是,当时的中国电力工作者不仅人员不足、工种不全,还没有参考资料,没有建设标准,一切全靠自己摸索。设计人员磕磕碰碰花了将近一年,才完成从零到一的线路勘测和铁塔设计。
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1953年7月,506工程正式动工。从挖坑打桩到组立铁塔、架设导线,几乎每一步都要在实践中边学边干。
不过,单靠几项重点工程,远远撑不起一个国家的用电需求。上世纪五六十年代,水电和火电虽有一定发展,但始终跟不上经济和人口增长的步伐。
直到1978年以后,国家发展思路发生根本变化,电力第一次被明确为经济建设的优先领域,电网建设才真正驶上快车道,从“被逼着走”逐渐转向“主动规划”。
九十年代以后,电力建设进一步走向系统化、规模化,国家层面推动统一调度和电网互联,大规模跨区域输电由此成为可能。
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装机容量几乎以十年翻倍的速度增长:2000年约3亿千瓦,2010年突破10亿千瓦,如今已超过30亿千瓦,中国一国的发电规模稳居全球第一,也为电网的扩张提供了坚实底座。
电源结构同样在不断升级。大型水电站陆续投产,三峡工程累计发电量突破万亿千瓦时,白鹤滩等新一代水电站采用百万千瓦级机组,为电力系统提供稳定、低成本的基础电源。
风电和光伏也从边缘角色走向主力阵容,十多年前它们大多还停留在示范阶段,规模小、成本高、稳定性不足,如今已成为电网必须消纳的重要力量。
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电网越织越大,最难啃的往往是最偏远的角落。有一个地处高寒、每年有200多个风雪天的乡,曾经只有一家三口,被称为“三人乡”。
为了让这里通上电,国家电网投资8599万元,建设两座35千伏变电站,架设108根电杆,翻越海拔超过5000米、最大垂直落差约2000米的雪山,最终让全乡9户32人用上了稳定的电力。
2015年12月23日,最后9614户、3.98万无电人口通电。至此,中国电网连接起14亿人口、超过4亿个家庭,以及241万家工厂、25万家医院、42万所学校、34.5万家科研院所和技术服务企业、40万家酒店餐饮企业、281万家商店。
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可以说,现代社会运转的几乎每一个环节,都系在这张网上。
值得一提的是,我国居民电价约每度0.5元,在全球属于较低水平,而如此庞大的电网,建设和维护投入极其高昂。2020年,国家电网仅电网建设与维护就投资4500亿元,同时为支持企业复工复产减免电费880多亿元。
低电价与高投入同时存在,背后体现的是电网作为公共基础设施所承担的责任。
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反观2021年2月的得州寒潮,电价一度涨至约合人民币65元一度,富人区灯火通明,穷人区却连续数天断电。科罗拉多城市长蒂姆·博伊德甚至公开表示,这是一个适者生存的世界,政府不欠民众什么,民众只能自求多福。
同样面对极端天气,不同的电网体制与价值取向,带来的是截然不同的结果。
中国电网同样经受过极端天气的考验。2008年,南方遭遇特大冰雪灾害,线路覆冰、铁塔倒塌,2000多万用户一度停电。
中国电网全面动员25万人投入抢修,职工们在零下十几度的严寒中高空作业,10名员工因此献出了生命。正是这样不计代价的坚守,才让受灾地区尽快恢复了光明。
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灾难过后,中国电网没有止步于抢修。此后安装了228套覆冰在线监测系统、8套直流融冰装置和1套交流融冰装置,可同时为150条线路融冰,之后又陆续发展出激光测冰、激光除冰、无人机喷火除冰等技术。
每一次灾害都被转化为技术升级的契机,这也是电网韧性不断增强的重要原因。
技术的突破,最终要靠人一寸一寸去落地。在我国首条750千伏输变电工程、也是当时世界海拔最高的同类工程建设中,建设者要在黄河峡谷的绝壁间立起60座铁塔。
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为防止风化碎石坠落,车辆不敢鸣笛,人不能大声说话;运送钢材的毛驴累死之后,剩下的钢材全靠人力一点点抬上山去。
在这条路上,还有许多值得铭记的名字。
20世纪80年代初就开始研究特高压的王凤鸣,整理出版了11本资料,推动1994年特高压预研启动,却因车祸没能看到特高压建成;泰州供电公司员工许信陶二十年如一日钻研降低线路损耗,获得2009年国家科技进步二等奖,用基层的坚持换来了实打实的成果。
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张文惠拒绝了500万元的收购,将自己的专利无偿捐给电网使用;黄利明为750千伏工程殚精竭虑,最终殉职在工作岗位上。正是他们,以及无数没有留下名字的建设者,一砖一瓦地铸就了今天的中国电网。
所谓“电力王国”,从来不是天然生成的,而是一代代人用汗水乃至生命垒起来的。
回看中国电网的成长,从战火中仓促上马的506工程,到改革开放后被确立为优先领域,再到统一调度、跨区输电和新能源大规模接入,这很难用“偶然”来解释,而是一场跨越数十年的系统工程。
它至今仍存在各种问题,也仍需不断完善,但它一次次突破难关,守住了不发生特大停电的底线。若这张网最终走向成熟,“电力王国”之名并不夸张,而它的初心始终朴素:万家灯火,长明不熄。
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