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铸就大国重器 登顶电力“珠峰”

来源:  发布时间:2023-03-13

——记国家电网工程技术与装备专家刘泽洪的“特高压强国梦”

卫婷婷

 

里程碑

——从“望尘莫及”走到与西方强国的“同台竞技”,再到最终实现“弯道超车”,在这巨大的飞跃背后,刘泽洪不仅仅是见证者,更是全程参与其中的奋斗者、开拓者和领路人。

 

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。

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。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。

“与±500kV超高压直流输电相比,±800kV特高压直流输电的输送容量是原来的23倍,输送距离提高22.5倍,单位走廊输送容量提高40%,单位输送距离损耗降低45%,单位容量造价降低28%。”通过研究分析得出的一系列数据让刘泽洪笃定,与高压、超高压输电方式相比,特高压的优势明显,“这是解决我国能源资源与电力负荷逆向分布问题、实施国家‘西电东送’战略和电力跨区域大范围输送的核心技术,也是赋能边远地区可再生能源开发,保证能源供应安全、经济和环保的战略性技术。”

然而,作为业内共识,从高压到超高压,再到特高压,输电电压每提高一个等级,都面临着巨大的技术挑战。尤其是作为世界上最先进的特高压输电技术,甚至被视为电力世界的“珠穆朗玛峰”。自20世纪60年代开始,美国、日本、苏联、意大利等发达国家就相继进行过特高压输电技术的研究和开发,试图登上这座电力最高峰,却由于技术挑战、运营效益等诸多难题,他们最终选择降压或者停止运营,相关研发工作均以失败告终。

山,就在那里;国家的需求,就在那里。刘泽洪面对这一艰难的挑战,内心没有半点退缩,他选择勇往直前。然而,在他向既定目标攀登的路上,也并非只有鼓励和支持,迎接他的还有困难、压力甚至是非议。在当时,我国最高电压等级为±500kV,且一些关键技术还需要从国外引进。在这种背景下,刘泽洪等人的±800kV特高压直流输电想法乍一提出,质疑的声音便不绝于耳——除了国内外没有任何可借鉴经验外,特高电压、特大电流下的绝缘、散热和受力特性、电磁环境、设备研制、系统控制等都是尚未攻克的难题。

“绝不能因为技术难度大、此前没有相关经验就放弃。”满胸热忱的刘泽洪最听不得“这个事美国人干过吗?美国人都干不成你怎么能干成?”这种“理直气壮”的质疑。此前几十年,中国电力行业已经习惯了跟在欧美发达国家后面走,有些人就有了思维定式,认为外国人搞不成的中国人也搞不成。刘泽洪偏偏不信这个邪:“原子弹我们连图纸都没有,最终还不是依靠自己的努力升起了‘蘑菇云’?尖端的航天技术,之前也被西方封锁得那么严重,咱们不也把自己的航天员送上天了嘛!”刘泽洪经常为自己和团队成员们鼓劲,坚信这种困境反而能激发出中国人的斗志和创造力。

为此,刘泽洪联络国内数十名专家,通过160多家单位联合攻关,从理论和实验上去证实±800kV特高压直流输电的可行性,并负责牵头起草出国内第一份特高压建设的总体路线图。他与团队没白天没黑夜地工作,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个与特高压相关的重大课题,并全面进行了论证和分析。

那几年,刘泽洪为特高压输电不辞辛劳地奔走呼号,终于取得了成效。2005年,国务院正式将特高压列入《国家中长期科学和技术发展规划纲要(20062020年)》;2006年,特高压成套设备研制列入《关于加快振兴装备制造业的若干意见》;200812月,向家坝—上海±800kV直流输电工程(简称“向上直流”)开工建设。

“向上直流”输送容量是640万千瓦,送电距离近2000千米,是世界上电压等级最高、输送容量最大、送电距离最远、技术水平最先进的直流输电工程,已经完全突破了当时全球电力技术的极限,代表着当时世界高压直流输电技术的最高水平。

这是一项史无前例的划时代工程!但也正由于前无古人,没有成熟的经验和技术可以借鉴,也没有现成的工具可以使用,甚至连现场作业的行业标准规范也没有,刘泽洪的相关研究开展起来困难重重。一方面,研发时间紧迫;另一方面没有任何现成的参数可供参考,每个参数的形成都需要多次反复协调论证,标准也需要重新考虑和制定。

“中国的输电技术要想打一场翻身仗,想在特高压的道路上实现弯道超车,除了自主创新之外,没有别的路径可走!”刘泽洪头脑很清醒,“我们的创新是要敢于集成创新,敢于跳出书本去创新,敢于从实践中创新。”

作为±800kV输电技术研发核心成员和“向上直流”的工程负责人,为了尽快登上这座“电力珠峰”,刘泽洪组织起几十家科研机构和高校、200多家设备制造企业、500多家建设单位、几十万人参与特高压基础研究、技术研发、设备研制、系统设计、试验验证、工程建设和调试运行等工作,先后攻克了310项关键技术,终于解决了之前被认定难以逾越的过电压与绝缘配合、电磁环境控制、特高电压特大电流直流设备研发、特高压交直流混合大电网安全控制等世界级难题。

苦尽甘来,201078日,途经8个省市,4次跨越长江的向家坝—上海±800kV特高压直流输电示范工程正式投入运行,作为我国能源领域取得的世界级创新成果,标志着中国在世界范围内率先实现了直流输电电压和电流的双提升、输电容量和送电距离的双突破,被国际大电网会议组织称为“世界电力工业发展史上的重要里程碑”。刘泽洪用实际行动打碎了欧美不可超越的神话。

 

饭碗端在自己手里

——刘泽洪明白,大国重器,核心技术是花多少钱也买不来的。能源的饭碗如果不端在自己手里,日子永远过得不会踏实。

 

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。

 

亮剑

——作为一名中国人,首先要是坚定的爱国者,然后才是奋斗者、开拓者。

 

刘泽洪是一个追求完美和永远领先一步的人,他把这种性格自然也带入科研工作的日常当中。在他看来,大到一个国家、一支军队,小到一个科研团队,都要有一种面对困难,敢做决断、勇于攻坚的亮剑精神。

这种精神的形成源自于青年时期的磨砺。作为恢复高考后的第一届大学生,刘泽洪考入湖南大学电力系统及自动化专业时刚满17岁,小小年纪便与电力结下不解之缘。“刚进大学的时候,我的学习基础还很差,当时没什么别的想法,就是如饥似渴地读书。”和历史上众多的湖南同乡一样,刘泽洪骨子里有着一股湘人“吃得苦,霸得蛮”的坚韧不屈的性格。求学初期,除了日常上课之外,他还会给自己不断加码,从图书馆借来大量与专业相关的书籍和资料,利用业余时间废寝忘食地研读。付出的心血没有白费,刘泽洪的成绩节节上升,尤其是英语,“刚入学时我连26个字母都写不全,结业时候的统考,我是上万名学生里面的第一名”。

也正是由于出色的英语水平和专业能力,参加工作后的刘泽洪在1988年被选中派往加拿大深造一年,近距离地了解西方先进的直流输电技术与体系。这一段经历让刘泽洪获益匪浅。一方面,他全方位地感受到了中国同西方先进国家在技术领域上的差距;另一方面,这段经历如同为他打开了一扇窗,让他感知到了别样的风景。他如饥似渴地学习与积累,希望能迎头赶上。

一年时间里,刘泽洪用优异的表现赢得了加拿大方面的高度赞赏,也赢得了国际同行对于中国科研工作者的尊重。加方开出了较国内高出近百倍的工资,甚至将移民表都送到了刘泽洪的桌子上,希望能够让他留下来。面对如此丰厚的条件待遇和美好的未来远景,刘泽洪没有忘记自己来到这里的初心。“我的妻儿老小在中国,我的事业在中国,我的一切都在中国!”他没有犹豫,毅然决然地返回了祖国。

在过去的40多年里,刘泽洪不止一次完成工作角色的转换,从葛上直流时初出茅庐的生力军,到天广直流时的技术骨干,到灵宝工程时的技术负责人,到向上工程时主管直流的副主任,最后到准皖工程时的国家电网的副总经理,不管身处于什么角色,每一次向科研高地冲锋陷阵之际,刘泽洪都是身先士卒、亲力亲为,深入到第一线,站在最关键的地方,做最艰难的决策,承受最大的压力。

刘泽洪胆子大、敢拍板,甚至常常“不走寻常路”。但他的拍板从不是蛮干,他具备整个工程的思维方式,同时有系统的管理能力,另外还对设备本身的技术非常了解。你会发现,刘泽洪的每一个决定其实都是在深厚的专业知识和丰富的工程经验基础上,根据现实情况的综合施策。

随着年龄的增加,刘泽洪越发重视电力事业人才梯队的完善和建设。历经多年的科技研发和直流工程成套设计锤炼,他带出了一支素质优良、精通专业并具有国际化视野的技术团队。电力报国的梦想让老中青几代人凝聚在一起,用技术创新推动着我国电力事业的发展,实践着科技兴国的使命。

“真正的战士,只有听到了前线的枪声才能感到兴奋。科研工作者也一样,当你攻克了难关,完成了国家交给你的任务,那一刻内心的成就感和满足感是无法用语言来形容的。”面对快速发展的工程需求和前所未有的困难,刘泽洪经常转换视角激励大家,“我们把这些工作承担下来,在承担风险的同时,其实也是给我们创造了一个自主创新大展身手的空间。”也正是在这一系列攻坚克难的过程中,他们不辱使命,成功刷新了多个国内国外的工程纪录。

在特高压输电发展的道路上,总有各种各样的困难、危险和绊脚石,但是它们阻止不了刘泽洪和团队前进的坚定步伐,无论多难的问题,只要有他坐镇,大家就像吃了一颗定心丸。熟悉他的人都知道,刘泽洪的性格就是这样,一旦认准了目标,就会努力去拼,要做一件事就一定要做成功!

“如果满分是100分的话,得99分我都觉得是瑕疵,一定要做到最好才行!”在刘泽洪的人生词典里,你读不到“差不多”“凑合”“将就”这样的字眼,正是这种认真和追求完美的态度让他付出了比常人更多的辛苦和努力,但也达到了很多人所没有的高度与成就:

2012年和2018年,刘泽洪凭借“特高压交流输电关键技术、成套设备及工程应用”和“特高压±800kV直流输电工程”两度荣获国家科学技术进步奖特等奖;2017年,他由于“接入大电网的超大容量特高压直流输电技术研发领导力和开创性工作”荣获高压直流输电领域最高荣誉——国际电气与电子工程师学会电力与能源协会乌拉姆高压直流输电奖。这是中国专家首次获得这一奖项;2022年,最新一届光华工程科技奖揭晓,刘泽洪榜上有名,实至名归。

面对成果和荣誉,刘泽洪却很淡然,他把感激更多地留给了这个伟大的时代:“是这个发展的大时代令我能把个人抱负与国家发展、社会需求紧密结合起来,给了我施展才华的用武之地。”

 

中国名片

——全球的特高压输变电技术标准都是由中文书写的,因为在这个领域,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。

2020年的第75届联合国大会上,习近平总书记宣布中国将力争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。

(责编:杨思玄)

 

专家简介

 

刘泽洪,高电压工程技术与装备专家。国家电网有限公司原副总经理、党组成员。曾先后历任国家电网公司特高压部副主任、直流建设部主任、总经理助理。为实现电力大容量远距离输送、设备自主化和电网灵活可控的战略目标,系统开展了超/特高压输电关键技术攻关、核心装备研发和重大工程建设。主持建成准东—皖南±1100kV特高压直流示范工程,达到国际领先水平;主持±800kV特高压换流变压器等“卡脖子”设备研发,填补国内空白;主持高电压工程管理创新,提出重大创新型高电压工程新的管理思想和建设模式。成果促进了“西电东送”战略实施和清洁能源大规模开发,在传统电网中融入了新型输电模式,为我国高电压工程技术和管理步入世界前列作出了系统性贡献。


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2024年5月

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