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建設可持續(xù)發(fā)展的能源體系，要求擴建遠距離輸電網絡。問題在于傳統(tǒng)的遠距離高壓交流輸電會造成過高的電能損耗。此外，新線路的修建往往會遭到公眾的強烈反對。本文介紹了幾種極其高效的遠距離輸電方式。

從海上的風能到陽光充沛地區(qū)的太陽能，可再生能源應該在它們豐富的地方被利用起來。舉例來說，德國計劃從現在起到2020年，在北部地區(qū)修建裝機容量高達3000萬千瓦的風電場。然而，德國的電力用戶主要分布在南部地區(qū)，因此德國面臨的真正問題是如何將北部地區(qū)的可再生能源發(fā)電輸送到南部地區(qū)。現有的輸電線路無法當此重任。當前，德國北部的清潔電力常常不得不經東西鄰國中轉，再傳輸到南部地區(qū)。有鑒于此，大規(guī)模擴建電網似乎勢在必行。面對這一難題，德國聯邦政府和四大輸電公司在2012年5月聯合提出了一項電網擴建計劃。該計劃要求在未來十年中新建3800公里的輸電線路。待這個特大項目完成后，它將成為其他國家——尤其是像德國這樣可再生能源資源大都遠離主要能耗中心的國家——建設可持續(xù)發(fā)展的能源供應體系的榜樣。

馬略卡島與西班牙內陸之間的高壓直流（HVDC）輸電線路為島上提供清潔的電力。圖中的高壓直流換流站可以將傳來的高壓直流電再次轉換為交流電。

德國的電網擴建能否以規(guī)劃者預期的速度向前推進？“在目前普遍采用的交流輸電系統(tǒng)中，短短數百公里的傳輸就會損耗大量電能。”伊爾梅瑙理工大學（位于德國法蘭克福東部）電力供應系教授、德國經濟與技術部“面向未來的電網”平臺的顧問委員會成員Dirk Westermann介紹道，“高效的方法莫過于利用高壓直流輸電技術擴建電網。”利用高壓直流技術進行遠距離輸電，能以較低的損耗將電能輸送到千里之外。“直流輸電線路的輸電損耗要比交流輸電系統(tǒng)低30%到50%。”西門子能源業(yè)務領域高壓直流系統(tǒng)研發(fā)總監(jiān)Jörg Dorn指出。

自2010年以來，西門子在中國證明了高壓直流輸電技術的效率。中國已建設了一條高壓直流輸電線路，將西南地區(qū)的清潔水電輸送到1400公里之外的廣東省大城市。新西蘭、紐約和西班牙的同類項目，也體現出該項技術的優(yōu)勢。以馬略卡島為例，這個島嶼目前通過高壓直流輸電線路獲得來自西班牙內陸的可再生能源電力。其輸電系統(tǒng)經過專門設計，可以在度假旺季的用電高峰期增加電力供應，這樣馬略卡島就無需建設新的發(fā)電站。西門子是高壓直流輸電系統(tǒng)的*供應商之一，目前在全球市場上擁有約40%的份額。

輸電量更高。高壓直流輸電線路好比一根連接兩地的管路。在線路的一端，由換流站將交流電轉換為40萬伏或80萬伏的高壓直流電。在接收端，則由另一臺換流器將直流電轉換為可以供應給電力用戶的交流電。“換流器相當昂貴，但是當輸電距離超過600公里時，較低的輸電損耗即可彌補換流站設備成本。”Westermann介紹說。

高壓直流輸電技術還有另一項優(yōu)勢：在輸電走廊寬度相同的情況下，它的輸電容量相當于交流輸電線路的兩、三倍。現有的輸電線路也可以改造成容量更大的電力高速路。考慮到德國幾乎所有的架空電纜采用雙臂塔架支撐，那么情況就變得相當樂觀。在這種架線方式中，塔架的左右兩側分別架設一條三相交流線路，以形成系統(tǒng)冗余。“正是由于這一原因，我們在考慮，與其修建全新的線路，不如利用現有塔架實現交流直流同輸，即一側用于交流輸電，另一側用于直流輸電。”Dorn說道，“除這種升級改造外，要做的工作就是在線路的首尾兩端分別配備一臺高壓直流換流器。這樣一種解決方案還能更好地得到公眾認可，因為它不要求修建新的塔架，只需改造現有的線桿。改造工作的實施進程會遠遠快于修建新的輸電線路。不過，這個過程也涉及到一些重大的技術難題。還需要對其進行進一步的研究，然后對潛在的解決方案進行測試。”

高壓氣體絕緣輸電線路適用于無法安裝輸電塔架的地方。

電網公司Amprion計劃在2019年前在德國萊茵蘭地區(qū)與巴登-符騰堡州之間修建一條430公里長的交直流并輸線路。整條線路只有10%的線段需要新建。雖然交直流并輸尚未得到充分的實踐驗證，但相關領域的研究已經取得喜人的進展。西門子目前正在與高校密切合作，研究交流與直流輸電系統(tǒng)之間的相互影響等課題。

高壓直流輸電還可以促進歐洲地區(qū)不同電力系統(tǒng)之間的聯網。歐洲電網的進一步擴張將以東部和南部為重點，一直延伸到俄羅斯、中東和非洲，而這個網絡不久就會達到局限點，那時它將無力發(fā)揮遠距離同步電網的作用。這是因為從技術角度上講，上述地區(qū)的交流輸電網絡不能直接兼容歐洲內陸的電網。高壓直流輸電系統(tǒng)可以連接相隔遙遠的交流電網，因而高壓直流換流站便可以解決這一難題。此外，換流站還可以充當“防火墻”，起到阻止系統(tǒng)故障大范圍蔓延的作用，從而減小發(fā)生大停電事故的概率。此外，在出現斷供事故后，高壓直流技術可以幫助系統(tǒng)迅速恢復供電。據Dorn介紹：“我們對高壓直流技術進行了改良，它可以使發(fā)生故障的電網快速恢復正常運行。”

未來，甚至有望從高壓直流輸電線路中接出支線，使規(guī)劃線路的周邊區(qū)域（例如德國的魯爾區(qū)）也可以享受到這種技術帶來的進步。如果未來要建成歐洲超級電網，那么也必然會需要此類“多端”高壓直流系統(tǒng)。

公眾參與。一旦技術難題被攻克，電網擴建之路就再也沒有障礙。然而，只有技術可行性還不夠，電網擴建需要廣大公眾支持新建架空線路。因此，電網擴建成功落實的關鍵在于提供準確的信息，盡早讓公眾參與到規(guī)劃過程中，簡化審批流程，同時做到高度透明。

另外，還要考慮到有些地點不適合于修建高壓塔架，比如大城市和機場周邊區(qū)域。在這樣的地方，氣體絕緣輸電線路（GIL）是一種切實可行的替代輸電手段。不同于埋地電纜所使用的紙質或塑料絕緣介質，氣體絕緣輸電線路采用六氟化硫（SF6）與氮的混合氣體作為絕緣介質。穿線導管的直徑約為18厘米，外包一層直徑為50厘米的保護導管。這種設計*可以滿足高壓傳輸的需要，實際部署中只需根據需要增大導管的直徑。目前的普通輸電線路可在55萬伏的電壓下傳輸3200安培的電流，而空氣絕緣輸電線路可以傳輸5000安培的電流。

空氣絕緣輸電線路的另一個優(yōu)勢是在其附近幾乎檢測不到任何電磁場，因此此類線路不會對電信網絡或空管系統(tǒng)造成干擾。同時，空氣絕緣輸電技術滿足較苛刻的歐盟指令要求，正因為如此，人們可以在空氣絕緣輸電線路隧道上方安然無恙地站立或行走。那么毫無疑問的是，埋地輸電線路已成為輸電塔架的理想替代，只是其成本是架空線路的四倍左右。因此，埋地線路主要用于需要高壓輸電而空間有限或受地方環(huán)境法規(guī)制約的地方。

眼下，專家們正在考慮將輸電線路與數據傳輸線路整合在一起，以減輕電網運營商擴建電網的成本負擔。在這方面，專家們的構想是在毗鄰公路、運河和鐵路的隧道中并行鋪設電力和數據傳輸線路。