1936年生人的盧強,作為目前健在的我國最具權威的電力科學家之一,對我國電力事業(yè)從艱難起步到奮勇直追的歷程記憶猶新。追憶過往,他為自己見證了新中國電力發(fā)展的奮進之路而感慨萬千;展望未來,他認為能源轉型迫在眉睫,我國能源電力發(fā)展仍面臨多重挑戰(zhàn),但前途光明。
電源緊跟大型工業(yè)的被動式發(fā)展
在新中國成立之初,電源稀缺、電網凋零,全國為數不多的發(fā)電廠大多是外商在租界,以及大城市周邊建設的小型火電廠,比如民國時期的南京下關發(fā)電廠以及上海楊樹浦發(fā)電廠等。新中國成立初期,下關電廠總裝機容量僅為3萬千瓦;楊樹浦發(fā)電廠總裝機容量將近20萬千瓦,是當時規(guī)模最大的發(fā)電廠,這一個廠的裝機幾乎占當時全國總裝機容量的十分之一。那時候,全國發(fā)電總裝機大約在180~200萬千瓦,僅僅相當于現在兩臺大型機組的容量。
這就是當時我國所面對的薄弱的電力工業(yè)基礎。但即便是如此稀少而簡陋的電廠,能夠保留下來也是極為不易的。在新中國成立前夕,國民黨在撤退之前意圖炸毀全國的電廠,為了保護工廠,中共地下工作者發(fā)動工人,在全國廣泛成立工人護廠隊,與反動勢力進行了機智英勇的斗爭,保衛(wèi)了全國為數不多的電廠資源。
但這區(qū)區(qū)一、二百萬的發(fā)電容量當然滿足不了國家發(fā)展和人民生活的需要。那時候,珍貴而又稀缺的電力主要用來保障重工業(yè)和一些紡織輕工業(yè)用電,居民用電尚在其次,只有大城市有部分居民能夠用電照明,少有其他電氣設備。
“一五”時期,我國確定了156個工業(yè)重大建設項目,這一系列項目為中國早期工業(yè)發(fā)展奠定了基礎,其中有三分之一的項目在東北。隨著一批重工業(yè)項目的建設,提升我國電力供應能力的任務十分緊迫。當時東北最大的電廠是豐滿水電廠,該電廠是日本占領東北時,使用中國勞工建成的。為此,中國勞工死傷無數。日本戰(zhàn)敗撤退后,我國技術人員和工人刻苦鉆研學習,摸清了關鍵技術,掌握了運行、維護維修和管理技能。在此基礎上,還成長起了一批水電廠高端技術人員和管理人員。
在這一時期,中國電力工業(yè)的起步是艱難而又緩慢的。盧強考上清華大學電機系后,了解到前蘇聯已建成數個世界領先的大型水電站;美國和歐洲已經研制出了單機百萬千瓦的火力發(fā)電機組,這種大型機組發(fā)電效率高,煤耗低,讓盧強既驚嘆又羨慕。那時候,國內建設了一批中型火電廠,大型機組一般在20萬千瓦。盧強心里冒出一個念頭:什么時候中國也能擁有單機百萬的發(fā)電機組呢?中國能自己研制出來嗎?
1954年考上清華大學電機系的盧強,其求學生涯貫穿了新中國電力事業(yè)的早期發(fā)展,他一面關注國外電力先進水平的發(fā)展,一面為中國電力事業(yè)的每一個成就而欣喜。
1964年,盧強研究生畢業(yè),成為清華大學電機系的一名青年教師。1968年,丹江口水力發(fā)電廠第一臺機組投產,主要任務是為武鋼供電。“當時武鋼集團有四臺高爐,是中國最大的煉鋼廠,從丹江口水電站直接送出一回220千伏線路,向武鋼供電。”盧強說。
這是中國早期電力建設中的普遍形態(tài):一座發(fā)電廠建成后,配套建一、二條高壓線路對負荷供電,對安全性和穩(wěn)定性考慮較少。丹江口水電廠主供武鋼就是如此,單電源單輸電線供電,業(yè)內人士擔心其運行的安全性問題。果然,1972年,由于丹江口電站輸出線路發(fā)生短路故障而跳閘,使武鋼完全失去電源(包括安保電源)。四臺高爐若失去冷卻水,在四分鐘內就會坍塌,武鋼命懸一線。幸虧有一個裝機容量僅一萬千瓦的小電廠,廠長(是清華校友)見此情況,急令該廠與電網解列,利用這一萬千瓦的機組解決了冷卻水的問題,保住了武鋼。盧強清楚地記得周總理批示道:武鋼是中國人民用一百多年勒緊褲帶建成的,這次幾因電力事故毀于一旦,這樣的事故再也不能發(fā)生了!所有中國電力人包括盧強在內,見此批示,無不感到自己肩上責任之重大。從此盧強把提高電力系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性作為自己畢生的責任。
樹立能源電力全國一盤棋的理念
1961年8月,我國建成了第一條電氣化鐵路——寶成鐵路,由寶雞發(fā)電廠為其供電。“電氣化鐵路是單相負載造成三相不平衡,引起了發(fā)電機機端產生嚴重負序發(fā)熱,電廠難以承受,因此鐵道研究院委托清華大學來完成這一課題,希望我們研究如何加裝電容器對負序發(fā)熱進行補償?!北R強說。
這是盧強在進入研究生學習階段接到的第一個科研任務。當時的中國,即使有能力建設電氣化鐵道也無法多建,電廠沒有足夠大的容量,電網也沒有足夠強的承載能力。正因如此,電氣化鐵道的發(fā)展在我國中斷了很久,直到1977年,我國才再次建設電氣化鐵路陽安鐵路——陽平關至安康356千米段。
在與鐵道科學院科技人員合作完成了實驗室研究之后,盧強開始實地調研。他獲得一張鐵道部所發(fā)的“特別通行證”,無論何時只要是在寶成鐵路,任何一輛列車到站他都可以直接上車,在副駕駛的位置記錄列車運行有關數據,以供研究。
寶成鐵路沿線風景秀麗,林壑尤美。但盧強無心觀賞,只一門心思考慮安裝電容器的最佳補償地點。
課題完成后,電容器的成功安裝的確在減少負序方面起到了明顯的效果,但這并不能從根本上解決問題。電力和交通,是當時制約國家經濟發(fā)展的兩大因素,而從電氣化鐵道的發(fā)展上可看出,電力系統(tǒng)容量足夠強大與充??煽浚且磺谢A設施建設的前提條件。
盧強回憶到,當時,前蘇聯在伏爾加河和頓河上修建了幾個特大型的梯級水力發(fā)電廠,其輸電技術亦相對先進,后又建成了可從西伯利亞遠距離送到莫斯科的輸電線路。前蘇聯當時考慮用1000千伏特高壓輸電方案,但建成后因沒有足夠功率可送,只得降壓運行。再看我國今日特高壓網絡已日益完善,成為世界上唯一有特高壓成功運營的國家。而且我國也成了特高壓國際標準的制定者。在慶祝新中國成立70周年之際,憶往昔看今朝,怎不令人贊嘆!
缺乏系統(tǒng)性科學規(guī)劃的電力發(fā)展在二灘水電站“送出工程”棄水事件中釀成苦果。1991年,二灘水電站開工建設,這一電站是中央和國務院為促進中西部經濟發(fā)展而確定建設的巨型基礎設施項目。二灘水電建設利用世界銀行貸款共計9.3億美元,緩解了國內資金的不足。
二灘水電站建設經歷了九年時間,在建設之初,我國供電局面十分緊張,特別是華東等地電力負荷缺口明顯。但電站投產后,卻面臨著巨大危機:巨額投資、巨大浪費、巨額虧損。一方面,我國經濟受亞洲金融危機的影響處于低谷時期,電力需求并不是特別旺盛,另一方面,華東各省希望發(fā)展本地區(qū)火電電源,而不愿接受遠方水電資源。
二灘水電站的棄水之痛,也成為中國開啟電力體制改革的導火索,能源電力規(guī)劃全國一盤棋的思想更加深入人心。
2006年11月28日,國內第一個國產百萬千瓦超超臨界電站項目:華能玉環(huán)電廠1號機組正式投入商業(yè)運行,當年盧強的心愿成真。在電源大發(fā)展的同時,我國電網也實現了由高壓、超高壓到特高壓的步步躍升。2013年1月,“特高壓交流輸電關鍵技術、成套設備及工程應用”榮獲國家科學技術進步獎特等獎。當時,盧強任評審專家委員會主任委員,他認為這項成果獲國家科技進步特等獎是當之無愧的。
大型儲能應用是能源轉型的關鍵
自2015年12月《巴黎協(xié)定》達成以來,能源轉型已迫在眉睫。要實現能源轉型,盧強認為應重視大水電開發(fā)。
他在任全國政協(xié)常委期間曾多次呼吁加快開發(fā)西南水電,尤其是對怒江的開發(fā)。他認為,水電站兼顧灌溉、航運和發(fā)電,具有巨大的社會和經濟效應,雖然前期投資成本較高,但建成之后發(fā)電成本極低。對于我國來說,大型水電站的建設是一種戰(zhàn)略儲備,需要用長遠眼光來看待。盧強表示,怒江的開發(fā)時間非常緊迫,水電開發(fā)周期很長,即便現在動工,距離首臺機組發(fā)電還需要八年左右的時間,而怒江現在一直遲遲未動,令人費解、痛心。
盧強認為,怒江的開發(fā)可以參照瀾滄江開發(fā)的成功先例。瀾滄江是我國水能資源的“富礦”,發(fā)源于青藏高原的唐古拉山東北坡,流經云南西南部,在我國的流域稱瀾滄江,出國后稱湄公河。瀾滄江在中國境內落差達5000米,非常適合做梯級開發(fā)。開發(fā)后不僅能產生大量的清潔電能,還對防災減災、水利灌溉、涵養(yǎng)水土、保護生態(tài)有積極意義。瀾滄江所發(fā)電量不僅可以供我國使用,也可以輸送給缺電的鄰國。
盧強不同意以環(huán)保為名義而放棄對怒江開發(fā)的雜音。開發(fā)水電,同樣可以做得很環(huán)保。比如以華能公司為主,對瀾滄江所進行的水電梯級開發(fā)就非常注重生態(tài)保護,對于建設中不得已毀壞的森林和草地都予以了加倍補種,是水電生態(tài)開發(fā)的范例之一?!皩嶋H上,真正對生態(tài)產生破壞的,是兩岸居民的貧困。我去怒江考察過,兩岸人民生活很苦,沒有電,需以伐樹砍柴為炊,近岸的樹木都砍得差不多了,就只能去深山里砍,生態(tài)資源被無序開采。缺電和貧窮才是破壞怒江生態(tài)環(huán)境最嚴重的因素?!北R強說。
在2011~2012年間,我國西南部以及湄公河流域的東南亞四國發(fā)生旱情,這讓我國的水利開發(fā)陷入了不利的輿情。但實際上,中國的水利開發(fā)并不會導致下游國家的旱情,反之還有利于這些國家旱澇調節(jié)。“這一點一定要正確認識,在怒江水利開發(fā)上應與有關國家友好協(xié)商,”盧強說,“總之,我們要有克服一切困難的魄力去開發(fā)怒江。這是一個具有重大意義的民生和生態(tài)工程?!?/p>
自2015年12月《巴黎協(xié)定》達成以來,能源轉型已經迫在眉睫。我國承諾2030年煤炭消費達峰,以何種清潔能源替代煤炭減少的缺口?盧強認為有三大替代:一是我國小水電的裝機總容量可達一億千瓦,有效利用小水電資源,是廣大農村地區(qū)人民致富的一條途徑;其二是風電、光電,目前我國風電裝機約為一億三千萬千瓦,但風電利用效率很低,棄光情況亦較嚴重,應認真解決;第三,需要推動特大型儲能的研發(fā)和應用。我國自主研發(fā)的多聯產全壽命周期零污染壓縮空氣(即全綠色儲能)技術便是儲能技術的重要創(chuàng)新和突破。
對于清潔能源中的核電未來如何發(fā)展,盧強認為,核電發(fā)展最大的問題,并不在于安全問題。只要把安全管理做得嚴格細致,核電安全是可以保障的。真正制約核電發(fā)展的在于核廢料后處理技術,如果能夠對廢棄放射源(核廢料)進行99.5%以上安全收儲,那么核電在全壽命周期內才可以稱為綠色能源。
盧強表示,目前我國風、光和小水電(如雅安地區(qū))利用率低,大規(guī)模配置儲能設施,是提升風光和小水電利用效率的根本辦法。“電力系統(tǒng)的峰谷差是影響電力系統(tǒng)效率的最大難題,也是降低系統(tǒng)經濟性的原因所在。如何大幅縮小峰谷差?上述我國自主研發(fā)的壓縮空氣儲能技術的充分應用可以做到?!北R強說。
儲能是影響未來能源格局的關鍵問題,對提高能源利用效率、促進新能源產業(yè)發(fā)展、推動能源戰(zhàn)略轉型有重要意義。但如何大容量、經濟、高效綠色地儲存電力和熱能等,是科學界至今沒有解決的難題。盧強教授的團隊在國家發(fā)改委、國網公司、華能電力、中鹽公司和清華啟迪公司的支持下,已開發(fā)出全壽命周期(40年至50年)零污染、集儲電、儲熱、儲冷氣(冷物流鏈)并兼調相于一身的壓縮空氣儲能系統(tǒng)。電-電效率從37.5%到50%,一步一個臺階的儲能系統(tǒng)已分別建成并在蕪湖市和青海大學運行數年;現發(fā)改委能源局已經批準第一期在常州建設60兆瓦電-電效率不低于60%的示范工程。該項直接關乎到能源轉型的示范工程將于2020年9月完工,并由江蘇省電力公司負責完成最后的并網發(fā)電工程。據專家預測,它的市場需求將遍及全國以及“一帶一路”沿線國家。