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绿电风口已至 电网如何进阶?

放大字体  缩小字体 发布日期:2021-11-18  来源:亮报
绿色电力,风起云涌。海上风电,滩涂光伏,潮流涌动,处处迸发着新能源的活力与激情。我国目前已发展成为全球新能源增长速度最快、装机规模最大的国家,风电和太阳能发电新增装机和累计装机均位居世界第一。新能源呼唤新电网,新电网书写新传奇。绿电风口已至,电网如何进阶?本报记者带你一探究竟。
 
新技术新理念
 
1893年,尼古拉·特斯拉发明的交流电系统让芝加哥哥伦比亚博览会光彩夺目,惊艳了人们的眼眸。自此,交流电系统赢得人心,奠定了现代电力系统的标准。
 
在那场19世纪的“交直流电力之战”中,交流电利用变压器率先解决了电压升降的问题,在供电半径和供电容量上取得了优势,成功战胜了直流电。
 
历史的车轮滚滚向前,科技的进步打开了未来之门。随着电力电子技术的发展,直流变压的难题被成功攻克,特高压直流输电技术、柔性直流输电技术脱颖而出,电力系统迎来了新变革。
 
中国力争2030年前实现碳达峰、2060年前实现碳中和,电力是能源转型的关键领域,随着碳达峰碳中和进程加快和能源转型深化,电力系统面临前所未有的变革压力。今年3月,习近平总书记提出构建以新能源为主体的新型电力系统,为中国电力系统转型升级指明了方向,也为全球电力可持续发展提供了中国方案。
 
作为党领导的国有企业,国家电网有限公司始终坚持和加强党的全面领导,传承发扬“国企姓党”的政治基因,践行人民电业为人民企业宗旨,深入落实“四个革命、一个合作”能源安全新战略,围绕碳达峰碳中和目标,加快构建以新能源为主体的新型电力系统,大力推进公司“一体四翼”创新发展,加快建设具有中国特色国际领先的能源互联网企业。
 
“碳达峰碳中和目标提出之后,发电、输电、配电、用电各个层级对柔性直流输电技术都有了需求。”国网浙江省电力有限公司电力科学研究院高级工程师裘鹏从事柔性直流输电技术研究已近10年,新型电力系统的加快推进,让裘鹏信心倍增。
 
什么是柔性直流输电技术?“柔性”一词来源于英文Flexible,表示应用先进的电力电子技术为电网提供灵活的控制手段。柔性直流输电技术以电压源换流器为核心,具有响应速度快、可控性好、运行方式灵活等特点,适用于可再生能源并网、分布式发电并网、孤岛供电、大型城市电网供电等。特别是在风力发电并网、海上平台供电和大型城市电网供电方面,柔性直流输电系统的综合优势更加明显。
 
灵活是柔性直流输电技术的显著优势。这一优势与不规律的新能源一拍即合。新能源发电主要“靠天吃饭”,具有随机性、波动性、间歇性等特点。为了将个性十足的新能源安全稳定地并入大电网,灵活可控的柔性直流输电技术被寄予厚望。
 
国家电网于2006年启动柔性直流输电技术专项研究,先后投运上海南汇风电场柔性直流输电工程、浙江舟山五端柔性直流输电示范工程、厦门柔性直流输电科技示范工程、渝鄂背靠背柔性直流联网工程、张北柔性直流电网试验示范工程等,在柔性直流技术领域取得了世界领先的地位。
 
“新能源大规模接入交流电网后,交流电网的电压、频率和功率的稳定难度大大增加,如果接入柔性直流电网,那么只需要稳定直流电压,技术上更容易实现,有利于保障大电网的安全稳定运行。”裘鹏解释说,新能源天然可以发出直流电,我们日常使用的大部分电器设备也是使用的直流电,采用柔性直流输电技术后,可以在低压层级直接实现发用匹配,大大降低交直流转换损耗。
 
海上好风光
 
金色沙滩,朝霞夕阳,云海缭绕,风车舞动。这里是位于我国东海的浙江衢山岛,有着“风车之岛”的美称。站在小岛上抬头仰望,白色的风机在海风的吹拂下呼呼转动,令人赏心悦目。
 
风机旋转,风能转换为清洁的电能,通过海缆输送到舟山五端柔性直流输电示范工程,点亮了舟山群岛。
 
衢山岛位于浙江省舟山市高亭镇东北27千米处,舟山群岛中北部。2013年,舟山五端柔性直流输电示范工程(以下简称“舟山柔直工程”)进入调试阶段,裘鹏从舟山本岛出发,第一次乘坐快艇踏上了衢山岛。
 
“根据以往坐车的经验,为了防止晕船,我选择了快艇的前排座位。没想到和坐车不同,坐在快艇的前排更容易晕船。”在一个半小时的船程中,裘鹏感觉格外煎熬。
 
然而登岛看到舟衢换流站后,裘鹏心情激动,很快便和同事们投入到紧张的调试工作中。
 
潮涌东海,群岛相拥。舟山群岛,是我国第一大群岛,有着超过2000多千米的海岸线,海域面积超2万平方千米。特有的海洋环境对海岛供电提出了更高要求。
 
传统的链式连接交流输电方式存在海缆充电功率受限、输送距离短等弊端,无法满足众多岛屿连续、稳定供电的需求。当交流电网发生故障时,岛上居民的生产、生活可能受到严重影响。且舟山群岛海上风电、滩涂光伏、潮流能资源丰富,新能源开发潜力巨大,亟须电网改造升级。
 
柔性直流输电技术顺利登上历史舞台。柔性直流输电技术擅长“以柔克刚”,对分布式新能源的接入具有良好的适应性和容纳能力,能向无源网络供电,快速实现有功和无功的独立控制,提高系统稳定性,成为海岛供电的最佳选择。
 
在舟山柔直工程2014年投运之前,裘鹏有七八个月时间都在舟山群岛上忙碌。为了不影响居民的正常用电,调试工作常常安排在深夜进行,裘鹏不知不觉就看到了日出。
 
2014年,舟山柔直工程顺利投运,稳稳的电能从舟山本岛送往海上的小岛,舟山电网的供电可靠性大幅度提升。那一年,赵勋范成了舟衢换流站的一名工作人员。在小小的衢山岛上,赵勋范工作了7年,最近两个月他来到了岱山岛,当上了舟岱换流站的副站长。
 
起初,岛屿交通的不便利让赵勋范颇为头疼,“海上经常起雾,有时候风浪也大,衢山岛来往舟山本岛的船只常常停运。曾经有一次我在衢山岛等了半个月,才等到有船登岛。”
 
就像不便利的交通一样,在舟山柔直工程投运之前,电能也常常在交流输电线路上“堵车”。
 
“舟山柔直工程就像一条‘电力高速路’,让岛屿之间的电能往来畅通无阻,不再‘堵车’。这项工程的很多技术和设备都是首创,对于我们换流站值守人员来说也是挑战。”赵勋范谈到,舟山五端柔性直流输电示范工程的5个换流站都在海边,这对设备的抗腐蚀性、稳定性要求很高。
 
海边的腐蚀性有多大?赵勋范举例子说,舟衢换流站内的设备标牌一年需要更换两三次,而在内陆地区的换流站,标牌可能一年只需要更换一次。
 
为全面掌握换流站设备的各项参数,赵勋范每天3次巡视,丝毫不会懈怠。在他的印象中,过去的几年里,交流电网发生故障时,舟山柔直工程独立承担起舟山北部岛屿的供电重任,岛上居民的用电丝毫没有受影响。
 
目前,柔性直流输电是分布式电源接入的最友好方式。柔性直流输电可以将来自多个站点的风能、太阳能等清洁能源,通过大容量、长距离的输电线路传输至负荷中心。近年来,越来越多的风机在海上耸立,无限“风光”转换为清洁电能,赵勋范对柔性直流电网充满了期待。
 
电网新模样
 
海洋群岛及周边海域有着丰富的自然资源,加大周边海域可再生能源开发,构建绿色的生态经济圈,既是践行我国低碳发展承诺,也是探索我国可持续发展道路的一个重大示范。
 
自2014年投运以来,舟山柔直工程大幅提升了舟山电网对风电的接纳能力及各岛屿供电可靠性,在海洋风电接入、岛屿供电等方面发挥了重大示范与现实意义,有力支撑了舟山国家级群岛经济发展。
 
“十四五”期间,舟山群岛海上风电规模将进一步扩大,舟山鱼山石化等重点工业负荷和各岛屿居民负荷将进一步增大,对用电需求、用电可靠性要求不断提升,都要求舟山柔直工程不断优化升级。
 
依托舟山柔直工程,裘鹏和同事们积极开展发输配用全电压等级柔性直流电网技术创新实践,探索直流电网发展的终极形态,推动新能源的高效接入和“源网荷储”的互动调控,促进多元融合高弹性电网建设,全面推动构建以新能源为主体的新型电力系统。
 
柔性直流电网拥有输送距离远、损耗低、无同步稳定问题、灵活可控等独特优势,在可再生能源发电汇集、送出过程中具有更好的稳定性、经济性和适用性。中低压直流汇集电缆损耗小,输送容量大,电缆成本低;无需锁相环节,不存在无功问题,系统稳定性更高,促进新能源稳定、高效的并网应用。
 
事实上,柔性直流配电网已在内陆城市供电中崭露头角。2018年,全国首个智能柔性直流配电网示范工程在浙江杭州江东新城投运。工程建成后,江东新城配电网实现了从传统放射型向多端互联网络转变,可在百毫秒内快速隔离系统故障并恢复正常运行,实现多路电源同时为用户供电,还可以灵活接入分布式电源、储能、电动汽车充换电设施等多元化负荷,满足用户的多元用能需求。
 
10月24日,中共中央、国务院印发《关于完整准确全面贯彻新发展理念做好碳达峰碳中和工作的意见》,意见明确地提出,到2020年,非化石能源消费比重达到20%左右;到2030年,非化石能源消费比重达到25%左右,风电、太阳能发电总装机容量达到12亿千瓦以上。
 
未来已来,电网必须进阶。交流电和直流电各有所长,依托现有的交流电网开展全电压等级直流电网构建,促进直流电网与交流电网协同发展,建设交直流复合电网是未来电网发展的重要方向。 
 
关键词: 柔性直流输电
 
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