柔性直流電纜前景看好

當前化石能源逐漸枯竭,環境問題愈發嚴重,眾多因素促發之下,能源轉型成為國際熱議話題。開發利用清潔能源成為共識,靠近用戶端的分布式能源漸成燎原之勢,全球能源互聯網建設迫在眉睫,所有這些都需要更遠輸送距離、更高性能、更靈活可控制的電力傳輸手段,因此擁有超高電壓等級、超大容量的柔性直流輸電技術備受青睞。

柔性直流輸電成未來電網發展方向

柔性直流輸電技術是20世紀90年代發展起來的一種新型直流輸電技術,它應用先進的電力電子技術為電網提供靈活的控制手段,將半控型電力電子器件升級為全控型電力電子器件,響應速度快、可控性好、運行方式靈活。

隨著1997年第一個柔性直流輸電工程的出現,世界范圍內關于柔性直流輸電的研究一直處于十分活躍的狀態。國內關于柔性直流輸電技術的研究雖然開始的比較晚,但發展迅猛。

2011年,上海市電力公司建設的上海南匯風電場柔性直流輸電工程投運,這是亞洲首個具有自主知識產權的柔直工程,直流電壓±30千伏,換流站容量18兆瓦。

2013年,廣東南澳±160千伏多端柔性直流輸電示范工程投運,該工程攻克了多端柔性直流輸電控制保護這一世界難題,使我國在世界上率先掌握了多端柔性直流輸電成套設計、建設、調試和運行全系列核心技術,站在了世界輸電技術的最前沿。

2014年,國家電網公司在浙江舟山建設了世界首個五端柔性直流輸電工程,采用±200千伏直流電壓,分別在定海、岱山、衢山、洋山、泗礁建設一座換流站,實現多個海上風電場同時接入和電力輸送。

2015年,世界首個雙極柔性直流輸電工程——廈門±320千伏柔性直流輸電科技示范工程正式投運,標志著我國全面掌握了高壓大容量柔性直流輸電關鍵技術和工程成套能力,實現了柔性直流輸電技術領域的國際引領。該工程在浙江舟山±200千伏柔性直流工程的應用基礎上,將電壓等級首次提升至±320千伏,從偽雙極提升至真雙極接線。

從上海南匯風電場到廣東汕頭南澳島,從浙江舟山五端柔直再到廈門320千伏雙極柔直,標志著我國全面掌握了高壓大容量柔性直流輸電關鍵技術和工程成套能力,我國柔性直流輸電正在快速向高電壓、大容量、多端、雙極等多個研究方向開展實踐和探索,柔性直流輸電技術逐漸成為未來電網形態重要的發展方向。

我國超高壓直流電纜技術躋身全球第一陣營

我國柔性直流輸電技術建設已進入快速發展階段,與此同時,可關斷器件、直流電纜制造水平也邁上了新臺階。

近年來,我國超、特高壓技術不斷走出國門并在國際市場獲得認可,與此同時,超、特高壓關鍵設備制造技術還掌握在國外巨頭手中,尤其是直流輸電技術的連接技術,我國迫切需要突破直流電纜技術發展瓶頸。

柔性直流電纜前景分析

柔性直流輸電系統可以快速跟蹤交直流電網各類參數的變化并根據指定的控制策略迅速做出相應調整。這種調整不僅迅速,而且平滑,對系統的影響較小。

與傳統直流輸電相比,柔性直流輸電的優勢主要體現在孤島供電、有功功率與無功功率控制等方面。如在孤島供電中,常規直流輸電是點對點單向輸電,不能實現雙向互通,因此不能向沒有電源點的電網送電;采用柔直輸電技術,可實現電能靈活雙向調配,直接向無電源電網供電。在有功和無功控制方面,可以對有功和無功功率進行獨立控制,不再需要配置容量巨大的無功補償裝置,運行方式更加靈活,系統可控性獲得了極大的提升。

與交流輸電相比,柔性直流輸電的優勢主要體現在長距離輸電、新能源消納、成本控制等方面。如在長距離電纜輸電中,交流電纜越長,電能損耗越高,輸送的有效電能越少,而柔性直流輸電即使到末端,其電能都是恒定的。更為重要的是,柔性直流輸電可攜帶來自多個站點的風能、太陽能等清潔能源,通過大容量、長距離的電力傳輸通道,到達多個城市的負荷中心,這為新能源并網、大城市供電等領域提供了一種有效的解決方案。

鑒于柔性直流輸電技術特點,由其構成的系統可廣泛應用于可再生能源接入、孤島供電、城市供電、能源互聯、分布式等領域。隨著新能源的快速發展,全球對柔性直流輸電技術呈現出強勁的市場需求。

可再生能源接入

                 

未來風電、光伏等清潔能源占比將會逐漸提高,采用柔性直流輸電技術來進行風電、太陽能等功率輸出波動較大的可再生能源接入,可以緩解由可再生能源輸出功率波動引起的電壓波動,改善電能質量。當交流系統發生短路故障時,柔性直流輸電系統能夠有效地隔離故障,保證風電場的穩定運行。

海上風電

拿國內海上風電市場來說,《風電發展“十三五”規劃》明確指出,到2020年,風電累計并網裝機容量確保達到2.1億千瓦以上,其中海上風電并網裝機容量達到500萬千瓦以上,而2016年我國海上風電裝機容量僅僅增加了59萬千瓦,這預示著“十三五”期間,海上風電擁有很大市場。國際市場來看,歐洲多島國,歐洲電網的海上風電需求大,且歐洲風電機組較大,因此,海上風電場輸出電力時,就需要更高電壓等級、更大容量的電纜。據CIGRE測算,在距離大陸60km以上的海上風電場,柔性直流輸電系統是唯一技術上可實現、經濟上可接受的解決方案。

全球能源互聯網

建全球能源互聯網,實施清潔替代和電能替代,提高電氣化水平,讓化石能源回歸原材料屬性,是解決當前世界能源資源緊張、環境污染、氣候變化等問題的根本途徑。目前構建全球能源互聯網的技術條件已經具備,我國特高壓交直流技術趨于成熟,尤其是全球能源互聯網需要遠距離輸電,因此,發展超、特高壓直流輸電技術是解決遠距離大容量電能輸送問題的有效手段。

 


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