賀之淵：新型電力系統(tǒng)建設(shè)倒逼電網(wǎng)技術(shù)加快升級(jí)
發(fā)布時(shí)間：2022-09-15
【賽普瑞電氣】要實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰碳中和目標(biāo)，就要加快電力行業(yè)清潔低碳轉(zhuǎn)型，持續(xù)發(fā)展可再生能源，助力能源結(jié)構(gòu)、消費(fèi)變革。然而，隨著新能源裝機(jī)規(guī)模增長、占比提升，其波動(dòng)性、不穩(wěn)定性等特性給電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行提出了新挑戰(zhàn)。
因此，構(gòu)建新型電力系統(tǒng)不僅需要電源端技術(shù)進(jìn)步，也離不開先進(jìn)電網(wǎng)技術(shù)的支撐。作為我國先進(jìn)電網(wǎng)技術(shù)的創(chuàng)新基地、先進(jìn)設(shè)備的研發(fā)基地，國網(wǎng)智能電網(wǎng)研究院有限公司(以下簡(jiǎn)稱“國網(wǎng)智研院”)長期致力于特高壓、柔性交直流輸電技術(shù)的研發(fā)升級(jí)。近日，記者就現(xiàn)階段我國電網(wǎng)技術(shù)水平、未來電網(wǎng)技術(shù)發(fā)展方向及困難等問題采訪了國網(wǎng)智研院總工程師賀之淵。
傳統(tǒng)電網(wǎng)要適應(yīng)新型電力
系統(tǒng)建設(shè)要求
中國能源報(bào)：我國曾開展多年智能電網(wǎng)建設(shè)，新型電力系統(tǒng)給智能電網(wǎng)帶來哪些挑戰(zhàn)?
賀之淵：新型電力系統(tǒng)和智能電網(wǎng)的概念是一致的，只是在新的形勢(shì)下，對(duì)智能電網(wǎng)的內(nèi)涵提出了新要求。然而，盡管新型電力系統(tǒng)已經(jīng)提出了具體要求，但其建設(shè)路徑等關(guān)鍵問題并沒有完全明確，這對(duì)電力產(chǎn)業(yè)上下游企業(yè)而言，將是很大的挑戰(zhàn)。
據(jù)預(yù)測(cè)，到2030年，我國電源側(cè)新能源日內(nèi)最大波動(dòng)可能達(dá)到5億千瓦以上，電力系統(tǒng)調(diào)節(jié)壓力越來越大，這要求輸電技術(shù)能把傳統(tǒng)的剛性電力系統(tǒng)變得更柔性一些，實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)多種能源時(shí)空互補(bǔ)與廣域互濟(jì)。因此，在新型電力系統(tǒng)建設(shè)中，要聚焦先進(jìn)輸電技術(shù)、設(shè)備，將先進(jìn)輸電技術(shù)與新型電力系統(tǒng)建設(shè)需求融合起來，將新技術(shù)與老電網(wǎng)結(jié)合起來，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)柔性化、智能化、數(shù)字化，進(jìn)而支撐新能源高比例接入，讓電網(wǎng)發(fā)揮更大作用。
例如，直流輸電可以實(shí)現(xiàn)電能遠(yuǎn)距離、大容量傳輸，但端對(duì)端的結(jié)構(gòu)卻使其調(diào)節(jié)特性、輸電靈活性大受限制。因此，未來直流輸電將逐步向多電源、多落點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展，進(jìn)一步提升電力系統(tǒng)運(yùn)行的靈活性與經(jīng)濟(jì)性。未來我國可以在西部、東部沿海等地構(gòu)建由風(fēng)、光等多種能源構(gòu)成，多區(qū)域、多落點(diǎn)的柔性直流輸電網(wǎng)絡(luò)，增強(qiáng)電網(wǎng)功率互濟(jì)能力，提升新能源送出效率。此外，可再生能源電力不僅要配合電網(wǎng)工作，還要有主動(dòng)支撐能力，保障電網(wǎng)安全運(yùn)行。這是新型電力系統(tǒng)建設(shè)的必然要求。
柔性交直流輸電技術(shù)與裝備大有可為
中國能源報(bào)：目前我國電網(wǎng)技術(shù)、裝備對(duì)構(gòu)建新型電力系統(tǒng)有何支撐作用?
賀之淵：電網(wǎng)技術(shù)與裝備是實(shí)現(xiàn)電能轉(zhuǎn)換與傳輸?shù)幕A(chǔ)，是新型電力系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)源網(wǎng)荷互動(dòng)的中樞環(huán)節(jié)。隨著大規(guī)模新能源外送比例越來越高，除現(xiàn)有常規(guī)交流輸電技術(shù)及裝備外，還需要可控性高、經(jīng)濟(jì)性好、支撐能力強(qiáng)的新型輸電技術(shù)與裝備，特別是以電力電子技術(shù)為核心的柔性交直流輸電技術(shù)與裝備，主要包括特高壓直流、柔性直流、靈活交流等技術(shù)。
在特高壓直流技術(shù)方面，目前國家電網(wǎng)公司累計(jì)建設(shè)投運(yùn)15項(xiàng)特高壓直流工程，最遠(yuǎn)輸電距離達(dá)到3300公里，最大輸電容量達(dá)1200萬千瓦。我國能源資源稟賦決定了在新型電力系統(tǒng)建設(shè)的過程中，仍需要更多的特高壓直流輸電工程，以便將西部大規(guī)模新能源集中外送。同時(shí)在東部負(fù)荷中心，通過改進(jìn)換流器拓?fù)?，提高其抵御交流故障的免疫能力，避免多饋入直流連鎖換相失敗引發(fā)電力系統(tǒng)穩(wěn)定問題，實(shí)現(xiàn)新能源規(guī)模消納。
在柔性直流技術(shù)方面，我國建成投運(yùn)了世界首個(gè)柔性直流電網(wǎng)工程——張北柔性直流電網(wǎng)工程，同時(shí)國網(wǎng)智研院今年成功中標(biāo)德國海上風(fēng)電柔性直流送出工程，實(shí)現(xiàn)我國高端輸電技術(shù)首次進(jìn)入歐洲。柔性直流作為新一代輸電技術(shù)，可有效應(yīng)對(duì)新能源的波動(dòng)性和間歇性，為大規(guī)模新能源友好并網(wǎng)提供支撐。在我國西部，可以通過多種能源的廣域直流互聯(lián)，實(shí)現(xiàn)高比例新能源電力系統(tǒng)的實(shí)時(shí)功率平衡。在我國東部深遠(yuǎn)海風(fēng)能資源豐富地區(qū)，也需要通過柔性直流技術(shù)實(shí)現(xiàn)海上風(fēng)電輸送。
在靈活交流技術(shù)方面，靜止無功補(bǔ)償、串補(bǔ)等技術(shù)已實(shí)現(xiàn)廣泛應(yīng)用，提升了電網(wǎng)的動(dòng)靜態(tài)電壓支撐能力和線路輸電容量。UPFC(統(tǒng)一潮流控制器)、SSSC(靜止同步串聯(lián)補(bǔ)償器)、低頻輸電等新技術(shù)也實(shí)現(xiàn)了示范應(yīng)用，這些技術(shù)可以大幅提升含有大規(guī)模新能源的交流網(wǎng)絡(luò)的輸電能力，實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)潮流快速調(diào)節(jié)，支撐新能源快速調(diào)控。
先進(jìn)技術(shù)要立足于
解決更廣域的電力問題
中國能源報(bào)：如何將上述先進(jìn)技術(shù)與新型電力系統(tǒng)建設(shè)要求結(jié)合起來?
賀之淵：當(dāng)然，無論是特高壓還是柔性直流輸電技術(shù)，抑或是柔性交流輸電裝置等，都是解決一個(gè)點(diǎn)或一條線的問題。面對(duì)新型電力系統(tǒng)建設(shè)的新要求，必須解決一個(gè)面乃至更廣域的電力問題，將特高壓、柔性交直流輸電等技術(shù)有機(jī)結(jié)合起來。同時(shí)，可以通過改變局部電網(wǎng)結(jié)構(gòu)，如將直流接入局部電網(wǎng)或通過交直流混合接入、全直流的新能源單獨(dú)構(gòu)網(wǎng)及與交流聯(lián)合并網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)更高比例新能源安全并網(wǎng)、高效消納。
對(duì)于像江蘇、上海這種大型負(fù)荷中心地區(qū)，電力送入有兩大困難：城市和工業(yè)建筑用地密度很大，線路走廊緊缺，對(duì)新增輸電線路的功率密度要求很高;該地區(qū)已有多條特高壓常規(guī)直流密集饋入，其固有的換相失敗風(fēng)險(xiǎn)導(dǎo)致電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行壓力不斷增大。為此，國家電網(wǎng)公司創(chuàng)新性地提出了混合級(jí)聯(lián)、多落點(diǎn)的特高壓混合直流方案，白鶴灘送出特高壓工程(包括白鶴灘-江蘇、白鶴灘-浙江特高壓直流工程)也是世界上首個(gè)采用“混合級(jí)聯(lián)拓?fù)?rdquo;的特高壓直流輸電工程，通過將電流源型常規(guī)直流技術(shù)和電壓源型柔性直流技術(shù)進(jìn)行深度融合，首次實(shí)現(xiàn)了大容量和靈活可控的統(tǒng)一。
在方案中，送端換流站仍采用常規(guī)的電流源型換流器，受端采用電流源型換流器串聯(lián)多個(gè)電壓源型換流器，主要有三個(gè)優(yōu)勢(shì)：保留了常規(guī)直流的低成本、高功率密度、窄輸電走廊優(yōu)勢(shì);可利用柔性直流靈活并聯(lián)構(gòu)成多落點(diǎn)系統(tǒng)，兼顧蘇南地區(qū)多個(gè)負(fù)荷中心電力需求，緩解500千伏交流主網(wǎng)架的電力疏散壓力;可發(fā)揮柔性直流無換相失敗、功率高度可控等優(yōu)勢(shì)，提高蘇南電網(wǎng)電壓支撐能力，增強(qiáng)交流系統(tǒng)的穩(wěn)定性。
開發(fā)海上風(fēng)電
有利于減輕西電東送壓力
中國能源報(bào)：海上風(fēng)電漸成新能源發(fā)展的新趨勢(shì)，對(duì)構(gòu)建新型電力系統(tǒng)有何意義?海上風(fēng)電應(yīng)如何健康發(fā)展、安全送出?
賀之淵：個(gè)人認(rèn)為，海上風(fēng)電將在我國新型電力系統(tǒng)的構(gòu)建中扮演極其重要的角色。目前已出爐的沿海省(市)海上風(fēng)電規(guī)劃已超過1.5億千瓦，其中“十四五”規(guī)劃近0.6億千瓦。大規(guī)模海上風(fēng)能資源開發(fā)，可以推動(dòng)我國東部、南部沿海省份能源供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革，實(shí)現(xiàn)能源轉(zhuǎn)型。同時(shí)，海上風(fēng)電靠近東部負(fù)荷中心，開發(fā)海上風(fēng)電可以彌補(bǔ)我國能源分布與經(jīng)濟(jì)發(fā)展地區(qū)不平衡的缺陷，減輕西電東送通道建設(shè)的壓力，有利于我國電網(wǎng)整體的安全穩(wěn)定運(yùn)行。
柔性直流輸電技術(shù)是目前遠(yuǎn)海風(fēng)電送出的主流方式，該技術(shù)在歐洲已經(jīng)廣泛應(yīng)用于遠(yuǎn)海風(fēng)電接入，但我國還處于前期技術(shù)探索階段。如國內(nèi)的如東海上風(fēng)電場(chǎng)項(xiàng)目，其海上平臺(tái)體積超過30萬立方米，總重量超過2萬噸。國家電網(wǎng)公司中標(biāo)的德國海上風(fēng)電柔性直流送出工程，海上平臺(tái)的設(shè)計(jì)方案體積約10萬立方米，總重量約1萬噸，這在歐洲已是標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)。
因此，要推進(jìn)海上風(fēng)電發(fā)展，要解決三個(gè)方面的主要問題：一是要提升海上風(fēng)電系統(tǒng)的友好性、可靠性、穩(wěn)定性，突破海風(fēng)系統(tǒng)對(duì)電網(wǎng)的主動(dòng)支撐、電力電子寬頻域諧振抑制以及海風(fēng)多端互聯(lián)協(xié)同送出等關(guān)鍵技術(shù);二是必須開展輕型化、緊湊化設(shè)計(jì)，大幅降低當(dāng)前柔性直流換流平臺(tái)建造成本，同時(shí)考慮到海上風(fēng)電特殊的環(huán)境及地理位置，積極開發(fā)遠(yuǎn)程運(yùn)維和智慧診斷技術(shù)，實(shí)現(xiàn)平臺(tái)設(shè)備狀態(tài)的全面可控、可觀、可預(yù)測(cè);三是要積極探索新的海上風(fēng)電送出技術(shù)，目前國網(wǎng)智研院聯(lián)合風(fēng)機(jī)廠家、高校等單位正在共同開展直流風(fēng)機(jī)開發(fā)，采用全直流升壓并網(wǎng)從而進(jìn)一步提升海上風(fēng)電的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性。
中國能源報(bào)：除海上風(fēng)電外，國網(wǎng)智研院在新型電力系統(tǒng)建設(shè)中還將開展哪些工作?
賀之淵：目前國網(wǎng)智研院在先進(jìn)交直流輸電技術(shù)、高性能電工材料、網(wǎng)絡(luò)安全方面已走在行業(yè)前列，取得了多項(xiàng)擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的國內(nèi)首臺(tái)(套)、國際領(lǐng)先水平的研究成果，不僅實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)替代，且與跨國公司“同臺(tái)競(jìng)技”，如中標(biāo)5個(gè)歐洲柔直工程系統(tǒng)設(shè)計(jì)合同，開發(fā)出完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的交直流電纜用絕緣料，打破了陶氏化學(xué)、北歐化工等跨國公司壟斷。因此，面對(duì)新型電力系統(tǒng)建設(shè)的歷史機(jī)遇，國網(wǎng)智研院已具備有所作為、引領(lǐng)發(fā)展的基礎(chǔ)條件，下一步，將瞄準(zhǔn)未來電網(wǎng)發(fā)展前沿技術(shù)領(lǐng)域，強(qiáng)化關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)，深化科研機(jī)制改革，以先進(jìn)輸電技術(shù)為先導(dǎo)，帶動(dòng)我國能源技術(shù)、裝備由國產(chǎn)替代走向國產(chǎn)引領(lǐng)。
原文來自：中國能源報(bào)，由開關(guān)柜除濕器廠家賽普瑞電氣分享！