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中国直流输电技术走出国门 电气设备核心器件还需加强

2018-07-19 15:30来源:/

原标题:中国直流输电技术走出国门 电气设备核心器件还需加强

近十年来,中国直流输电技术发展极快。“目前国内外有100多个直流工程,近50%在中国;另外,还规划了50多项直流工程,70%将会建在中国。可以说,中国的特高压直流输电技术已领先全世界。” 清华大学能源互联网研究院院长曾嵘在第十四届交直流输电国际会议上表示。

我国是个能源大国,然而能源资源与电力需求呈逆向分布,65%的水电资源集中在西南地区,80%以上的陆地风能资源和太阳能资源集中在西部、北部地区,而70%以上的电力消费集中在东中部地区,可再生能源基地距离负荷中心1000~5000千米。随着全球经济的快速发展,未来我国将更加鼓励使用清洁能源,这就要发展利用大规模可再生能源发电。因此,远距离、大容量直流输电工程得以迅速发展,也必将在智能电网建设进程中发挥着重要作用。

直流输电技术在多领域的应用 前景被看好

在交流电占据了前100年里绝大部分市场份额后,后100年的发展是令人期待的直流输电?

在实际应用中,电压等级覆盖从高压、中压到低压直流;应用范围也是越来越广泛。

(一)直流输电技术促进新能源消纳

曾嵘讲到,“四川是清洁能源大省,本地负荷相对不多,就需要把电送到东北部的上海、浙江、江西、湖南等地,输送距离大概两千公里,用交流输电非常不经济,效率不高,损耗很大。所以,目前四川省的水电外送绝大部分是靠直流输电工程,包括未来几千万千瓦的水电开发项目,直流输电将在四川的水电消纳中起到重要作用。”

另外,随着电动汽车、轨道交通和led灯等直流电源的大量出现和快速发展,使得终端用户对直流配电的需求也日益显现。美国电力科学研究院博士ram adapa表示,“在美国,未来可能会看到更多的电动汽车,在中国和世界其他国家也是如此。”

分布式光伏+储能的进一步发展促进了家庭储能模式的开展,未来,在某些情况下(配网升级)直流配电网的经济性要优于交流网络。

(二)直流电网技术在能源互联网中的应用前景

当前,我国能源系统正面临能源革命,其中,能源互联网是能源系统的主体组成,伴随能源系统的清洁化发展,增量能源将以清洁能源为主,且主要配置方式以电为主,能源互联网的主线就是大规模可再生能源消纳和高效利用,提高能效。

然而我国可再生能源和负荷分布不均匀,能源需要远距离、大容量传输。特高压直流适于跨省跨区远距离输电;特高压直流功率跟随新能源功率波动调整在技术上是可行的,具有较好的经济性和节能减排效益。保守估计,区域能源互联网的应用能够把能源的利用效率很有可能从40%提到70%,未来的验收标准是希望能源效率做到90%以上。

通过发展特高压直流输电,可以将西部省区的电力资源优势转化为经济优势,改变东西部能源与经济不平衡的状况,加快能源结构调整,促进东西部地区经济协调发展。

中国直流输电技术走出国门 核心设备还需加强

我国在特高压直流规划设计、试验研究、技术装备、工程建设和运行管理等方面持续创新发展,并在国内国际上全面推广应用,输送容量和输送距离不断提升,先进性、可靠性、经济性和环境友好性得到了全面验证,成为中国对外输出的又一“名片”。

国家电网公司成功中标巴西美丽山水电送出±800千伏直流一、二期项目;随着全球能源互联网建设和发展,我国还将关注智利、阿根廷、印度等可再生能源丰富的地区;加强与中国周边国家,如韩国等的电网互联互通直流工程。将积极带动国内主设备厂商,南瑞集团、西电集团、平高集团以及国内其他厂家走出去战略,让国产高端电力装备更上一个台阶。

直流输电的发展与换流技术(特别是高电压、大功率换流设备、电力电子技术)发展紧密相关。然而,目前我国在一些电气设备的核心部件仍然依靠进口,甚至有的核心部件一年进口就超过15亿美元。所以,我国电气设备技术之路还任重而道远,未来我国直流输电科研主攻方向有以下几点:

一是电网的安全可靠性,电网在运行特性及对保护的要求上面,直流输电系统对快速切除故障的要求更高。直流输电作为电力系统潮流的巨型载体,它在电力系统稳定运行中的影响不可忽视。这就要求直流控制保护在保护原理和定值设计时兼顾直流输电设备本体和系统运行安全可靠性的要求。

二是iget电力电子器件芯片。igbt器件作为电压控制型器件,具有容量大、损耗小、易于控制等优点,可使换流器拓扑结构更加简单、损耗更小,因此成为高压柔性直流输电领域核心器件。这部分我国基本依赖于进口,如abb等。曾嵘表示,未来我国应该在小、精、尖的产品上下足功夫。随着直流芯片、电子元器件等产品的国产化逐步成熟,直流系统的造价将进一步降低。

三是直流断路器。在直流系统中,由于直流电流不像交流电流一样存在自然过零点,其开断技术一直是研究的热点和难点;另外,直流输电具有大容量、远距离输送的特点,因此,对直流断路器的要求更高。

四是环保型气体绝缘开关设备的研制。在本次会议中,瑞士联邦理工学院christian franck讲到,“目前在高压系统来看,主要以sf6为主的绝缘气体,主要是从安全性来讲,然而随着气候变暖,sf6增温效果的co2的23000倍,相当于全球每年8000吨的碳排放,且在大气会长期存在,污染环境。”因此,在直流输电系统中,环保型气体绝缘开关也将成为研发重点之一。

随着电力系统结构变化和相关技术更新,电气设备企业应持续提升自主创新能力,研发出更好地适应新型电网结构的电气装置,为促进能源转型,建设坚强智能电网保驾护航。

(来源:北极星输配电网 作者:ming)

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