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柔性直流输电和直流电网技术发展现状与挑战
日期:2015-02-12 08:24:59 | 来源:北极星电力网 | 点击率:2355
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     10月24日,国网智能电网研究院院长助理汤广福出席了由中国产业海外发展和规划协会主办的“中国电力国际合作论坛”的分论坛“智能电网及分布式发电国际合作论坛”,并就“柔性直流输电和直流电网技术发展现状与挑战”发表精彩演讲。
     以下是文字实录:
汤广福:很高兴有这个机会跟大家报告一下柔性直流输电和支流电网技术发展现状与挑战。
     现在大家都说可再生能源如果比例超过50%,德国、英国、欧盟在2050年,可再生能源的比例要达到80%,我们现在的电网行吗?现在的电网对可再生能源相对间歇式能源具有冲击性,我们现在的电网不是特别的友好,最好的技术,未来的输电技术是柔性直流和直流电网技术。
    第一,输电技术的发展历程。
     一百年前,交直流之争,交流战胜了直流,现在一百多年主要是交流的输送方式,但是交流电网越建越大,输送范围受限,输电走廊占用大,对新能源的接纳非常有限。
     直流输电发展了40多年,广泛应用于点对点远距离大容量输电,需要非常强的交流系统支撑,不宜构成多端,也不能构网。
     1999年出现了电压运行的叫柔性直流,这个技术是未来电网形态重要的发展方向,它非常容易构成多端、构成电网,所以这个技术,目前来说是新能源技术最友好的技术。
     我们看看这张表,交直流对比,现在的直流技术无功不存在,稳定性也很高,不存在不稳定,同步也不存在,输送距离理论上是无限的,分布式能源接纳是最友好的,特别是电压源的,这些恰恰都是交流输电的缺点,是根本固有的。现代直流技术它的故障上升率,电压变换难度,这些困难在五到十年都能够解决,现代直流技术克服了交流输电技术固有的这些缺点,它是未来发展的重要发展方向。
     我们想象一下直流输电技术,一种是传统直流和电压源的混合,受端不存在换向失败问题。还有是从发电到用电全部是直流,回到一百年前,一百年前技术不行,没有电离电子技术,现在有了这些技术,百年前的梦想都能成为现实。
     第二,柔性直流输电技术。
     柔性直流主要是基于IGBT新一代输电技术,改变了以前所有输电技术的特点,它可以独立运行,以前交流传输只能传输有功,而且线路充电无功,原来的直流只能传送有功,无功要进行无功补偿,本身的换流站,换流器能独立传输无功,所以有功和无功都能快速运行,而且独立可控。目前是远距离海上风电的唯一选择,传统直流不行,有换向失败的问题,交流充电无功不行,另外它可以构建多端和直流网络最佳的手段。无源、孤岛供电,大型城市供电,现在城市都是电线杆紧城,将来电线杆怎么都下地,直流一旦进入,一百公里都没问题,我们理想中的城中心就不需要建变电站了。
    柔性直流1999年发展到现在,技术发展很快,一直到2011年,前面都是ABB在发展这个技术,在拓扑的技术上,损耗上有很大的制约。ABB、西门子、阿尔斯通,中国从2009年开始启动一系列的研究,到目前来说,在中国的发展速度非常快,起步晚,但是起点很高。
    柔性直流的现状,1999年世界是第一条,2011年我国是第一条,截至2013年,已投运工程16条,最大的是40万,200千伏。但是现在启动在建的最小的是40万,就是说技术发展速度非常快。目前世界三端直流南澳的已经在运行,多端的世界上只有两条,舟山五端,美国三端。整个系统参数,目前已经投运的是这样的现状。
    我们国家从2006年开始启动基础理论,从起步到几万、几十万到百万的发展方式。我们国家建的第一条上海柔直,容量很小,是一个示范,亚洲第一条,世界上第一个模块化接入的,也是世界上低损耗的模块化技术,已经纳入了国际搭建风电接入的标准模式案例。我们已经建成了两个多端,一个是南澳三端,最大一端容量是20万,国家电网公司的舟山是五端,正负两百千伏,最大的一端是40万,舟山的总容量是100万,这是新能源和交直流混合良好的发展方式。
    现在在建的是厦门工程,这是世界上容量最大的,一千兆瓦,320千伏,主要是厦门岛供电,提高它的输送容量的比率,整个容量翻了好几倍,目前在建,预计在明年5月份要建成。今年在国际大电网会议上,中国的建设速度引起了很高的反响。
    第三,直流电网技术。
     跟前面说到的多端还不是一个概念,直流是真正构成网络。欧洲为了适合新能源,推出他雄心勃勃的计划,欧盟2012年形成了法案,欧盟的目标是2020年可再生能源要达到35%,以德国、英国为代表,2020年要达到80%,他雄心勃勃要再造电网,就是超级电网,相当于再造一个以直流电网为主的跨北欧、中东,风、太阳能、水,包括波浪能整个超级电网,这个已经变成了他的行动计划一步步在实施。
    这个是英国的案例,英国在深海,最远的近一百公里了。这是德国再造一个国内的主干网。为了配合这个,国际大电网组织已经成立了六个工作组,今年又将启动六个工作组,启动一系列的研究,我们国家相关科研单位,各项基金都在支持这方面开展研究。欧洲的超级电网整个计划的进程,预计在十年之内,至少有20条,他的电网初步就要建成了。目前我们也在跟踪这样的欧洲直流电网的建设,应该说可以看到他们这一块儿,每个柔直现在欧盟是补贴的,任何一条柔性直流工程的建设,在构网之前补贴10-15%,推动可再生能源并网。
    这是英国和挪威的一个案例,2015年到2018年点对点的,现在稍微有一年左右的滞后。第二阶段2018年到2020年,先构成多端。2020年到2022年,构成直流的网络。第四个阶段,再加上直流变压,国家之间全部采用海底电缆,柔性直流,从岸上再进行交流的转换。
     第四:发展趋势。
     未来发展趋势,未来整个发展,一个是器件水平,电力电子器件,另外就是推动了容量发展,目前在建最大的是输电工程正负两百千伏,五百兆瓦,这是最高电压等级,五百千伏,一千五百兆瓦,这个在规划,应该说整个容量,英国规划的是两千兆瓦,两百万,四百千伏或者五百千伏,以五百千伏为主干网架。
     对于我们国家来说,目前必须是强交流的支撑,强交、强直来支撑,这种常规来地域换向失败是根本性的,不可克服的,在未来的电力电子器件的发展,未来十年到二十年,可能对受端进行类似的改造,采用电压源,根本性用柔性直流解决换向失败问题。另外整个送端构建一个柔性直流的超级电网,由特高压送到东部。对于城市电网,像北京市的地图,近30个变电站,未来二三十年,变电站全部在七环外就可以了,不需要在城里建变电站,直流供电半径不存在距离问题。柔性直流的趋势,是多端直流的网络。
     面临的挑战,一个是基础理论,另外就是器件,容量、电压等级不断提升,碳化硅革命性的变革,这些都是未来电网面临的革命性的技术。还有就是拓扑技术,现在是电缆应用,拓扑系统有各种各样的组合方式,把容量、电压等级提升,能够在十年左右的时间,到二十年,能够替代现在的常规直流。柔性直流电缆现在ABB已经发布,525千伏,2600安培的直流电缆已经出来了,我们国家要紧追,我们也在欧洲院启动直流电缆的研究和开发。
     高压直流断路器,这个研发成功预示着直流电网可以开始构建,国网智研院今年年底200千伏,实现三个毫秒的断路器将研制成功,通过所有形式的实验,今年年底也要发布。
     另外就是系统可靠性,常规直流的可靠性已经经过几十年经验的实践,双极闭锁十年才允许一次,应该说柔性直流的可靠性远远达不到常规直流的可靠性,所以这都是未来的方向和机遇。
      总体来说,随着我国区域性新能源并网和消纳,海上资源的开发,城市电网的升级等方面,柔性直流技术是非常有效的技术手段。特别是可开断器件,直流电缆制造水平的不断提高,柔性直流将成为未来直流电网中最主要的输电方式。预计在未来十到十五年,世界范围内将有望建成以柔性直流为主,这主要在欧洲的超级电网,在未来十到十五年就会建成了。
谢谢各位专家!
 

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