支撐以新能源爲主體新型電力系統構建的(de)直流輸電技術展望
2021-12-17

要實現碳達峰、碳中和(hé)目标,能源是“主戰場(chǎng)”,電力是“主力軍”,作爲我國碳排放占比最大(dà)的(de)單一行業,電力行業減排進程将直接影(yǐng)響碳達峰、碳中和(hé)整體進程。2021年3月(yuè)中央财經委員(yuán)會第九次會議(yì)首次提出構建以新能源爲主體的(de)新型電力系統,爲電網企業把握新發展階段、貫徹新發展理(lǐ)念、構建新發展格局提供了(le)戰略指引。

在碳達峰、碳中和(hé)目标指導下(xià),初步測算(suàn)到2030和(hé)2060年我國新能源發電量占比将分(fēn)别超過25%和(hé)60%,新能源将逐步在電源結構中占據主導地位。随著(zhe)電力系統從可(kě)預測的(de)火電和(hé)水(shuǐ)電、相對(duì)穩定的(de)負荷,變爲出力難以預測的(de)風電和(hé)光(guāng)伏以及随機性更高(gāo)的(de)電動汽車、微網系統等新型負荷,電力系統實時(shí)平衡、電力保障将面臨巨大(dà)挑戰,系統調節資源需求增大(dà)。

爲建設以新能源爲主體的(de)新型電力系統,未來(lái)電網将形成“跨省區(qū)主幹電網+中小型區(qū)域電網+配網及微網”的(de)柔性互聯形态,實現新能源按資源禀賦因地制宜廣泛接入、多(duō)元化(huà)負荷用(yòng)能需求,電網作爲消納高(gāo)比例新能源的(de)核心樞紐作用(yòng)更加顯著。直流輸電是實現遠(yuǎn)距離大(dà)容量電力輸送、增強電網互聯靈活性和(hé)可(kě)控性、提升電網對(duì)新能源接納能力的(de)重要手段。

新發展階段直流輸電技術發展趨勢

随著(zhe)新型電力系統建設的(de)持續推進,直流輸電技術将在大(dà)規模清潔能源超遠(yuǎn)距離、跨區(qū)域、大(dà)容量傳輸,電網柔性分(fēn)區(qū),深遠(yuǎn)海上風電高(gāo)效送出,海量分(fēn)布式新能源消納和(hé)直流負荷接入等領域迎來(lái)新的(de)發展機遇。

在大(dà)規模清潔能源經濟高(gāo)效送出和(hé)柔性互聯方面,直流輸電以其快(kuài)速控制的(de)調節性能、大(dà)容量遠(yuǎn)距離送電等優點,将成爲推動雲南(nán)風光(guāng)水(shuǐ)打捆一體化(huà)直流送出、藏東南(nán)等大(dà)型綜合能源基地開發送出和(hé)深遠(yuǎn)海上風電集群大(dà)規模電源開發利用(yòng)的(de)重要手段。針對(duì)藏東南(nán)等清潔能源超遠(yuǎn)距離、跨區(qū)域、大(dà)容量傳輸需求,需進一步開展适應于超遠(yuǎn)距離、超高(gāo)海拔等直流輸電系統設計、設備研發等研究。針對(duì)遠(yuǎn)海風電開發,經濟高(gāo)效送出是海上風電進一步發展的(de)關鍵,需要開展海上風電直流組網技術、柔性中低頻(pín)輸電技術等經濟高(gāo)效的(de)輸電技術研究。柔性直流背靠背是實現電網柔性分(fēn)區(qū)互聯的(de)重要技術,可(kě)實現電網合理(lǐ)分(fēn)層分(fēn)區(qū),增強電網互聯靈活性和(hé)可(kě)控性。

在直流配用(yòng)電技術方面,随著(zhe)大(dà)量分(fēn)布式新能源、微電網和(hé)柔性負荷接入,配電網逐步進入具有電力電子化(huà)特征的(de)“交直流混合”時(shí)代,在交流配電網中嵌入柔性直流以實現分(fēn)布式電源和(hé)直流負荷接入,促進分(fēn)布式新能源消納,充分(fēn)滿足未來(lái)多(duō)樣化(huà)用(yòng)能需求,需要研究技術經濟性優的(de)緊湊化(huà)直流配電技術,解決大(dà)量分(fēn)布式新能源消納和(hé)城(chéng)市密集區(qū)解決線路走廊受限的(de)增容改造。

直流輸電技術發展展望

1、支撐大(dà)規模清潔能源傳輸的(de)超遠(yuǎn)距離、跨區(qū)域、大(dà)容量直流輸電技術

推動雲南(nán)風光(guāng)水(shuǐ)打捆一體化(huà)直流送出、藏東南(nán)等大(dà)型綜合能源基地開發直流送出,需要進一步研究超遠(yuǎn)距離、跨區(qū)域、大(dà)容量特高(gāo)壓直流輸電送端與受端電網系統接入方案及穩定特性,突破超遠(yuǎn)距離大(dà)容量特高(gāo)壓直流輸電控制保護技術、超高(gāo)海拔外絕緣和(hé)電磁環境設計技術和(hé)跨區(qū)域智能化(huà)運維技術,支撐重大(dà)示範工程建設。發展多(duō)種形式的(de)多(duō)端直流輸電系統,直流和(hé)交直流混合組網技術,直流電網故障高(gāo)速識别、隔離與恢複技術等,支撐電網靈活運行控制能力的(de)提升。

2、支撐大(dà)規模深遠(yuǎn)海風電經濟高(gāo)效送出的(de)新型直流輸電技術

開展海上風電送出新型直流彙集技術和(hé)柔性中低頻(pín)彙集送出、無常規電源支撐的(de)海上風電直流外送技術研究,爲大(dà)規模深遠(yuǎn)海風電送出提供經濟優選、安全穩定、綠(lǜ)色環保的(de)整體解決方案。海上平台型柔性直流輸電送出具有與陸上不同的(de)特點,需要适應海上換流站複雜(zá)嚴酷使用(yòng)條件,開展柔性直流輕型化(huà)換流平台設計研究,研發緊湊化(huà)、高(gāo)可(kě)靠性、免運維、環保型的(de)海上關鍵裝備和(hé)運維技術。

3、支撐大(dà)電網柔性互聯的(de)背靠背柔性直流技術

針對(duì)支撐廣東等聯網型柔直背靠背重大(dà)工程建設需要,研究電網背靠背柔性互聯異同步控制技術,提升柔性直流對(duì)電網的(de)支撐能力;結合電網對(duì)潮流調節的(de)不同應用(yòng)需求,研究新型區(qū)域電網主動潮流調節關鍵技術與裝備;面向柔性異步及交直流柔性并列結構,研究協同電壓控制、快(kuài)速故障隔離等高(gāo)動态的(de)控制保護技術;自主化(huà)研制高(gāo)可(kě)靠性柔性直流輸電核心裝備,實現工程示範應用(yòng)。

4、支撐分(fēn)布式新能源消納和(hé)直流負荷接入的(de)緊湊經濟型直流配用(yòng)電技術

面向分(fēn)布式新能源消納和(hé)多(duō)元用(yòng)戶負荷接入技術需求,在現有交流配電網中嵌入柔性直流,形成交直流混合配電系統,需要開展交直流混合配電系統規劃與評估方法,配電網柔性直流系統高(gāo)可(kě)靠、高(gāo)效率、技術經濟合理(lǐ)的(de)拓撲技術裝備與标準化(huà)方案研究。在負荷密集區(qū)的(de)城(chéng)市配電網難以滿足負荷的(de)增長(cháng),交流線路轉供能力不足,長(cháng)期處于重載運行狀态,利用(yòng)直流來(lái)進行增容改造是較好的(de)解決方案,但需要解決緊湊化(huà)和(hé)經濟性方面難題,研究直流配電緊湊化(huà)、模塊化(huà)、經濟型、差異化(huà)技術方案來(lái)進行增容改造。在部分(fēn)直流負荷占比較高(gāo)的(de)園區(qū)或區(qū)域,直接建設直流配用(yòng)電系統,利用(yòng)其潮流靈活可(kě)控、配電能力與供電可(kě)靠性高(gāo)等優勢,實現多(duō)能互補系統高(gāo)效接入。直流配電在新能源消納、增容改造方面具有技術優勢和(hé)靈活性,提升緊湊經濟性能将促進直流配電技術持續進步和(hé)規模化(huà)推廣應用(yòng)。

5、直流輸電基礎支撐技術

直流輸電技術已經實現諸多(duō)關鍵技術和(hé)設備突破,随著(zhe)基礎器件和(hé)關鍵技術的(de)提高(gāo),數字技術與傳統電力技術的(de)深度融合,可(kě)靠性和(hé)可(kě)用(yòng)性也(yě)在不斷提升。進一步開展直流關鍵設備和(hé)組部件國産化(huà)技術研究,實現先進半導體器件等直流主設備的(de)國産化(huà);開展直流主設備運行狀态評估與延壽技術研究,開展直流主設備數字化(huà)樣機與内特性可(kě)視化(huà)技術研究,建立内特性可(kě)視化(huà)系統,提出運行狀态評估及延壽方法,支撐直流系統可(kě)靠安全運行。

結語

直流輸電技術對(duì)推動構建以新能源爲主體的(de)新型電力系統将起主力軍作用(yòng)。南(nán)方電網公司将根據新型電力系統建設需求不斷深化(huà)直流輸電技術研究,爲大(dà)規模新能源高(gāo)效送出和(hé)消納、電網柔性互聯、海量分(fēn)布式新能源消納和(hé)多(duō)元用(yòng)戶負荷用(yòng)能需求等方面提供更有力的(de)支撐。(來(lái)源 北(běi)極星輸配電網)

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