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未来我国直流电网的技术和建设将快速发展

随着未来跨区电力流规模的进一步增大,我国主干输电网将会有何种技术方案呢?对此,中国科学院院士周孝信在日前召开的第三届中国电力发展和技术创新院士论坛介绍:“从现在至2030年的中期阶段,我国输电网将延续目前发展的基本形态,将保持超/特高压交直流输电网模式。从2031年到2050年的远期阶段,技术发展的积累和突破对输电网模式将有可能产生较大的影响,有望实现向多端高压直流输电网(超导或常规导体)模式的转型。”
直流特高压攻关新目标
记者从该论坛获悉,随着晋东南—荆门1000千伏特高压交流试验示范工程、向家坝—上海±800千伏特高压直流示范工程等多个特高压项目的投运和稳定运行,发展特高压在业界已形成广泛共识。目前,国家电网公司正致力于巩固和扩大特高压领域的技术领先优势,重点开展±1100特高压关键技术、柔性交流和多端直流输电技术、紧凑型超小型元器件等尖端技术攻关。同时,开发新型高压直流断路器和限流器,实现超大型输变电设备现场模块化组装,保证特高压项目的优质高效建设。
数据显示,2011年12月晋东南—荆门1000千伏特高压交流试验示范工程扩建工程投运,最高输送功率达578万千瓦,额定输送能力500万千瓦,创造了世界交流输电的新纪录;2010年7月,向家坝—上海±800千伏直流示范工程投运,额定输送容量640万千瓦;2012年12月,四川锦屏—江苏苏南±800千伏直流输电工程投运,额定输送容量720万千瓦,这也是目前世界上容量最大、距离最长、电压等级最高的直流输电工程。
“正在建设的哈密南—郑州、溪洛渡—浙江金华±800千伏直流特高压工程的输送容量将达到800万千瓦。”国家电网公司总经理刘振亚表示,“未来通过将额定电流由5千安提升到6.25千安,±800千伏特高压直流工程额定输送容量可达1000万千瓦,±1100千伏直流工程额定输送容量可达1375万千瓦,交流侧分层接入500/1000千伏交流电网,以减少双极闭锁的冲击。”此外,目前国网正系统研究交直流互联电网特性和大电网多端馈入、分层接入等运行机理。
直流电网建设将提速
据了解,在没有难以逾越的地理、政治、技术障碍的情况下,交流往往是占主导地位的联网方式,如美国、欧洲、俄罗斯电网的发展均是以交流为主,构建了大型互联同步电网。但随着广域交流大电网的形成,交流电网的技术问题也不断涌现,如同步问题、稳定性问题、输电距离问题等。同时,交流输电技术存在着一些无法克服的固有缺陷,如存在无功功率、稳定性较低、不适合分布式电源接纳等。
相比之下,现代直流输电技术客服了交流输电技术的一些固有缺陷。而且,随着电力电子等技术的发展,制约现代直流输电发展的主要技术难题,有望在未来3—10年内得到解决。
国网能源研究院副总经济师白建华指出:“随着未来跨区电力流规模的进一步增大,对送受端电网的资源配置能力和协同运行平台功能都提出了更高的要求,要求送受端电网覆盖面积更大、网架更加坚强、动态平衡能力和安全稳定水平进一步提升。”在这种情况下,未来我国直流电网的技术和建设势必将快速发展,强交强直的交直流互联电网将成为我国电网架构的基本形态。
对于直流电网的定义,国网智能电网研究院研究员汤广福介绍:“具有先进能源管理系统的智能、稳定的交直流混合广域传输网络,在网络中不同客户端、现有输电网络、微电网和不同的电源都可以得到有效地管理、优化、监控、控制和对任何问题进行及时地响应。它能够整合多个电源,并以最小的损耗和最大的效率在较大范围内对电能进行传输和分配。”
由于直流电网在应对大规模分布式电源、平衡区域功率波动等方面的优势,许多国家和地区都在加快研究解决直流电网的关键技术、设备,并作出了相关规划。如美国在未来20年,计划建设60多条柔性直流输电线路,形成与现有交流电网并存的网架结构;到2025年,英国国家电网将在东海岸和北海区域规划建设数十个大型海上风电场,以及近50条柔性直流输电工程,构成柔性直流输电网络。
在我国,2011年7月,上海南汇柔性直流示范工程投运,这是亚洲首条柔性直流输电工程,拥有完全自主知识产权,整体技术达国际先进水平,部分技术国际领先。目前,浙江舟山正在开展世界上首个5端柔性直流输电工程的建设,该工程将于2013年进入工程实施阶段,计划于2014年投运,同时规划在此基础上,可分阶段开展直流电网示范工程建设。
汤广福说:“特高压交直流输电技术是解决我国远距离大容量电能输送问题的有效手段,但对于我国区域性新能源的并网和消纳问题,多端直流和直流电网技术将是有效补充。随着可关断器件、直流电网制造水平的不断提高,柔性直流输电将会成为直流电网中最主要的输电方式。”