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◎ 科技日報記者 瞿劍
世界首個直(zhi)流(liu)電網——張(zhang)北可再生能源(yuan)柔性(xing)直(zhi)流(liu)電網試(shi)驗示范(fan)工程,在經過(guo)了168小時調試(shi)和(he)試(shi)運行之后,于(yu)6月29日正式投運。
張(zhang)北(bei)地區富集的可再生能源成功接入首都電(dian)網,2022年北(bei)京冬奧會所有(you)場館(guan)
實現奧運史上首(shou)次100%清潔能源供電有了保障(zhang),北(bei)京全市用電負荷的1/10也就(jiu)此實現清潔化(hua)。
張北柔直工程鳥(niao)瞰
“此前所有(you)(you)的(de)電(dian)網都是交(jiao)流(liu)電(dian)網。”國家電(dian)網有(you)(you)限公司有(you)(you)關負責(ze)人表(biao)示(shi),由于受(shou)交(jiao)、直流(liu)輸電(dian)本身(shen)技(ji)術特(te)性所限,直流(liu)輸電(dian)主要用于點對點、遠距離、大容量電(dian)源(yuan)外送,而不能組網;交(jiao)流(liu)輸電(dian)則可以滿足常規電(dian)源(yuan)送出和電(dian)網互聯需求(qiu),且(qie)成本低(di)。
以(yi)風(feng)電(dian)、光伏發電(dian)為(wei)代表的(de)“隨機性(xing)(xing)、波動性(xing)(xing)、間(jian)歇性(xing)(xing)可再(zai)生能源的(de)大規(gui)模(mo)接入(ru),對傳統(tong)輸(shu)電(dian)方(fang)式提出(chu)了巨大挑(tiao)戰”,按國網公司特(te)高壓部主(zhu)任王紹武的(de)說(shuo)法,可再(zai)生能源接入(ru)電(dian)網,“遇到原理(li)性(xing)(xing)障(zhang)礙(ai)”。
對此,國網經研院直流中(zhong)心主任樂波(bo)解釋,交流電(dian)網需(xu)要同時關(guan)注有(you)功(gong)(gong)和無功(gong)(gong)平衡,功(gong)(gong)率流向是(shi)靠電(dian)網的自然阻(zu)抗特性(xing)分布,可(ke)控(kong)性(xing)差,不(bu)靈活;而(er)直流輸電能夠(gou)平(ping)抑隨機波動(dong)的(de)功率,保證負荷平(ping)穩供電,更適合大(da)規模可再生(sheng)能源接入(ru),但(dan)由(you)于“直(zhi)流(liu)電流(liu)沒有(you)過零點,直(zhi)流(liu)斷(duan)路器、大(da)容量換流(liu)閥等設(she)備(bei)研發難度大(da),控(kong)制系統復雜”,在柔性直(zhi)流(liu)技術成熟之前,“直(zhi)流(liu)組網(wang)很難實現”。
柔性直流(flexible)是(shi)20世紀(ji)90年代興起的(de)(de)以(yi)電(dian)壓源換流器為核(he)心(xin)的(de)(de)新一代直流輸電(dian)技術(shu)。國網冀(ji)北電(dian)力建設部主任田(tian)生林用“一個完全可控(kong)的(de)(de)水泵”來比喻,它(ta)能夠精準控制水(shui)流的方向(xiang)、速度和流量(liang),從水(shui)源(yuan)地(di)準確地(di)供(gong)水(shui)給用戶;某個水管壞了,可借助(zhu)其他(ta)水管繼(ji)續(xu)供水,“這在傳統交流(liu)電網是不(bu)可想象的”。
田生林(lin)分析,這一“柔(rou)性”、靈活特征,緣于它采(cai)用最先進的(de)電壓(ya)源型換流器(qi)(VSC)和類似集(ji)成電路的(de)全(quan)控(kong)器(qi)件(jian)(jian)(IGBT),與傳統(tong)直(zhi)流采(cai)用類似開(kai)關的(de)半控(kong)型晶閘管器(qi)件(jian)(jian)相比,“可控(kong)能(neng)力強、功(gong)率調節速度快、運行方式靈活”,能(neng)夠有效抑制交流電壓(ya)波動(dong),減少功(gong)率波動(dong)對受端(duan)電網的(de)影(ying)響,所以是破解新能(neng)源大規(gui)模并網消(xiao)納難題的(de)“金鑰匙”。
配制出這把“金鑰匙”,卻不是一件容易的事情。王(wang)紹武指出,柔直技(ji)術(shu)在(zai)大規模可(ke)(ke)再生能源送(song)出等場景(jing)的工(gong)業化(hua)應用,面臨組(zu)網技(ji)術(shu)空白、輸電能力受限、運行可(ke)(ke)靠性(xing)(xing)低等三大世界級技(ji)術(shu)難題,都極具挑(tiao)戰性(xing)(xing)。
±500千伏康保換流站施工現場,施工人員正在吊裝橋臂電抗器。
張北(bei)(bei)柔直工(gong)程(cheng)總(zong)投資125億元,新建張北(bei)(bei)、康保(bao)、豐寧(ning)和北(bei)(bei)京4座換流站(zhan),額定電(dian)壓(ya)±500千(qian)伏(fu),額定輸電(dian)能力450萬千(qian)瓦,輸電(dian)線路(lu)長度666千(qian)米。張北(bei)(bei)、康保(bao)換流站(zhan)為送(song)電(dian)端,接(jie)(jie)入(ru)新能源,豐寧(ning)站(zhan)為調解端,接(jie)(jie)入(ru)抽(chou)水蓄能,北(bei)(bei)京站(zhan)為接(jie)(jie)收端,接(jie)(jie)入(ru)首都負荷中(zhong)心。工(gong)程(cheng)于2017年(nian)12月(yue)(yue)獲國家發改委核準,2018年(nian)2月(yue)(yue)開(kai)工(gong)建設(she)。
工程采用我國原創、領先世(shi)界的柔性(xing)直流電網新技術,創造了12項世(shi)界第一,在(zai)上述(shu)三(san)大世(shi)界級(ji)挑戰上均取得突破:提(ti)出并攻克柔性(xing)(xing)直(zhi)流(liu)(liu)組網技術(shu),建(jian)成(cheng)世界首個(ge)真(zhen)正具(ju)有網絡特性(xing)(xing)的(de)直(zhi)流(liu)(liu)電(dian)網;將柔性(xing)(xing)直(zhi)流(liu)(liu)的(de)輸電(dian)容(rong)量(liang)提(ti)升至(zhi)常規直(zhi)流(liu)(liu)水平(ping),攻克了制(zhi)約我國柔性(xing)(xing)直(zhi)流(liu)(liu)發展的(de)關鍵核(he)心問題;將柔性(xing)(xing)直(zhi)流(liu)(liu)的(de)可靠性(xing)(xing)提(ti)升至(zhi)常規直(zhi)流(liu)(liu)水平(ping),使柔性(xing)(xing)直(zhi)流(liu)(liu)輸電(dian)的(de)大規模工業化應用成(cheng)為(wei)可能。
國網(wang)(wang)方面表示,張北柔(rou)直工(gong)程(cheng)采用全新(xin)的(de)(de)柔(rou)性直流電網(wang)(wang)技(ji)術(shu),獲得了超(chao)越新(xin)能(neng)(neng)(neng)源(yuan)(yuan)特性和(he)常規(gui)輸電技(ji)術(shu)的(de)(de)高(gao)可(ke)控性,從根(gen)本(ben)上(shang)提(ti)高(gao)了電網(wang)(wang)對可(ke)再生能(neng)(neng)(neng)源(yuan)(yuan)的(de)(de)駕馭(yu)能(neng)(neng)(neng)力。大規(gui)模清潔能(neng)(neng)(neng)源(yuan)(yuan)可(ke)不依賴交流電網(wang)(wang)的(de)(de)有無(wu)和(he)強弱,不需要傳統能(neng)(neng)(neng)源(yuan)(yuan)發(fa)電的(de)(de)支撐,直接孤島接入柔(rou)直電網(wang)(wang)。以(yi)柔(rou)直電網(wang)(wang)為中心,“多(duo)點匯集”,“多(duo)能(neng)(neng)(neng)互補”,“時(shi)空互補”,“源(yuan)(yuan)網(wang)(wang)荷協(xie)同”,實現可(ke)再生能(neng)(neng)(neng)源(yuan)(yuan)側自(zi)由“波(bo)動”發(fa)電和(he)負荷側可(ke)控“穩定”供電,解決“純”清潔能(neng)(neng)(neng)源(yuan)(yuan)大規(gui)模消納難題。
國家能(neng)源局介(jie)紹,全世界大量(liang)待(dai)開發的(de)可再(zai)生能(neng)源都處于電網薄弱地區,張北的(de)問(wen)題具有(you)典(dian)型性。張北柔(rou)直工程的創新實(shi)踐(jian),開(kai)拓了可(ke)再生能源大規模開(kai)發利用和(he)友好消納(na)的新道路(lu)。國家能源(yuan)局副局長劉(liu)寶華(hua)表示(shi),“未(wei)來我們(men)還要建(jian)設更(geng)多(duo)、更(geng)高水平的柔(rou)性直流工程(cheng)”。
來源(yuan):科技日報 國家(jia)電網供圖(tu)