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                12項世界第一!全球首個直流電網投運

                瀏覽次數: 日期:2020年7月1日 10:20

                世界首個直流電網——張北可再生能源柔性直流電網試驗示范工程,在經過了168小時調試和試運行之后,于629日正式投運。張北地區富集的可再生能源成功接入首都電網,2022年北京冬奧會所有場館實現奧運史上首次100%清潔能源供電有了保障,北京全市用電負荷的1/10也就此實現清潔化。

                “此前所有的電網都是交流電網。”國家電網有限公司有關負責人表示,由于受交、直流輸電本身技術特性所限,直流輸電主要用于點對點、遠距離、大容量電源外送,而不能組網;交流輸電則可以滿足常規電源送出和電網互聯需求,且成本低。

                以風電、光伏發電為代表的“隨機性、波動性、間歇性可再生能源的大規模接入,對傳統輸電方式提出了巨大挑戰”,按國網公司特高壓部主任王紹武的說法,可再生能源接入電網,“遇到原理性障礙”。

                對此,國網經研院直流中心主任樂波解釋,交流電網需要同時關注有功和無功平衡,功率流向是靠電網的自然阻抗特性分布,可控性差,不靈活;而直流輸電能夠平抑隨機波動的功率,保證負荷平穩供電,更適合大規模可再生能源接入,但由于“直流電流沒有過零點,直流斷路器、大容量換流閥等設備研發難度大,控制系統復雜”,在柔性直流技術成熟之前,“直流組網很難實現”。

                柔性直流(flexible)是20世紀90年代興起的以電壓源換流器為核心的新一代直流輸電技術。國網冀北電力建設部主任田生林用“一個完全可控的水泵”來比喻,它能夠精準控制水流的方向、速度和流量,從水源地準確地供水給用戶;某個水管壞了,可借助其他水管繼續供水,“這在傳統交流電網是不可想象的”。

                田生林分析,這一“柔性”、靈活特征,緣于它采用最先進的電壓源型換流器(VSC)和類似集成電路的全控器件(IGBT),與傳統直流采用類似開關的半控型晶閘管器件相比,“可控能力強、功率調節速度快、運行方式靈活”,能夠有效抑制交流電壓波動,減少功率波動對受端電網的影響,所以是破解新能源大規模并網消納難題的“金鑰匙”。

                配制出這把“金鑰匙”,卻不是一件容易的事情。王紹武指出,柔直技術在大規模可再生能源送出等場景的工業化應用,面臨組網技術空白、輸電能力受限、運行可靠性低等三大世界級技術難題,都極具挑戰性。

                張北柔直工程總投資125億元,新建張北、康保、豐寧和北京4座換流站,額定電壓±500千伏,額定輸電能力450萬千瓦,輸電線路長度666千米。張北、康保換流站為送電端,接入新能源,豐寧站為調解端,接入抽水蓄能,北京站為接收端,接入首都負荷中心。工程于201712月獲國家發改委核準,20182月開工建設。

                工程采用我國原創、領先世界的柔性直流電網新技術,創造了12項世界第一,在上述三大世界級挑戰上均取得突破:提出并攻克柔性直流組網技術,建成世界首個真正具有網絡特性的直流電網;將柔性直流的輸電容量提升至常規直流水平,攻克了制約我國柔性直流發展的關鍵核心問題;將柔性直流的可靠性提升至常規直流水平,使柔性直流輸電的大規模工業化應用成為可能。

                國網方面表示,張北柔直工程采用全新的柔性直流電網技術,獲得了超越新能源特性和常規輸電技術的高可控性,從根本上提高了電網對可再生能源的駕馭能力。大規模清潔能源可不依賴交流電網的有無和強弱,不需要傳統能源發電的支撐,直接孤島接入柔直電網。以柔直電網為中心,“多點匯集”,“多能互補”,“時空互補”,“源網荷協同”,實現可再生能源側自由“波動”發電和負荷側可控“穩定”供電,解決“純”清潔能源大規模消納難題。

                國家能源局介紹,全世界大量待開發的可再生能源都處于電網薄弱地區,張北的問題具有典型性。張北柔直工程的創新實踐,開拓了可再生能源大規模開發利用和友好消納的新道路。國家能源局副局長劉寶華表示,“未來我們還要建設更多、更高水平的柔性直流工程”。

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