科技 新浪科技 創造12項世界第一,全球首個直流電網正式投運

創造12項世界第一,全球首個直流電網正式投運

新浪科技 2020-06-30 09:03

原標題:創造12項世界第一,全球首個直流電網正式投運

世界首個直流電網——張北可再生能源柔性直流電網試驗示範工程,在經過了168小時調試和試運行之後,於6月29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。

f5f8-ivrxcex5264773.jpg

張北柔直工程鳥瞰

「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,由於受交、直流輸電本身技術特性所限,直流輸電主要用於點對點、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佈,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,但由於「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,控制系統複雜」,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,可藉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」、靈活特徵,緣於它採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),與傳統直流採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併網消納難題的「金鑰匙」。

配製出這把「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。

8b38-ivrxcex5264774.jpg

±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。工程於2017年12月獲國家發改委核准,2018年2月開工建設。

工程採用我國原創、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:提出並攻克柔性直流組網技術,建成世界首個真正具有網路特性的直流電網;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。

424c-ivrxcex5265480.jpg

國網方面表示,張北柔直工程採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,「多點彙集」,「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於電網薄弱地區,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」。

 科技日報記者 瞿劍

來源:科技日報 國家電網供圖