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張北可再生能源接入首都電網(wǎng) —突破交直流輸電“原理性障礙”

2020年6月30日

世界首個直流電網(wǎng)——張北可再生能源柔性直流電網(wǎng)試驗示范工程

,在經(jīng)過了168小時調(diào)試和試運行之后
,于6月29日正式投運。張北地區(qū)富集的可再生能源成功接入首都電網(wǎng)
,2022年北京冬奧會所有場館實現(xiàn)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(xiàn)清潔化。

“此前所有的電網(wǎng)都是交流電網(wǎng)

。”國家電網(wǎng)有限公司有關(guān)負責(zé)人表示
,由于受交
、直流輸電本身技術(shù)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(wǎng);交流輸電則可以滿足常規(guī)電源送出和電網(wǎng)互聯(lián)需求
,且成本低。

以風(fēng)電

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

對此

,國網(wǎng)經(jīng)研院直流中心主任樂波解釋,交流電網(wǎng)需要同時關(guān)注有功和無功平衡
,功率流向是靠電網(wǎng)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(wěn)供電
,更適合大規(guī)
?稍偕茉唇尤
,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(shè)備研發(fā)難度大
,控制系統(tǒng)復(fù)雜”,在柔性直流技術(shù)成熟之前
,“直流組網(wǎng)很難實現(xiàn)”

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(shù)。國網(wǎng)冀北電力建設(shè)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(xù)供水
,“這在傳統(tǒng)交流電網(wǎng)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(tǒng)直流采用類似開關(guān)的半控型晶閘管器件相比,“可控能力強
、功率調(diào)節(jié)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(wǎng)的影響
。所以是破解新能源大規(guī)模并網(wǎng)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(shù)在大規(guī)模可再生能源送出等場景的工業(yè)化應(yīng)用
,面臨組網(wǎng)技術(shù)空白
、輸電能力受限、運行可靠性低等三大世界級技術(shù)難題
,都極具挑戰(zhàn)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(diào)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2017年12月獲國家發(fā)改委核準,2018年2月開工建設(shè)

工程采用我國原創(chuàng)

、領(lǐng)先世界的柔性直流電網(wǎng)新技術(shù),創(chuàng)造了12項世界第一
,在上述三大世界級挑戰(zhàn)上均取得突破:提出并攻克柔性直流組網(wǎng)技術(shù)
,建成世界首個真正具有網(wǎng)絡(luò)特性的直流電網(wǎng);將柔性直流的輸電容量提升至常規(guī)直流水平,攻克了制約我國柔性直流發(fā)展的關(guān)鍵核心問題;將柔性直流的可靠性提升至常規(guī)直流水平
,使柔性直流輸電的大規(guī)模工業(yè)化應(yīng)用成為可能。

國網(wǎng)方面表示

,張北柔直工程采用全新的柔性直流電網(wǎng)技術(shù)
,獲得了超越新能源特性和常規(guī)輸電技術(shù)的高可控性,從根本上提高了電網(wǎng)對可再生能源的駕馭能力
。大規(guī)模清潔能源可不依賴交流電網(wǎng)的有無和強弱
,不需要傳統(tǒng)能源發(fā)電的支撐,直接孤島接入柔直電網(wǎng)
。以柔直電網(wǎng)為中心
,“多點匯集”,“多能互補”,“時空互補”
,“源網(wǎng)荷協(xié)同”
,實現(xiàn)可再生能源側(cè)自由“波動”發(fā)電和負荷側(cè)可控“穩(wěn)定”供電,解決“純”清潔能源大規(guī)模消納難題

國家能源局介紹

,全世界大量待開發(fā)的可再生能源都處于電網(wǎng)薄弱地區(qū),張北的問題具有典型性
。張北柔直工程的創(chuàng)新實踐
,開拓了可再生能源大規(guī)模開發(fā)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(shè)更多
、更高水平的柔性直流工程”。

來源(科技日報) 作者(瞿劍)

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