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全球能源互联带来电网技术装备大升级

http://www.electric.hc360.com2016年01月20日13:10 来源:慧聪电气网T|T

  全球能源互联网相当于“特高压电网+泛在智能电网+新能源”,可提高电网对大规模清洁能源发电和并网的间歇性、波动性的兼容能力,实现全球能源的时差互补、季节互补及地域互补,是全球能源需求、环境污染、气候变化等问题的根本解决方案。

  构建全球能源互联网,将给我们的电网技术和装备带来极大挑战。

  全球能源互联网将电网范围从国家和地区扩大到覆盖全球,需要发展更高电压、更远距离的输电技术,研制更大容量、更低损耗的智能装备,解决极端气候条件给电工材料及电力装备带来的适应性问题,实现全球范围的能源供给和调配。

  构建全球能源互联网,关键要在电源技术、电网技术、大容量储能技术、信息通信技术等领域实现技术创新突破,多方位提高相关技术水平和装备水平。

  国家电网公司已经在特高压交直流电网、智能电网技术与装备方面进行了成功的探索与实践。目前,国家电网公司已投运4条特高压直流工程,初步实现了西部可再生能源向中东部负荷中心的远距离输送,并投运和在建特高压交流工程6条,输送距离达7379.4千米,变电容量达10200万千瓦。另外,国家电网公司在特高压换流阀、换流变压器、特高压串联补偿装置、特高压交流变压器和断路器、可控高压并联电抗器等方面都有所建树,还攻克了直流电流无自然过零点的“百年电力技术难题”,成功研制出世界参数水平最高的直流断路器样机……这些技术研究与革新,都为构建全球能源互联网奠定了坚实的基础。

  依托国家电网公司在特高压交直流输电和智能电网技术的成功实践,围绕构建全球能源互联网的需求,对未来电网技术和装备的发展进行展望,主要集中在四个方面:首先,发展更高电压、更大容量的直流输电技术。在特高压直流输电方面,应开展±1100千伏及以上换流阀和换流变压器研制,提升直流输送容量至12吉瓦以上,输送距离超过4000千米;研制基于SiC器件的直流换流阀和直流场设备,进一步降低输电损耗、提升传输效率。

  其次,开展构建直流电网的系统性研究。在柔性直流及直流输电方面,应研究更高电压等级的功率器件、更新型的拓扑结构、更高等级的模块化控制电平、纳秒级的能量均衡控制,以解决全球能源互联网中的大型能源基地并网和常规直流输电固有的换相失败问题。

  我国直流电网构建可以提出一种大胆假设:构建LCC-VSC混合直流电网和新能源直流电网并存的一种模式,即构建陆地风、水、火电等各种能源VSC直流电网,多馈入区域LCC直流电网,点对点直流系统,小型陆地新能源直流系统,海上风电直流电网等网络系统,并相互交叉联接,形成一个区域间可交流的灵活电网。

  高压直流断路器技术值得关注。随着柔性直流输电系统容量和电压等级的不断攀升,直流断路器也将向高电压、大电流和更快速分断方向发展;从应用场合来看,高电压、大电流直流断路器可应用于直流输电网络重构及洲际互联等。

  直流输电的另一个关键部件——高压大容量DC/DC变换器则应向着模块化、小型化和低损耗发展,主要涉及谐振、斩波和软开关等关键技术,最终可应用于直流输电网络互联、风机直流组网及直流配网构建。

  再次,开发新型电力电子器件,推进电网的半导体化。在器件和新材料等基础支撑技术方面,为满足未来电力电子装备对电力电子器件的需求,器件应向着更高电压、更大容量、更高效率、更高结温发展。比如应重点开发压接型硅基IGBT器件、全控型SiC器件,并考虑在海底和地下柔性直流输电工程应用±800千伏及以上直流电缆和附件,降低输电损耗,并重点开展直流GIL绝缘子电荷特性及性能优化研究和极寒地区电网用结构钢材特性变化、线路外绝缘材料机械及放电特性研究。

  另外,研发新型储能技术,提升能源的大时空调配能力。高温度、大容量、高转化效率的规模化储能技术是实现全球能源互联网清洁替代、电能替代的关键。有两种技术值得研究,其一是氢储能技术,波动性新能源电力制氢,可实现清洁电力到清洁气体能源的大规模存储和高效利用,转化效率高,且具备商业化前景;另一种是相变储热技术,它能促进能源互联网用户侧电能替代、清洁替代,提高负荷可控性,提升电网削峰填谷、需求侧管理水平,提高能源互联网对多种能源形式的大时空优化配置能力。

  展望未来,随着电力电子器件、电工材料及电网装备的发展,有理由相信,未来电网技术与装备完全可以支撑全球能源互联网的构建。

责任编辑:王慧霞

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