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柔性直流:新能源并网的明星技术

北极星输配电网  来源:中国电力报  作者:林庆  2017/3/1 12:58:05  我要投稿  

北极星输配电网讯:截至2016年底,我国风电和太阳能并网装机容量分别达到1.47亿千瓦和7800万千瓦,均居世界首位。我国风电和光伏等可再生能源一跃而起成为我国能源转型的重要引擎之一。然而,事实证明,传统技术联网在面对可再生能源接入时似乎显得并不“给力”。太阳能、风能等可再生能源由于必须依赖输电网架构才能实现大规模开发和远距离输送更加剧了其局限性,而采用交流输电技术或传统的直流输电技术联网则显得很不经济。那么,问题来了……如何解决可再生能源入网难的问题?如何提高可再生能源的使用效率?又如何破解清洁能源发展的瓶颈?在张北这片区域,我们或许可以找到部分答案。2月8~9日,国家电网公司张北可再生能源柔性直流电网示范工程(简称:“张北柔直电网工程”)设计启动会在京召开。这个曾经“坝上一阵风,从春刮到冬”的张北地区在得到柔性直流输电技术的支持后,势必更加备受瞩目。

输电技术新生代输电中的“战斗机”

张北柔直电网工程作为世界首个柔性直流环网工程,其柔性直流电网送出方式实现了风、光、储多能互补,这对于河北张家口地区的新能源送出和北京市接纳新能源电量十分必要。更深层次地说,对于我国能源生产和消费革命起到了科技引领示范作用。

在这项国家级电网示范工程项目中,着重要提到的一款“明星”技术———柔性直流输电技术。得益于其快速灵活的可控性、高度的紧凑性以及优良的环境适应性,使得大规模可再生能源高效接入。除此之外,该项技术还可提供适应性更强的接纳、传输模式,提高电网大规模远距离输电能力,将为新能源的高效利用及电网发展带来革命性的变化,在未来必将是推进能源结构转型和实现大范围能源互联的重要手段。国网智能电网研究院副院长汤广福就曾表示:当前,我国发电方式发生了变革,可再生能源比例加大。未来,全球能源互联网可大规模接入可再生能源。因此,柔性直流输电技术是必不可少的。

正是这款高端、先进、上档次的输电技术将不稳定的清洁能源多点汇集,形成稳定可控的电源,并充分利用区域大规模风、光的互补特性与抽蓄的灵活调峰特性,打造灵活的能源交互平台,解决清洁能源“并不上”、“送不出”、“难消纳”三大问题。它如同一体化输电“战斗机”必将在未来电网形态发展的蓝天形成主导。

示范样板建成单端容量最大工程

柔性变电站、奥运低碳综合配套智能电网……张北地区未来的规划就是在“追风逐日”中,依托风能和太阳能打造新能源互联网的“样板间”。张北柔直电网工程输电线路以张北站、康保站、丰宁站三个±500千伏送端柔性直流换流站和北京站±500千伏受端柔性直流换流站共4个柔性直流换流站为依托形成直流环网,分9段线路,全线路径总长度618.7千米。

围绕高压大容量及直流构网的应用需求,该项目将自主研制满足±500千伏、300万千瓦柔性直流电网工程的换流阀样机,构建不低于4000独立节点的阀控系统实时闭合数字仿真测试平台,建设多能源互补交直流协调控系统。

张北柔直电网工程汇集了大规模风电、光伏、储能、抽蓄等多种形态能源的输送方式,电压等级±500千伏、单端容量更是达到世界最大的300万千瓦。

通过两端300万千瓦换流站汇集张北地区的风电,另一端150万千瓦换流站接入当地抽水蓄能,并通过一端300万千瓦换流站接入北京电网,每年可为北京地区提供26亿千瓦时的清洁能源,同时还可有效缓解张北地区高比例可再生能源的高效接纳和外送问题,预计可减少因弃风、弃光造成的经济损失达3亿元以上,并将提高可再生能源电力占京津冀电力消费比重,服务低碳奥运专区建设。

会师张北技术支撑能源结构转型

由于张北柔直电网工程的核心技术和关键设备均为国际首创,且汇集了多种形态能源输送方式,其前期的勘测设计任务可谓是举足轻重。原始创新难度大,各相关单位需全面梳理工程建设的关键技术和核心问题,达到深度融合。

2月6日,中国能建中国电力工程顾问集团、浙江省电力设计院、江苏省电力设计院、安徽省电力设计院等单位集体中标张北柔直电网工程多项勘测设计任务。中国能源建设集团这次可谓集而成团,聚而发力,奏响新一年“开门红”的乐章。

除此之外,中国电建河南省电力勘测设计院、国家电投国核电力规划设计研究院等多家单位也中标相关标段。

群英荟萃齐争艳,各家单位虽然承担标段不同,但本着万变不离其宗,再难再复杂的工程也有其不变规律的态度,他们以工匠精神做勘设,彰显出信心与能力。

其中,中国能建浙江院中标张北柔直电网工程换流站设计分标包1———张北换流站勘察设计。张北换流站包括直流和交流两部分,直流部分建设1座换流站,安装2台150万千瓦柔性直流单元,交流部分本期新建500千伏出线1回,220千伏出线12回。

中国能建江苏院中标张北柔直电网工程直流线路包5———丰宁换流站—赤城县曹家村勘测设计。同时该院还承担了全线的防雷接地专题研究报告。由于柔直系统对线路可靠性要求极高,该工程还首次采用全线同塔架设金属回线的技术方案,又有单、双回路的不同组合,防雷接地设计是一个全新的挑战。

中国能建中电工程东北院中标张北柔直电网工程包8标段设计任务。目前,该院对于金属回路线的型式选择、导线与金属回流线的布置方案以及导线对金属回线的电磁影响已开始进行可研资料的梳理、消化。

中国能建安徽院中标张北柔直电网工程线路部分包1———张北—康保换流站的勘测、设计任务。该院目前已成立工程设计项目组,正着手在初设阶段提前开展现场踏勘、收资、协议办理等工作,针对优化路径的重点和难点,尽可能地降低线路建设对当地有关设施的影响。

中国电建河南省电力勘测设计院中标张北柔直电网工程输电线路勘察设计包3标段,项目的中标填补了该院±500千伏直流输电线路设计的空白,也是该院首次涉足柔性直流输电领域。

国核电力规划设计研究院中标包6———赤城县曹家村—京新高速北侧双回路分界塔段线路工程设计,这是该院在柔性直流工程设计领域的巨大突破。

“探讨构建全球能源互联网,推动以清洁和绿色方式满足全球电力需求”是我国在联合国发展峰会的倡议。而柔性直流输电技术正是构建智能电网和全球能源互联网最具特色的技术之一。

“会师张北”所取得的创新成果,必将给输电方式和电网架构带来重要的变革,为我国电网技术升级、能源结构转型提供重要技术支撑,也为实现全球能源互联、落实“一带一路”战略规划奠定坚实基础

原标题:柔性直流:新能源并网的明星技术

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