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無線測溫裝置--全球能源互聯網對直流輸電技術的重大需求

    能源是一個國家經濟社會發展的基石,是保障國家安全的命脈。人類社會的發展進步,對能源供給、能源結構、能源利用模式提出了新的要求。尤其是進入新世紀以來,化石能源短缺、環境污染嚴重和全球氣候變化等問題日益突出,使得規?;鍧嵞茉措娏鬏?、能源供需廣域平衡需求日益強烈。

    面對全球能源安全、環境污染和氣候變化的嚴峻挑戰,國家電網公司提出依托特高壓交流、直流和智能電網技術,發展“全球能源互聯網”的重大戰略,將能源放在全球經濟、社會、環境大格局下統籌發展,統籌全球能源資源開發、配置和利用,實施清潔替代、電能替代,建立以清潔能源為主導的新型全球能源開發、配置和利用體系,能夠極大促進可再生能源的開發和消納,將“一極一道”、各洲各國大型能源基地及各類分布式電源融為一體,增進國際區域間合作,促進世界和平發展,推動世界能源安全、清潔、高效、可持續發展。

    全球能源互聯網對直流輸電技術的重大需求

    大容量電能輸送與交換將是未來跨洲與跨國電網互聯的主要特點之一。根據需求分析,預計2050年,通過北極通道送出的電量規??蛇_3萬億千瓦時/年,赤道地區電量外送可達9萬億千瓦時/年,合計輸送電量占全球用電量需求的16%。同時,跨洲與跨國輸電通道一般長達數千公里,北極地區的喀拉海風電基地到中國華北地區的距離為4400千米左右;白令海峽風電基地到中國華北、日本和韓國的輸電距離在5000千米左右,而到美國西部負荷中心的距離也有4000千米左右。由此可見,發展輸送距離更遠、輸電容量更大、輸電效率更高的輸電技術是全球能源互聯網的必然趨勢。

    特高壓直流輸電技術(UHVDC)具有輸送距離遠、輸送容量大、損耗低、換流站占地面積小、輸電走廊小等特點,特別對于遠距離大容量的電量輸送,具有顯著的優勢。在構建全球能源互聯電網的過程中,特高壓直流輸電將主要用于大型能源基地超遠距離、超大容量電力外送和跨國、跨洲骨干通道建設。目前中國的特高壓交直流工程最大輸電距離超過2000公里、輸電容量達到800萬千瓦。隨著±1100千伏特高壓直流輸電技術的全面突破,輸電距離將超過5000公里,輸電容量達到1200萬千瓦。研究結果表明,采用±1100千伏特高壓直流輸電,不計跨國關稅,即使考慮較高的線路與換流站投資造價水平,送、受端間開發成本差達到每千瓦時0.042美元,經濟輸電距離即可達到5000公里。這個成本已經可以支撐全球各個大型清潔能源基地的遠距離經濟輸電需求。

    清潔替代是全球能源互聯網一個重要理念。至2013年,全球風電、光伏裝機容量分別為3.2億和1.4億千瓦,約占發電總裝機容量的5.6%和2.5%;預計到2020年,風電、光伏累計裝機將達到7.0億千瓦和4.9億千瓦。但與傳統水電和煤電不同,風電、光伏等能源發電具有間歇性、波動性、隨機性和不可儲存性等特點,風電出力特性則呈現明顯的反調峰特性,其大規模接入將對電網的接納水平、接納手段帶來重大挑戰。

    柔性直流輸電技術(VSC-HVDC)可提高風電等清潔能源的并網效率,緩解電壓波動對電網造成的沖擊,尤其是對于偏遠的陸地以及遠海風電場來說,具有顯著的技術優勢,是未來大規模清潔能源基地接入電網的重要技術手段。而基于柔性直流的直流電網技術,能夠在大范圍內平抑清潔能源發電的波動性和隨機性,在電力的輸送和分配等領域,正受到越來越多的關注。隨著技術的不斷創新與成熟,未來有望成為全球能源互聯網骨干網架的關鍵技術之一。

    世界范圍內電網規劃及直流工程建設情況

    從全球能源資源以及負荷中心的實際分布情況來看,要實現能源資源尤其是可再生能源資源的合理高效利用和消納,需要建設大量特高壓直流輸電工程以實現大規模電能的遠距離輸送。

    譬喻,在我國約80%的煤炭資源和70%的清潔能源都集中在西部和北部地區,而作為用電負荷中心的東中部地區能源資源稀缺。

    從世界清潔能源資源分布來看,北極圈及其周邊地區(“一極”)風能資源和赤道及附近地區(“一道”)太陽能資源十分豐富。集中開發北極風能和赤道太陽能資源,通過特高壓等輸電技術送至各大洲負荷中心,與各洲大型能源基地和分布式電源相互支撐,提供更安全、更可靠的清潔能源供應,將是未來世界能源發展的重要方向。

    到現在為止,全球范圍內已經投運和在建的±800kV及以上電壓等級特高壓直流輸電工程有14個。根據規劃預測,在未來10-15年內,每年將有2-3條特高壓直流輸電線路開工建設,工程直接投資資金500至1000億元。

    柔性直流技術的快速進步,推動了其在風電并網、電網互聯等場合的廣泛應用,而市場的發展又反過來推動了技術水平的提升。從目前國內外應用需求上看,未來柔性直流技術的主要發展方向包括:高壓大容量柔性直流輸電技術以及長距離架空線柔性直流輸電技術等。

    2008年11月,歐盟各國正式推出了超級電網計劃,計劃以高壓大容量柔性直流輸電技術為基礎,建成連接歐洲、北非及中東的多端直流輸電網絡。超級電網將北海和波羅的海海域的風力發電,北非和中東太陽能發電連接在一起,實現多電源供電,并以多落點形式向歐洲大陸供電,從而保證了歐洲電網對可再生能源具備良好的接納能力。

    2010年起,國際大電網會議(CIGRE)和歐洲電工標準化委員會(EuropeanCommitteeforElectromechnicalStandardization,CENELEC)都成立了專門工作組針對超級電網技術開展了一系列研究工作。2011年,CIGRE成立了B4-52“直流電網可行性研究”工作組,從多個方面討論了建設直流電網是否可行。并相繼成立了B4-56至B4-60,B4-65等6個工作組,分別在直流電網規劃、直流換流器模型、拓撲、潮流控制、控制保護、可靠性和電壓等級等方面開展研究工作。同時CENELEC工作組也開展了直流電網的前期研究工作。

    先進直流輸電技術是構建未來全球能源互聯網的重要基礎。其中,特高壓直流輸電技術將是解決跨國、跨洲等遠距離大容量電能輸送問題的主要解決方案,強交強直的交直流互聯電網將成為未來全球能源互聯骨干架的主要形態。柔性直流輸電技術、直流電網技術的不斷完善與大規模發展,將對大規模區域性新能源接入與送出,以及未來電網形態帶來深遠的影響和深刻的變革。

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