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无线测温装置--全球能 源互联网对直流输电技术的重大需求

    能源是 一个国家经济社会发展的基石,是保障 国家安全的命脉。人类社会的发展进步,对能源供给、能源结构、能源利 用模式提出了新的要求。尤其是 进入新世纪以来,化石能源短缺、环境污 染严重和全球气候变化等问题日益突出,使得规 模化清洁能源电力传输、能源供 需广域平衡需求日益强烈。

    面对全球能源安全、环境污 染和气候变化的严峻挑战,国家电 网公司提出依托特高压交流、直流和智能电网技术,发展“全球能源互联网”的重大战略,将能源放在全球经济、社会、环境大 格局下统筹发展,统筹全 球能源资源开发、配置和利用,实施清洁替代、电能替代,建立以 清洁能源为主导的新型全球能源开发、配置和利用体系,能够极 大促进可再生能源的开发和消纳,将“一极一道”、各洲各 国大型能源基地及各类分布式电源融为一体,增进国际区域间合作,促进世界和平发展,推动世界能源安全、清洁、高效、可持续发展。

    全球能 源互联网对直流输电技术的重大需求

    大容量 电能输送与交换将是未来跨洲与跨国电网互联的主要特点之一。根据需求分析,预计2050年,通过北 极通道送出的电量规模可达3万亿千瓦时/年,赤道地 区电量外送可达9万亿千瓦时/年,合计输 送电量占全球用电量需求的16%。同时,跨洲与 跨国输电通道一般长达数千公里,北极地 区的喀拉海风电基地到中国华北地区的距离为4400千米左右;白令海 峡风电基地到中国华北、日本和 韩国的输电距离在5000千米左右,而到美 国西部负荷中心的距离也有4000千米左右。由此可见,发展输送距离更远、输电容量更大、输电效 率更高的输电技术是全球能源互联网的必然趋势。

    特高压直流输电技术(UHVDC)具有输送距离远、输送容量大、损耗低、换流站占地面积小、输电走廊小等特点,特别对 于远距离大容量的电量输送,具有显著的优势。在构建 全球能源互联电网的过程中,特高压 直流输电将主要用于大型能源基地超远距离、超大容 量电力外送和跨国、跨洲骨干通道建设。目前中 国的特高压交直流工程最大输电距离超过2000公里、输电容量达到800万千瓦。随着±1100千伏特 高压直流输电技术的全面突破,输电距离将超过5000公里,输电容量达到1200万千瓦。研究结果表明,采用±1100千伏特高压直流输电,不计跨国关税,即使考 虑较高的线路与换流站投资造价水平,送、受端间 开发成本差达到每千瓦时0.042美元,经济输 电距离即可达到5000公里。这个成 本已经可以支撑全球各个大型清洁能源基地的远距离经济输电需求。

    清洁替 代是全球能源互联网一个重要理念。至2013年,全球风电、光伏装机容量分别为3.2亿和1.4亿千瓦,约占发 电总装机容量的5.6%和2.5%;预计到2020年,风电、光伏累计装机将达到7.0亿千瓦和4.9亿千瓦。但与传 统水电和煤电不同,风电、光伏等 能源发电具有间歇性、波动性、随机性 和不可储存性等特点,风电出 力特性则呈现明显的反调峰特性,其大规 模接入将对电网的接纳水平、接纳手 段带来重大挑战。

    柔性直流输电技术(VSC-HVDC)可提高 风电等清洁能源的并网效率,缓解电 压波动对电网造成的冲击,尤其是 对于偏远的陆地以及远海风电场来说,具有显著的技术优势,是未来 大规模清洁能源基地接入电网的重要技术手段。而基于 柔性直流的直流电网技术,能够在 大范围内平抑清洁能源发电的波动性和随机性,在电力 的输送和分配等领域,正受到 越来越多的关注。随着技 术的不断创新与成熟,未来有 望成为全球能源互联网骨干网架的关键技术之一。

    世界范 围内电网规划及直流工程建设情况

    从全球 能源资源以及负荷中心的实际分布情况来看,要实现 能源资源尤其是可再生能源资源的合理高效利用和消纳,需要建 设大量特高压直流输电工程以实现大规模电能的远距离输送。

    譬喻,在我国约80%的煤炭资源和70%的清洁 能源都集中在西部和北部地区,而作为 用电负荷中心的东中部地区能源资源稀缺。

    从世界 清洁能源资源分布来看,北极圈及其周边地区(“一极”)风能资 源和赤道及附近地区(“一道”)太阳能资源十分丰富。集中开 发北极风能和赤道太阳能资源,通过特 高压等输电技术送至各大洲负荷中心,与各洲 大型能源基地和分布式电源相互支撑,提供更安全、更可靠 的清洁能源供应,将是未 来世界能源发展的重要方向。

    到现在为止,全球范 围内已经投运和在建的±800kV及以上 电压等级特高压直流输电工程有14个。根据规划预测,在未来10-15年内,每年将有2-3条特高 压直流输电线路开工建设,工程直接投资资金500至1000亿元。

    柔性直 流技术的快速进步,推动了其在风电并网、电网互 联等场合的广泛应用,而市场 的发展又反过来推动了技术水平的提升。从目前 国内外应用需求上看,未来柔 性直流技术的主要发展方向包括:高压大 容量柔性直流输电技术以及长距离架空线柔性直流输电技术等。

    2008年11月,欧盟各 国正式推出了超级电网计划,计划以 高压大容量柔性直流输电技术为基础,建成连接欧洲、北非及 中东的多端直流输电网络。超级电 网将北海和波罗的海海域的风力发电,北非和 中东太阳能发电连接在一起,实现多电源供电,并以多 落点形式向欧洲大陆供电,从而保 证了欧洲电网对可再生能源具备良好的接纳能力。

    2010年起,国际大电网会议(CIGRE)和欧洲 电工标准化委员会(EuropeanCommitteeforElectromechnicalStandardization,CENELEC)都成立 了专门工作组针对超级电网技术开展了一系列研究工作。2011年,CIGRE成立了B4-52“直流电网可行性研究”工作组,从多个 方面讨论了建设直流电网是否可行。并相继成立了B4-56至B4-60,B4-65等6个工作组,分别在直流电网规划、直流换流器模型、拓扑、潮流控制、控制保护、可靠性 和电压等级等方面开展研究工作。同时CENELEC工作组 也开展了直流电网的前期研究工作。

    先进直 流输电技术是构建未来全球能源互联网的重要基础。其中,特高压 直流输电技术将是解决跨国、跨洲等 远距离大容量电能输送问题的主要解决方案,强交强 直的交直流互联电网将成为未来全球能源互联骨干架的主要形态。柔性直流输电技术、直流电 网技术的不断完善与大规模发展,将对大 规模区域性新能源接入与送出,以及未 来电网形态带来深远的影响和深刻的变革。

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