去年9月26日,習(xí)近平主席在聯(lián)合國發(fā)展峰會上倡議探討構(gòu)建全球能源互聯(lián)網(wǎng),推動以清潔和綠色方式滿足全球電力需求。
世界觀
為應(yīng)對全球氣候變化及可持續(xù)發(fā)展問題,將電網(wǎng)互聯(lián)互通的打算,不僅中國有。
--歐洲超級電網(wǎng)(Supergrid)歐洲北海沿岸國家將以豐富的北海海上風(fēng)力資源為基礎(chǔ),利用直流電網(wǎng)技術(shù)整合各國的風(fēng)力發(fā)電、太陽能發(fā)電和水力發(fā)電資源,建設(shè)連接北海沿岸清潔能源項目的超級電網(wǎng),并進一步擴展到非洲,把沙哈拉沙漠的太陽能(沙漠計劃)輸送到歐洲。
--美國2030年電網(wǎng)預(yù)想(Grid2030)美國未來電網(wǎng)將建立由東岸到西岸,北至加拿大、南至墨西哥,主要采用超導(dǎo)技術(shù)、電力儲能技術(shù)和更先進輸電技術(shù)的骨干網(wǎng)架。
在技術(shù)探索上,各國也都沒閑著,歐洲、美國、日本等地區(qū)和國家在清潔能源、分布式電源、電動汽車、儲能裝置等方面不斷取得突破,巴西、印度正在積極發(fā)展特高壓輸電。
根據(jù)規(guī)劃,到2020年國家電網(wǎng)公司將形成以特高壓為骨干的堅強智能電網(wǎng)。
技術(shù)控
在全球能源互聯(lián)環(huán)境下,能源與電力技術(shù)創(chuàng)新,尤其是新材料、新型輸電技術(shù)、新型發(fā)電技術(shù)等技術(shù)變革將有力推動全球能源互聯(lián)的建設(shè)進程。
遠距離輸電如何解決?新型靈活交流輸電技術(shù)
在全球能源互聯(lián)的大背景下,新型靈活交流輸電技術(shù)將有效支撐跨國、跨洲遠距離輸電,解決傳統(tǒng)交流輸電受制于輸送功率極限、無功電壓控制、系統(tǒng)安全穩(wěn)定等因素帶來的安全問題。
在新型靈活交流輸電裝置關(guān)鍵技術(shù)方面,國外重點研究可控串補、靜止同步補償器、統(tǒng)一潮流控制器、可轉(zhuǎn)換靜止補償器、分布式串聯(lián)補償器等FACTS技術(shù)并產(chǎn)業(yè)化,實現(xiàn)了在超高壓電網(wǎng)的應(yīng)用。
全球能源互聯(lián)網(wǎng)研究院在基于晶閘管器件的FACTS技術(shù)研究、裝置研制和工程應(yīng)用等多項技術(shù)均處于國際領(lǐng)先水平。2015年4月,國網(wǎng)聯(lián)研院成功研制了代表靈活交流輸電技術(shù)制高點的UPFC換流閥和控制保護系統(tǒng),通過了中國電機工程學(xué)會的技術(shù)鑒定,填補了我國統(tǒng)一潮流控制器技術(shù)空白,實現(xiàn)了從“中國制造”到“中國創(chuàng)造”的重大跨越。
UPFC
輸電設(shè)備太多怎么辦?半波長輸電
半波輸電(HWACT,halfwavelengthACtransmission)是指輸電的電氣距離接近1個工頻半波,即3000千米(50赫茲)或2600千米(60赫茲)的超遠距離的三相交流輸電。作為一種新的點對點、超遠距離、大容量輸電形式,半波輸電線路無需安裝無功補償裝置,全線無需設(shè)置中間開關(guān)站,輸電設(shè)備數(shù)量可大大減少,因而造價很低、經(jīng)濟性好,對于跨洲、跨國輸電以及偏遠地區(qū)供電具有很強競爭力。
國外方面,巴西為把亞馬孫河流域的大水電送到負荷中心,把半波輸電技術(shù)作為一種備選方案開展詳細理論研究和仿真計算,并制定了500千伏半波輸電“北電南送”的工程方案。韓國也曾經(jīng)研究過用半波輸電將西伯利亞的水電送到韓國。
中國自2006年以來已開始研究半波輸電,并以1000千伏特高壓半波輸電、±800千伏直流輸電、±1000千伏直流輸電作為西電東送的備選方案開展經(jīng)濟性分析。但對于輸電線路調(diào)諧、潛供電流抑制、絕緣配合、沿線取電、保護安控等,均沒有成熟的研究成果。
科研人員在先進輸電技術(shù)實驗室開展半波長輸電仿真實驗
目前,國網(wǎng)聯(lián)研院半波輸電方案基于無源PI型或T型網(wǎng)絡(luò)開展輸電線路調(diào)諧,項目提出采用電力電子換流技術(shù)對輸電線路開展柔性化調(diào)諧,未來有望在解決偏遠地區(qū)超遠距離供電問題上實現(xiàn)突破。
不同電制電網(wǎng)如何互聯(lián)互通?柔性變電站
能源互聯(lián)網(wǎng)的智能控制,關(guān)鍵在于對樞紐變電站的控制。
柔性變電站是以電力電子廣泛應(yīng)用為特征的新一代變電站。在技術(shù)上,柔性變電站以電力電子技術(shù)、控制保護技術(shù)及信息通信技術(shù)等融合為特征;在設(shè)備形態(tài)上,設(shè)備功能高度集中,設(shè)備界限逐漸模糊;在角色定位上,不僅是能量傳輸節(jié)點,而且是電網(wǎng)調(diào)控節(jié)點,還是一個負荷調(diào)控節(jié)點;在運行方式上,變電站既可以接入大電網(wǎng)并網(wǎng)運行,亦可以脫離大電網(wǎng)孤立運行。在信息交互上,變電站不但可以作為接收和執(zhí)行信息的節(jié)點,而且可以實現(xiàn)電氣設(shè)備與信息的深度融合。
柔性變電站作為電網(wǎng)能量交換控制節(jié)點,旨在提高電網(wǎng)狀態(tài)參數(shù)及潮流的精確靈活控制;具有靈活的連接與協(xié)同控制能力,能實現(xiàn)交直流電網(wǎng)柔性互聯(lián)、變電站“即插即用”、分散協(xié)同調(diào)控等站點綜合控制功能;具有繼電保護快速響應(yīng)、快速靈活拓撲重構(gòu)能力,實現(xiàn)故障限流、故障快速切除與自愈。
隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展和器件的成熟,將推動柔性變電站向更高電壓、更大容量、全面半導(dǎo)體化方向發(fā)展。
未來的柔性變電站可實現(xiàn)不同國家、地域的不同電制電網(wǎng)的互聯(lián)互通,實現(xiàn)潮流高效靈活控制,更大范圍優(yōu)化配置能源,全面支撐全球能源互聯(lián)網(wǎng)建設(shè)。
多能互動能源網(wǎng)絡(luò)怎樣實現(xiàn)?新型儲能技術(shù)
構(gòu)建全球能源互聯(lián)網(wǎng),多種類、大規(guī)模波動性強的清潔能源接入電網(wǎng),安全性與能源轉(zhuǎn)化率格外重要??傮w上,通過各類新型儲能技術(shù)的應(yīng)用和推廣,將有效提高能源綜合利用效率與經(jīng)濟性,為能源互聯(lián)網(wǎng)的構(gòu)建提供有效技術(shù)支撐,支撐“兩個替代”,實現(xiàn)電網(wǎng)、能源網(wǎng)和熱(冷)網(wǎng)互聯(lián)互通,為構(gòu)建配置能力強、安全可靠性高、綠色低碳的全球能源互聯(lián)網(wǎng)提供有效的技術(shù)支撐。
在新型儲能技術(shù)領(lǐng)域,國網(wǎng)聯(lián)研院在氫能儲存、儲熱和大規(guī)模壓縮空氣儲能等領(lǐng)域均已開展大量研究工作。在氫能儲存方面,突破了波動性新能源電解制氫技術(shù)、氫能系統(tǒng)熱電綜合利用技術(shù),并開發(fā)了氫能利用技術(shù)示范平臺,目前正在開展電能、熱(冷)能綜合應(yīng)用方案研究;在儲熱技術(shù)方面,開發(fā)了高儲能密度的復(fù)合相變儲熱材料,可滿足700攝氏度以上的高溫儲存,為可再生能源消納清潔供暖和電網(wǎng)友好型可控太陽能光熱電站提供技術(shù)支持;在大規(guī)模壓縮空氣儲能方面,開展大容量新型壓縮空氣儲能技術(shù)研究,開發(fā)低成本、高能量密度、無地理條件限制的深冷液化空氣儲能技術(shù)裝置,為清潔能源大規(guī)模發(fā)展和電網(wǎng)安全經(jīng)濟運行提供保障。
儲能電站工程
未來的能源互聯(lián)網(wǎng),儲能技術(shù)將在電力系統(tǒng)的應(yīng)用中具有廣闊前景。在新能源發(fā)電領(lǐng)域,大容量深冷液化空氣儲能裝置,配置于可再生能源基地,為全球能源互聯(lián)網(wǎng)提供低成本、不受地理條件限制的儲能技術(shù),促進全球能源互聯(lián)網(wǎng)清潔調(diào)峰與大規(guī)模新能源消納;高溫高密度的儲熱技術(shù)應(yīng)用于太陽能光熱系統(tǒng),實現(xiàn)太陽能光熱的穩(wěn)定可調(diào),提升清潔能源比例;規(guī)?;瘹淅眉夹g(shù),有效消納過剩電力,提高電網(wǎng)調(diào)峰能力和可再生能源利用率,實現(xiàn)電網(wǎng)和氣網(wǎng)互聯(lián)互通;在能源終端用戶領(lǐng)域,深冷液化空氣儲能技術(shù)可用于城市商業(yè)綜合體與大數(shù)據(jù)中心,提供冷、熱、電等多種能源供應(yīng)和調(diào)峰服務(wù),促進能源結(jié)構(gòu)優(yōu)化。