秦忠:支撐全球能源互聯(lián)網(wǎng)直流輸電技術(shù)應(yīng)用

2016-03-15 來源:中電新聞網(wǎng)

  全國人大代表 新疆伊犁電力輸電運檢工區(qū)線路運行班班長秦忠

  能源是一個國家經(jīng)濟社會發(fā)展的基石,是保障國家安全的命脈。人類社會的發(fā)展進步,對能源供給、能源結(jié)構(gòu)、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(huán)境污染嚴重和全球氣候變化等問題日益突出,使得規(guī)?;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(huán)境污染和氣候變化的嚴峻挑戰(zhàn),國家電網(wǎng)公司提出依托特高壓交流、直流和智能電網(wǎng)技術(shù),發(fā)展“全球能源互聯(lián)網(wǎng)”的重大戰(zhàn)略,將能源放在全球經(jīng)濟、社會、環(huán)境大格局下統(tǒng)籌發(fā)展,統(tǒng)籌全球能源資源開發(fā)、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(dǎo)的新型全球能源開發(fā)、配置和利用體系,能夠極大促進可再生能源的開發(fā)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(qū)域間合作,促進世界和平發(fā)展,推動世界能源安全、清潔、高效、可持續(xù)發(fā)展。

  全球能源互聯(lián)網(wǎng)對直流輸電技術(shù)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(wǎng)互聯(lián)的主要特點之一。根據(jù)需求分析,預(yù)計2050年,通過北極通道送出的電量規(guī)??蛇_3萬億千瓦時/年,赤道地區(qū)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(shù)千公里,北極地區(qū)的喀拉海風(fēng)電基地到中國華北地區(qū)的距離為4400千米左右;白令海峽風(fēng)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(fā)展輸送距離更遠、輸電容量更大、輸電效率更高的輸電技術(shù)是全球能源互聯(lián)網(wǎng)的必然趨勢。

  特高壓直流輸電技術(shù)(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(yōu)勢。在構(gòu)建全球能源互聯(lián)電網(wǎng)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(shè)。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(shù)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(jié)果表明,采用±1100千伏特高壓直流輸電,不計跨國關(guān)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(fā)成本差達到每千瓦時0.042美元,經(jīng)濟輸電距離即可達到5000公里。這個成本已經(jīng)可以支撐全球各個大型清潔能源基地的遠距離經(jīng)濟輸電需求。

  清潔替代是全球能源互聯(lián)網(wǎng)一個重要理念。至2013年,全球風(fēng)電、光伏裝機容量分別為3.2億和1.4億千瓦,約占發(fā)電總裝機容量的5.6%和2.5%;預(yù)計到2020年,風(fēng)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(tǒng)水電和煤電不同,風(fēng)電、光伏等能源發(fā)電具有間歇性、波動性、隨機性和不可儲存性等特點,風(fēng)電出力特性則呈現(xiàn)明顯的反調(diào)峰特性,其大規(guī)模接入將對電網(wǎng)的接納水平、接納手段帶來重大挑戰(zhàn)。

  柔性直流輸電技術(shù)(VSC-HVDC)可提高風(fēng)電等清潔能源的并網(wǎng)效率,緩解電壓波動對電網(wǎng)造成的沖擊,尤其是對于偏遠的陸地以及遠海風(fēng)電場來說,具有顯著的技術(shù)優(yōu)勢,是未來大規(guī)模清潔能源基地接入電網(wǎng)的重要技術(shù)手段。而基于柔性直流的直流電網(wǎng)技術(shù),能夠在大范圍內(nèi)平抑清潔能源發(fā)電的波動性和隨機性,在電力的輸送和分配等領(lǐng)域,正受到越來越多的關(guān)注。隨著技術(shù)的不斷創(chuàng)新與成熟,未來有望成為全球能源互聯(lián)網(wǎng)骨干網(wǎng)架的關(guān)鍵技術(shù)之一。

  世界范圍內(nèi)電網(wǎng)規(guī)劃及直流工程建設(shè)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(xiàn)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(shè)大量特高壓直流輸電工程以實現(xiàn)大規(guī)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(qū),而作為用電負荷中心的東中部地區(qū)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(qū)(“一極”)風(fēng)能資源和赤道及附近地區(qū)(“一道”)太陽能資源十分豐富。集中開發(fā)北極風(fēng)能和赤道太陽能資源,通過特高壓等輸電技術(shù)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(yīng),將是未來世界能源發(fā)展的重要方向。

  到現(xiàn)在為止,全球范圍內(nèi)已經(jīng)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(jù)規(guī)劃預(yù)測,在未來10-15年內(nèi),每年將有2-3條特高壓直流輸電線路開工建設(shè),工程直接投資資金500至1000億元。

  柔性直流技術(shù)的快速進步,推動了其在風(fēng)電并網(wǎng)、電網(wǎng)互聯(lián)等場合的廣泛應(yīng)用,而市場的發(fā)展又反過來推動了技術(shù)水平的提升。從目前國內(nèi)外應(yīng)用需求上看,未來柔性直流技術(shù)的主要發(fā)展方向包括:高壓大容量柔性直流輸電技術(shù)以及長距離架空線柔性直流輸電技術(shù)等。

  2008年11月,歐盟各國正式推出了超級電網(wǎng)計劃,計劃以高壓大容量柔性直流輸電技術(shù)為基礎(chǔ),建成連接歐洲、北非及中東的多端直流輸電網(wǎng)絡(luò)。超級電網(wǎng)將北海和波羅的海海域的風(fēng)力發(fā)電,北非和中東太陽能發(fā)電連接在一起,實現(xiàn)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(wǎng)對可再生能源具備良好的接納能力。

  2010年起,國際大電網(wǎng)會議(CIGRE)和歐洲電工標(biāo)準(zhǔn)化委員會(European Committee for Electromechnical Standardization,CENELEC)都成立了專門工作組針對超級電網(wǎng)技術(shù)開展了一系列研究工作。2011年,CIGRE成立了B4-52“直流電網(wǎng)可行性研究”工作組,從多個方面討論了建設(shè)直流電網(wǎng)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(wǎng)規(guī)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(wǎng)的前期研究工作。

  先進直流輸電技術(shù)是構(gòu)建未來全球能源互聯(lián)網(wǎng)的重要基礎(chǔ)。其中,特高壓直流輸電技術(shù)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(lián)電網(wǎng)將成為未來全球能源互聯(lián)骨干架的主要形態(tài)。柔性直流輸電技術(shù)、直流電網(wǎng)技術(shù)的不斷完善與大規(guī)模發(fā)展,將對大規(guī)模區(qū)域性新能源接入與送出,以及未來電網(wǎng)形態(tài)帶來深遠的影響和深刻的變革。