全球能源互聯(lián)帶來電網(wǎng)技術(shù)裝備大升級(jí)
發(fā)布時(shí)間：2016-01-20 09:04 來源：華電國威
全球能源互聯(lián)網(wǎng)相當(dāng)于“特高壓電網(wǎng)+泛在智能電網(wǎng)+新能源”，可提高電網(wǎng)對(duì)大規(guī)模清潔能源發(fā)電和并網(wǎng)的間歇性、波動(dòng)性的兼容能力，實(shí)現(xiàn)全球能源的時(shí)差互補(bǔ)、季節(jié)互補(bǔ)及地域互補(bǔ)，是全球能源需求、環(huán)境污染、氣候變化等問題的根本解決方案。
構(gòu)建全球能源互聯(lián)網(wǎng)，將給我們的電網(wǎng)技術(shù)和裝備帶來極大挑戰(zhàn)。
全球能源互聯(lián)網(wǎng)將電網(wǎng)范圍從國家和地區(qū)擴(kuò)大到覆蓋全球，需要發(fā)展更高電壓、更遠(yuǎn)距離的輸電技術(shù)，研制更大容量、更低損耗的智能裝備，解決極端氣候條件給電工材料及電力裝備帶來的適應(yīng)性問題，實(shí)現(xiàn)全球范圍的能源供給和調(diào)配。
構(gòu)建全球能源互聯(lián)網(wǎng)，關(guān)鍵要在電源技術(shù)、電網(wǎng)技術(shù)、大容量?jī)?chǔ)能技術(shù)、信息通信技術(shù)等領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)技術(shù)創(chuàng)新突破，多方位提高相關(guān)技術(shù)水平和裝備水平。
國家電網(wǎng)公司已經(jīng)在特高壓交直流電網(wǎng)、智能電網(wǎng)技術(shù)與裝備方面進(jìn)行了成功的探索與實(shí)踐。目前，國家電網(wǎng)公司已投運(yùn)4條特高壓直流工程，初步實(shí)現(xiàn)了西部可再生能源向中東部負(fù)荷中心的遠(yuǎn)距離輸送，并投運(yùn)和在建特高壓交流工程6條，輸送距離達(dá)7379.4千米，變電容量達(dá)10200萬千瓦。另外，國家電網(wǎng)公司在特高壓換流閥、換流變壓器、特高壓串聯(lián)補(bǔ)償裝置、特高壓交流變壓器和斷路器、可控高壓并聯(lián)電抗器等方面都有所建樹，還攻克了直流電流無自然過零點(diǎn)的“百年電力技術(shù)難題”，成功研制出世界參數(shù)水平最高的直流斷路器樣機(jī)……這些技術(shù)研究與革新，都為構(gòu)建全球能源互聯(lián)網(wǎng)奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
依托國家電網(wǎng)公司在特高壓交直流輸電和智能電網(wǎng)技術(shù)的成功實(shí)踐，圍繞構(gòu)建全球能源互聯(lián)網(wǎng)的需求，對(duì)未來電網(wǎng)技術(shù)和裝備的發(fā)展進(jìn)行展望，主要集中在四個(gè)方面：首先，發(fā)展更高電壓、更大容量的直流輸電技術(shù)。在特高壓直流輸電方面，應(yīng)開展±1100千伏及以上換流閥和換流變壓器研制，提升直流輸送容量至12吉瓦以上，輸送距離超過4000千米；研制基于SiC器件的直流換流閥和直流場(chǎng)設(shè)備，進(jìn)一步降低輸電損耗、提升傳輸效率。
其次，開展構(gòu)建直流電網(wǎng)的系統(tǒng)性研究。在柔性直流及直流輸電方面，應(yīng)研究更高電壓等級(jí)的功率器件、更新型的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、更高等級(jí)的模塊化控制電平、納秒級(jí)的能量均衡控制，以解決全球能源互聯(lián)網(wǎng)中的大型能源基地并網(wǎng)和常規(guī)直流輸電固有的換相失敗問題。
我國直流電網(wǎng)構(gòu)建可以提出一種大膽假設(shè)：構(gòu)建LCC-VSC混合直流電網(wǎng)和新能源直流電網(wǎng)并存的一種模式，即構(gòu)建陸地風(fēng)、水、火電等各種能源VSC直流電網(wǎng)，多饋入?yún)^(qū)域LCC直流電網(wǎng)，點(diǎn)對(duì)點(diǎn)直流系統(tǒng)，小型陸地新能源直流系統(tǒng)，海上風(fēng)電直流電網(wǎng)等網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，并相互交叉聯(lián)接，形成一個(gè)區(qū)域間可交流的靈活電網(wǎng)。
高壓直流斷路器技術(shù)值得關(guān)注。隨著柔性直流輸電系統(tǒng)容量和電壓等級(jí)的不斷攀升，直流斷路器也將向高電壓、大電流和更快速分?jǐn)喾较虬l(fā)展；從應(yīng)用場(chǎng)合來看，高電壓、大電流直流斷路器可應(yīng)用于直流輸電網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)及洲際互聯(lián)等。
直流輸電的另一個(gè)關(guān)鍵部件——高壓大容量DC/DC變換器則應(yīng)向著模塊化、小型化和低損耗發(fā)展，主要涉及諧振、斬波和軟開關(guān)等關(guān)鍵技術(shù)，最終可應(yīng)用于直流輸電網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)、風(fēng)機(jī)直流組網(wǎng)及直流配網(wǎng)構(gòu)建。
再次，開發(fā)新型電力電子器件，推進(jìn)電網(wǎng)的半導(dǎo)體化。在器件和新材料等基礎(chǔ)支撐技術(shù)方面，為滿足未來電力電子裝備對(duì)電力電子器件的需求，器件應(yīng)向著更高電壓、更大容量、更高效率、更高結(jié)溫發(fā)展。比如應(yīng)重點(diǎn)開發(fā)壓接型硅基IGBT器件、全控型SiC器件，并考慮在海底和地下柔性直流輸電工程應(yīng)用±800千伏及以上直流電纜和附件，降低輸電損耗，并重點(diǎn)開展直流GIL絕緣子電荷特性及性能優(yōu)化研究和極寒地區(qū)電網(wǎng)用結(jié)構(gòu)鋼材特性變化、線路外絕緣材料機(jī)械及放電特性研究。
另外，研發(fā)新型儲(chǔ)能技術(shù)，提升能源的大時(shí)空調(diào)配能力。高溫度、大容量、高轉(zhuǎn)化效率的規(guī)模化儲(chǔ)能技術(shù)是實(shí)現(xiàn)全球能源互聯(lián)網(wǎng)清潔替代、電能替代的關(guān)鍵。有兩種技術(shù)值得研究，其一是氫儲(chǔ)能技術(shù)，波動(dòng)性新能源電力制氫，可實(shí)現(xiàn)清潔電力到清潔氣體能源的大規(guī)模存儲(chǔ)和高效利用，轉(zhuǎn)化效率高，且具備商業(yè)化前景；另一種是相變儲(chǔ)熱技術(shù)，它能促進(jìn)能源互聯(lián)網(wǎng)用戶側(cè)電能替代、清潔替代，提高負(fù)荷可控性，提升電網(wǎng)削峰填谷、需求側(cè)管理水平，提高能源互聯(lián)網(wǎng)對(duì)多種能源形式的大時(shí)空優(yōu)化配置能力.
展望未來，隨著電力電子器件、電工材料及電網(wǎng)裝備的發(fā)展，有理由相信，未來電網(wǎng)技術(shù)與裝備完全可以支撐全球能源互聯(lián)網(wǎng)的構(gòu)建。
