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    訪國網智能電網研究院有限公司總工程師賀之淵
    (時間:2022/9/16 10:24:26)

      要實現碳達峰碳中和目標,就要加快電力行業清潔低碳轉型,持續發展可再生能源,助力能源結構、消費變革。然而,隨著新能源裝機規模增長、占比提升,其波動性、不穩定性等特性給電網安全穩定運行提出了新挑戰。
      因此,構建新型電力系統不僅需要電源端技術進步,也離不開先進電網技術的支撐。作為我國先進電網技術的創新基地、先進設備的研發基地,國網智能電網研究院有限公司(以下簡稱“國網智研院”)長期致力于特高壓、柔性交直流輸電技術的研發升級。近日,記者就現階段我國電網技術水平、未來電網技術發展方向及困難等問題采訪了國網智研院總工程師賀之淵。
      ■■■傳統電網要適應新型電力
      系統建設要求

      中國能源報:我國曾開展多年智能電網建設,新型電力系統給智能電網帶來哪些挑戰?
      賀之淵:新型電力系統和智能電網的概念是一致的,只是在新的形勢下,對智能電網的內涵提出了新要求。然而,盡管新型電力系統已經提出了具體要求,但其建設路徑等關鍵問題并沒有完全明確,這對電力產業上下游企業而言,將是很大的挑戰。
      據預測,到2030年,我國電源側新能源日內最大波動可能達到5億千瓦以上,電力系統調節壓力越來越大,這要求輸電技術能把傳統的剛性電力系統變得更柔性一些,實現電力系統多種能源時空互補與廣域互濟。因此,在新型電力系統建設中,要聚焦先進輸電技術、設備,將先進輸電技術與新型電力系統建設需求融合起來,將新技術與老電網結合起來,實現電網柔性化、智能化、數字化,進而支撐新能源高比例接入,讓電網發揮更大作用。
      例如,直流輸電可以實現電能遠距離、大容量傳輸,但端對端的結構卻使其調節特性、輸電靈活性大受限制。因此,未來直流輸電將逐步向多電源、多落點的網絡化方向發展,進一步提升電力系統運行的靈活性與經濟性。未來我國可以在西部、東部沿海等地構建由風、光等多種能源構成,多區域、多落點的柔性直流輸電網絡,增強電網功率互濟能力,提升新能源送出效率。此外,可再生能源電力不僅要配合電網工作,還要有主動支撐能力,保障電網安全運行。這是新型電力系統建設的必然要求。
      ■■■柔性交直流輸電技術與裝備大有可為
      中國能源報:目前我國電網技術、裝備對構建新型電力系統有何支撐作用?
      賀之淵:電網技術與裝備是實現電能轉換與傳輸的基礎,是新型電力系統中實現源網荷互動的中樞環節。隨著大規模新能源外送比例越來越高,除現有常規交流輸電技術及裝備外,還需要可控性高、經濟性好、支撐能力強的新型輸電技術與裝備,特別是以電力電子技術為核心的柔性交直流輸電技術與裝備,主要包括特高壓直流、柔性直流、靈活交流等技術。
      在特高壓直流技術方面,目前國家電網公司累計建設投運15項特高壓直流工程,最遠輸電距離達到3300公里,最大輸電容量達1200萬千瓦。我國能源資源稟賦決定了在新型電力系統建設的過程中,仍需要更多的特高壓直流輸電工程,以便將西部大規模新能源集中外送。同時在東部負荷中心,通過改進換流器拓撲,提高其抵御交流故障的免疫能力,避免多饋入直流連鎖換相失敗引發電力系統穩定問題,實現新能源規模消納。
      在柔性直流技術方面,我國建成投運了世界首個柔性直流電網工程——張北柔性直流電網工程,同時國網智研院今年成功中標德國海上風電柔性直流送出工程,實現我國高端輸電技術首次進入歐洲。柔性直流作為新一代輸電技術,可有效應對新能源的波動性和間歇性,為大規模新能源友好并網提供支撐。在我國西部,可以通過多種能源的廣域直流互聯,實現高比例新能源電力系統的實時功率平衡。在我國東部深遠海風能資源豐富地區,也需要通過柔性直流技術實現海上風電輸送。
      在靈活交流技術方面,靜止無功補償、串補等技術已實現廣泛應用,提升了電網的動靜態電壓支撐能力和線路輸電容量。     UPFC(統一潮流控制器)、SSSC( 靜止同步串聯補償器)、低頻輸電等新技術也實現了示范應用,這些技術可以大幅提升含有大規模新能源的交流網絡的輸電能力,實現電力系統潮流快速調節,支撐新能源快速調控。
      ■■■先進技術要立足于
      解決更廣域的電力問題

      中國能源報:如何將上述先進技術與新型電力系統建設要求結合起來?
      賀之淵:當然,無論是特高壓還是柔性直流輸電技術,抑或是柔性交流輸電裝置等,都是解決一個點或一條線的問題。面對新型電力系統建設的新要求,必須解決一個面乃至更廣域的電力問題,將特高壓、柔性交直流輸電等技術有機結合起來。同時,可以通過改變局部電網結構,如將直流接入局部電網或通過交直流混合接入、全直流的新能源單獨構網及與交流聯合并網,實現更高比例新能源安全并網、高效消納。
      對于像江蘇、上海這種大型負荷中心地區,電力送入有兩大困難:城市和工業建筑用地密度很大,線路走廊緊缺,對新增輸電線路的功率密度要求很高;該地區已有多條特高壓常規直流密集饋入,其固有的換相失敗風險導致電網安全穩定運行壓力不斷增大。為此,國家電網公司創新性地提出了混合級聯、多落點的特高壓混合直流方案,白鶴灘送出特高壓工程(包括白鶴灘-江蘇、白鶴灘-浙江特高壓直流工程)也是世界上首個采用“混合級聯拓撲”的特高壓直流輸電工程,通過將電流源型常規直流技術和電壓源型柔性直流技術進行深度融合,首次實現了大容量和靈活可控的統一。
      在方案中,送端換流站仍采用常規的電流源型換流器,受端采用電流源型換流器串聯多個電壓源型換流器,主要有三個優勢:保留了常規直流的低成本、高功率密度、窄輸電走廊優勢;可利用柔性直流靈活并聯構成多落點系統,兼顧蘇南地區多個負荷中心電力需求,緩解500千伏交流主網架的電力疏散壓力;可發揮柔性直流無換相失敗、功率高度可控等優勢,提高蘇南電網電壓支撐能力,增強交流系統的穩定性。
      ■■■開發海上風電
      有利于減輕西電東送壓力

      中國能源報:海上風電漸成新能源發展的新趨勢,對構建新型電力系統有何意義?海上風電應如何健康發展、安全送出?
      賀之淵:個人認為,海上風電將在我國新型電力系統的構建中扮演極其重要的角色。目前已出爐的沿海。ㄊ校┖I巷L電規劃已超過1.5億千瓦,其中“十四五”規劃近0.6億千瓦。大規模海上風能資源開發,可以推動我國東部、南部沿海省份能源供給側結構性改革,實現能源轉型。同時,海上風電靠近東部負荷中心,開發海上風電可以彌補我國能源分布與經濟發展地區不平衡的缺陷,減輕西電東送通道建設的壓力,有利于我國電網整體的安全穩定運行。
      柔性直流輸電技術是目前遠海風電送出的主流方式,該技術在歐洲已經廣泛應用于遠海風電接入,但我國還處于前期技術探索階段。如國內的如東海上風電場項目,其海上平臺體積超過30萬立方米,總重量超過2萬噸。國家電網公司中標的德國海上風電柔性直流送出工程,海上平臺的設計方案體積約10萬立方米,總重量約1萬噸,這在歐洲已是標準化設計。
      因此,要推進海上風電發展,要解決三個方面的主要問題:一是要提升海上風電系統的友好性、可靠性、穩定性,突破海風系統對電網的主動支撐、電力電子寬頻域諧振抑制以及海風多端互聯協同送出等關鍵技術;二是必須開展輕型化、緊湊化設計,大幅降低當前柔性直流換流平臺建造成本,同時考慮到海上風電特殊的環境及地理位置,積極開發遠程運維和智慧診斷技術,實現平臺設備狀態的全面可控、可觀、可預測;三是要積極探索新的海上風電送出技術,目前國網智研院聯合風機廠家、高校等單位正在共同開展直流風機開發,采用全直流升壓并網從而進一步提升海上風電的技術經濟性。
      中國能源報:除海上風電外,國網智研院在新型電力系統建設中還將開展哪些工作?
      賀之淵:目前國網智研院在先進交直流輸電技術、高性能電工材料、網絡安全方面已走在行業前列,取得了多項擁有自主知識產權的國內首臺(套)、國際領先水平的研究成果,不僅實現國產替代,且與跨國公司“同臺競技”,如中標5個歐洲柔直工程系統設計合同,開發出完全自主知識產權的交直流電纜用絕緣料,打破了陶氏化學、北歐化工等跨國公司壟斷。因此,面對新型電力系統建設的歷史機遇,國網智研院已具備有所作為、引領發展的基礎條件,下一步,將瞄準未來電網發展前沿技術領域,強化關鍵技術攻關,深化科研機制改革,以先進輸電技術為先導,帶動我國能源技術、裝備由國產替代走向國產引領。


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