中國儲能網(wǎng)訊：在碳達峰碳中和戰(zhàn)略背景下，加快突破新型電力系統(tǒng)關鍵技術，支撐以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)建設，已成為國家電網(wǎng)的重要工作之一。本報聚焦新型電力系統(tǒng)發(fā)展，為您帶來新型電力系統(tǒng)最新成果。
本報記者 許天驕
綠色電力，風起云涌。海上風電，灘涂光伏，潮流涌動，處處迸發(fā)著新能源的活力與激情。我國目前已發(fā)展成為全球新能源增長速度最快、裝機規(guī)模最大的國家，風電和太陽能發(fā)電新增裝機和累計裝機均位居世界第一。新能源呼喚新電網(wǎng)，新電網(wǎng)書寫新傳奇。綠電風口已至，電網(wǎng)如何進階？本報記者帶你一探究竟。
新技術新理念
1893年，尼古拉·特斯拉發(fā)明的交流電系統(tǒng)讓芝加哥哥倫比亞博覽會光彩奪目，驚艷了人們的眼眸。自此，交流電系統(tǒng)贏得人心，奠定了現(xiàn)代電力系統(tǒng)的標準。
在那場19世紀的“交直流電力之戰(zhàn)”中，交流電利用變壓器率先解決了電壓升降的問題，在供電半徑和供電容量上取得了優(yōu)勢，成功戰(zhàn)勝了直流電。
歷史的車輪滾滾向前，科技的進步打開了未來之門。隨著電力電子技術的發(fā)展，直流變壓的難題被成功攻克，特高壓直流輸電技術、柔性直流輸電技術脫穎而出，電力系統(tǒng)迎來了新變革。
中國力爭2030年前實現(xiàn)碳達峰、2060年前實現(xiàn)碳中和，電力是能源轉型的關鍵領域，隨著碳達峰碳中和進程加快和能源轉型深化，電力系統(tǒng)面臨前所未有的變革壓力。今年3月，習近平總書記提出構建以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)，為中國電力系統(tǒng)轉型升級指明了方向，也為全球電力可持續(xù)發(fā)展提供了中國方案。
作為黨領導的國有企業(yè)，國家電網(wǎng)有限公司始終堅持和加強黨的全面領導，傳承發(fā)揚“國企姓黨”的政治基因，踐行人民電業(yè)為人民企業(yè)宗旨，深入落實“四個革命、一個合作”能源安全新戰(zhàn)略，圍繞碳達峰碳中和目標，加快構建以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)，大力推進公司“一體四翼”創(chuàng)新發(fā)展，加快建設具有中國特色國際領先的能源互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)。
“碳達峰碳中和目標提出之后，發(fā)電、輸電、配電、用電各個層級對柔性直流輸電技術都有了需求?！眹W(wǎng)浙江省電力有限公司電力科學研究院高級工程師裘鵬從事柔性直流輸電技術研究已近10年，新型電力系統(tǒng)的加快推進，讓裘鵬信心倍增。
什么是柔性直流輸電技術？“柔性”一詞來源于英文Flexible，表示應用先進的電力電子技術為電網(wǎng)提供靈活的控制手段。柔性直流輸電技術以電壓源換流器為核心，具有響應速度快、可控性好、運行方式靈活等特點，適用于可再生能源并網(wǎng)、分布式發(fā)電并網(wǎng)、孤島供電、大型城市電網(wǎng)供電等。特別是在風力發(fā)電并網(wǎng)、海上平臺供電和大型城市電網(wǎng)供電方面，柔性直流輸電系統(tǒng)的綜合優(yōu)勢更加明顯。
靈活是柔性直流輸電技術的顯著優(yōu)勢。這一優(yōu)勢與不規(guī)律的新能源一拍即合。新能源發(fā)電主要“靠天吃飯”，具有隨機性、波動性、間歇性等特點。為了將個性十足的新能源安全穩(wěn)定地并入大電網(wǎng)，靈活可控的柔性直流輸電技術被寄予厚望。
國家電網(wǎng)于2006年啟動柔性直流輸電技術專項研究，先后投運上海南匯風電場柔性直流輸電工程、浙江舟山五端柔性直流輸電示范工程、廈門柔性直流輸電科技示范工程、渝鄂背靠背柔性直流聯(lián)網(wǎng)工程、張北柔性直流電網(wǎng)試驗示范工程等，在柔性直流技術領域取得了世界領先的地位。
“新能源大規(guī)模接入交流電網(wǎng)后，交流電網(wǎng)的電壓、頻率和功率的穩(wěn)定難度大大增加，如果接入柔性直流電網(wǎng)，那么只需要穩(wěn)定直流電壓，技術上更容易實現(xiàn)，有利于保障大電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行?！濒鸣i解釋說，新能源天然可以發(fā)出直流電，我們?nèi)粘Ｊ褂玫拇蟛糠蛛娖髟O備也是使用的直流電，采用柔性直流輸電技術后，可以在低壓層級直接實現(xiàn)發(fā)用匹配，大大降低交直流轉換損耗。
海上好風光
金色沙灘，朝霞夕陽，云?？澙@，風車舞動。這里是位于我國東海的浙江衢山島，有著“風車之島”的美稱。站在小島上抬頭仰望，白色的風機在海風的吹拂下呼呼轉動，令人賞心悅目。
風機旋轉，風能轉換為清潔的電能，通過海纜輸送到舟山五端柔性直流輸電示范工程，點亮了舟山群島。
衢山島位于浙江省舟山市高亭鎮(zhèn)東北27千米處，舟山群島中北部。2013年，舟山五端柔性直流輸電示范工程（以下簡稱“舟山柔直工程”）進入調(diào)試階段，裘鵬從舟山本島出發(fā)，第一次乘坐快艇踏上了衢山島。
“根據(jù)以往坐車的經(jīng)驗，為了防止暈船，我選擇了快艇的前排座位。沒想到和坐車不同，坐在快艇的前排更容易暈船?！痹谝粋€半小時的船程中，裘鵬感覺格外煎熬。
然而登島看到舟衢換流站后，裘鵬心情激動，很快便和同事們投入到緊張的調(diào)試工作中。
潮涌東海，群島相擁。舟山群島，是我國第一大群島，有著超過2000多千米的海岸線，海域面積超2萬平方千米。特有的海洋環(huán)境對海島供電提出了更高要求。
傳統(tǒng)的鏈式連接交流輸電方式存在海纜充電功率受限、輸送距離短等弊端，無法滿足眾多島嶼連續(xù)、穩(wěn)定供電的需求。當交流電網(wǎng)發(fā)生故障時，島上居民的生產(chǎn)、生活可能受到嚴重影響。且舟山群島海上風電、灘涂光伏、潮流能資源豐富，新能源開發(fā)潛力巨大，亟須電網(wǎng)改造升級。
柔性直流輸電技術順利登上歷史舞臺。柔性直流輸電技術擅長“以柔克剛”，對分布式新能源的接入具有良好的適應性和容納能力，能向無源網(wǎng)絡供電，快速實現(xiàn)有功和無功的獨立控制，提高系統(tǒng)穩(wěn)定性，成為海島供電的最佳選擇。
在舟山柔直工程2014年投運之前，裘鵬有七八個月時間都在舟山群島上忙碌。為了不影響居民的正常用電，調(diào)試工作常常安排在深夜進行，裘鵬不知不覺就看到了日出。
2014年，舟山柔直工程順利投運，穩(wěn)穩(wěn)的電能從舟山本島送往海上的小島，舟山電網(wǎng)的供電可靠性大幅度提升。那一年，趙勛范成了舟衢換流站的一名工作人員。在小小的衢山島上，趙勛范工作了7年，最近兩個月他來到了岱山島，當上了舟岱換流站的副站長。
起初，島嶼交通的不便利讓趙勛范頗為頭疼，“海上經(jīng)常起霧，有時候風浪也大，衢山島來往舟山本島的船只常常停運。曾經(jīng)有一次我在衢山島等了半個月，才等到有船登島?！?
就像不便利的交通一樣，在舟山柔直工程投運之前，電能也常常在交流輸電線路上“堵車”。
“舟山柔直工程就像一條‘電力高速路’，讓島嶼之間的電能往來暢通無阻，不再‘堵車’。這項工程的很多技術和設備都是首創(chuàng)，對于我們換流站值守人員來說也是挑戰(zhàn)?！壁w勛范談到，舟山五端柔性直流輸電示范工程的5個換流站都在海邊，這對設備的抗腐蝕性、穩(wěn)定性要求很高。
海邊的腐蝕性有多大？趙勛范舉例子說，舟衢換流站內(nèi)的設備標牌一年需要更換兩三次，而在內(nèi)陸地區(qū)的換流站，標牌可能一年只需要更換一次。
為全面掌握換流站設備的各項參數(shù)，趙勛范每天3次巡視，絲毫不會懈怠。在他的印象中，過去的幾年里，交流電網(wǎng)發(fā)生故障時，舟山柔直工程獨立承擔起舟山北部島嶼的供電重任，島上居民的用電絲毫沒有受影響。
目前，柔性直流輸電是分布式電源接入的最友好方式。柔性直流輸電可以將來自多個站點的風能、太陽能等清潔能源，通過大容量、長距離的輸電線路傳輸至負荷中心。近年來，越來越多的風機在海上聳立，無限“風光”轉換為清潔電能，趙勛范對柔性直流電網(wǎng)充滿了期待。
電網(wǎng)新模樣
海洋群島及周邊海域有著豐富的自然資源，加大周邊海域可再生能源開發(fā)，構建綠色的生態(tài)經(jīng)濟圈，既是踐行我國低碳發(fā)展承諾，也是探索我國可持續(xù)發(fā)展道路的一個重大示范。
自2014年投運以來，舟山柔直工程大幅提升了舟山電網(wǎng)對風電的接納能力及各島嶼供電可靠性，在海洋風電接入、島嶼供電等方面發(fā)揮了重大示范與現(xiàn)實意義，有力支撐了舟山國家級群島經(jīng)濟發(fā)展。
“十四五”期間，舟山群島海上風電規(guī)模將進一步擴大，舟山魚山石化等重點工業(yè)負荷和各島嶼居民負荷將進一步增大，對用電需求、用電可靠性要求不斷提升，都要求舟山柔直工程不斷優(yōu)化升級。
依托舟山柔直工程，裘鵬和同事們積極開展發(fā)輸配用全電壓等級柔性直流電網(wǎng)技術創(chuàng)新實踐，探索直流電網(wǎng)發(fā)展的終極形態(tài)，推動新能源的高效接入和“源網(wǎng)荷儲”的互動調(diào)控，促進多元融合高彈性電網(wǎng)建設，全面推動構建以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)。
柔性直流電網(wǎng)擁有輸送距離遠、損耗低、無同步穩(wěn)定問題、靈活可控等獨特優(yōu)勢，在可再生能源發(fā)電匯集、送出過程中具有更好的穩(wěn)定性、經(jīng)濟性和適用性。中低壓直流匯集電纜損耗小，輸送容量大，電纜成本低；無需鎖相環(huán)節(jié)，不存在無功問題，系統(tǒng)穩(wěn)定性更高，促進新能源穩(wěn)定、高效的并網(wǎng)應用。
事實上，柔性直流配電網(wǎng)已在內(nèi)陸城市供電中嶄露頭角。2018年，全國首個智能柔性直流配電網(wǎng)示范工程在浙江杭州江東新城投運。工程建成后，江東新城配電網(wǎng)實現(xiàn)了從傳統(tǒng)放射型向多端互聯(lián)網(wǎng)絡轉變，可在百毫秒內(nèi)快速隔離系統(tǒng)故障并恢復正常運行，實現(xiàn)多路電源同時為用戶供電，還可以靈活接入分布式電源、儲能、電動汽車充換電設施等多元化負荷，滿足用戶的多元用能需求。
10月24日，中共中央、國務院印發(fā)《關于完整準確全面貫徹新發(fā)展理念做好碳達峰碳中和工作的意見》，意見明確地提出，到2020年，非化石能源消費比重達到20%左右；到2030年，非化石能源消費比重達到25%左右，風電、太陽能發(fā)電總裝機容量達到12億千瓦以上。
未來已來，電網(wǎng)必須進階。交流電和直流電各有所長，依托現(xiàn)有的交流電網(wǎng)開展全電壓等級直流電網(wǎng)構建，促進直流電網(wǎng)與交流電網(wǎng)協(xié)同發(fā)展，建設交直流復合電網(wǎng)是未來電網(wǎng)發(fā)展的重要方向。
什么是柔性直流輸電技術？
柔性直流輸電是一種以電壓源換流器、自關斷器件和脈寬調(diào)制（PWM）技術為基礎的新型輸電技術，該輸電技術具有可向無源網(wǎng)絡供電、不會出現(xiàn)換相失敗、換流站間無需通信以及易于構成多端直流系統(tǒng)等優(yōu)點。
柔性直流輸電技術將傳統(tǒng)的直流輸電技術拓展到了配電領域，從而使直流輸電技術可應用于輸、配電整個領域。柔性直流輸電技術對將來的輸、配電技術會有重要的影響。
應用領域
●電網(wǎng)的非同步互聯(lián)
●連接小型發(fā)電廠
●向偏遠地方供電
●向海上平臺供電
●向大型城市中心供電
●陸上和海上風電場接入
●對敏感負荷供電
技術優(yōu)勢
●采用可控關斷型電力電子器件和脈寬調(diào)制技術，可以實現(xiàn)有功功率和無功功率的獨立控制
●能向無源網(wǎng)絡系統(tǒng)供電
●在潮流反轉時，直流電流方向反轉而直流電壓極性不變，且換流器之間無需通信，也不需要外部的輔助設備，便于構成并聯(lián)的多端直流輸電系統(tǒng)
●換流器產(chǎn)生的低次諧波少，使濾波裝置的容量大大減小
●柔性直流輸電系統(tǒng)既能輸送有功功率，還能實現(xiàn)無功功率的緊急支援，從而提高系統(tǒng)的功角穩(wěn)定性以及系統(tǒng)的電壓穩(wěn)定性
●模塊化設計使柔性直流輸電的設計、生產(chǎn)、安裝和調(diào)試周期大為縮短
