打造柔性直流输电的“港珠澳大桥”

发布日期:2021-02-25· 能源高质量发展 李文华

是世界首个特高压柔性直流工程。不仅有助于我国占领特高压多端直流、柔性直流输电技术的制高点。工程预计每年可直接将200亿千瓦时的云南清洁水电输送到粤港澳大湾区的负荷中心。


我国80%以上的能源资源,分布在经济相对欠发达的西部和北部,这决定了我国能源资源配置的基本格局——“北煤南运”和“西电东送”。

要想高效地实现“西电东送”就离不开电网大动脉。位于四川和云南交界的乌东德水电站是实施“西电东送”的国家重大工程,是世界第七大水电站,设计年发电量389.1亿千瓦时,主要送往粤港澳大湾区。

将乌东德水电送出的“大动脉”——乌东德电站送电广东广西特高压多端直流示范工程(以下简称“昆柳龙直流工程”)由南方电网公司投资建设,于2020年底正式投产送电。主工程从云南出发,跨过1452公里的高山河湖,把电站丰沛的水电分别送往广东和广西的用电负荷中心。工程线路穿越众多复杂的地理和气候环境。为高效送出水电,同时确保广东、广西电网受入巨量电能时的安全稳定,工程首创多端混合直流输电技术,送电端采用常规直流,广东和广西2个受电端采用柔性直流。该工程堪称为柔性直流输电的“港珠澳大桥”。

该工程是我国首个特高压多端直流示范工程,是世界首个特高压柔性直流工程,也是目前世界上电压等级最高、输送容量最大的多端混合直流工程。

据了解,南方电网主网架已经发展成为世界上技术最先进、结构最复杂、运行最稳定的大电网之一。“十三五”期间,南方电网全面建成了6大直流工程,以及海南联网二回交流海缆工程,已经形成了八条交流、十一条直流的跨省西电东送大电网。

缓解粤港澳大湾区用电增长

与煤炭减量双重压力

“广东是用电大省,但自身能源资源匮乏,这些年,环保要求越来越高,粤港澳大湾区正面临着用电增长与煤炭减量双重压力,云南清洁的水电送到粤港澳大湾区,不但解决了用电需求,更满足了环保要求。”南方电网超高压输电公司基建部总经理任成林表示。

粤港澳大湾区作为中国制造业的腹地,集聚着数十万家制造业企业。预计2035年,粤港澳大湾区用电负荷将达到1.3亿千瓦。同时,粤港澳大湾区的能源需求将呈现出清洁低碳水平高、安全保障要求高、用能需求多样化等特点。

作为“西电东送”新增的一条大动脉,昆柳龙直流工程将大大提升云电东送通道能力,将有效促进能源资源在更大范围内实现优化配置,进一步促进东西部省区优势互补、协调发展。工程预计每年可直接将200亿千瓦时的云南清洁水电输送到粤港澳大湾区的负荷中心,为满足“十四五”及后续粤港澳大湾区经济发展用电需求奠定了坚实基础,对广西、云南经济社会发展也将起到重要的推动作用。

据测算,昆柳龙直流工程将增加800万千瓦的通道送电能力,年送电量超过330亿千瓦时,相当于减少标煤消耗约950万吨,减排二氧化碳约2500万吨,有效促进节能减排和大气污染防治,为粤港澳大湾区打造绿色低碳的生态湾区作出积极贡献。

19项世界第一

添彩“特高压”国家名片

为进一步添彩“特高压”的国家名片,自工程建设以来,南方电网公司整合国内科研、设计、制造等单位,集中优势技术资源和力量开展科技攻关,组建了柔直换流阀、控制保护、柔直变及电抗器、开关及套管等四个技术攻关团队,解决了单一模块故障导致系统闭锁、系统运行方式优化等世界级难题,并在世界上率先建成系统全面的特高压多端混合柔性直流技术知识产权体系,创造了19项世界第一。

特别是南方电网与国内相关厂家共同研发的柔性直流关键芯片(IGBT)成功应用到工程中,打破了国外少数厂家的垄断。为牵头解决“卡脖子”问题,南方电网公司全力推动关键原材料(器件)研发与应用,维护特高压直流技术全产业链安全。实现包括大容量柔性直流换流阀、柔性直流变压器、桥臂电抗器在内的主要设备自主化率100%,原材料(器件)国产化率大幅提升。

业内人士分析认为,高质量建成工程并掌握全套核心技术、形成知识产权体系,不仅有助于我国占领特高压多端直流、柔性直流输电技术的制高点,而且将进一步提升我国特高压产业链总体水平和竞争力,为产业链上游企业参与国际竞争创造了有利条件,增强了我国电力行业在国际上的比较优势。

柔性直流输电

打造电力“港珠澳大桥”

“随着输电容量越来越大,交直流混合的电网越来越复杂,对于其安全稳定运行的要求也越来越高。”南方电网公司高级技术专家苏寅生认为,大容量电力传输时一旦出现故障,输电功率瞬间转移将造成极大风险,“网是连起来的,电流这条路走不通了,瞬间涌到其他的路上,搞不好就‘堵车’甚至‘瘫痪’了。”

“十三五”期间,南方电网通过一系列技术创新来应对这一问题。2016年,鲁西背靠背直流异步联网工程建成投运,在水电基地云南电网与南方电网主网间加了道“防火墙”,使得一方出现故障时,影响不波及另一方。柔性直流与常规直流的混合并联,被首次应用到电网工程中。

据了解,与传统直流输电相比,柔性直流输电的优势主要体现在孤岛供电、有功功率与无功功率控制等方面。如在孤岛供电中,常规直流输电是点对点单向输电,不能实现双向互通,因此不能向没有电源点的电网送电;采用柔直输电技术,可实现电能灵活双向调配,直接向无电源电网供电。在有功和无功控制方面,可以对有功和无功功率进行独立控制,不再需要配置容量巨大的无功补偿装置,运行方式更加灵活,系统可控性获得了极大提升。

业内专家认为,柔性直流输电的优势主要体现在长距离输电、新能源消纳、成本控制等方面。如在长距离电缆输电中,交流电缆越长,电能损耗越高,输送的有效电能越少,而柔性直流输电即使到末端,其电能都是恒定的。

进入“十四五”,我国风电、光伏等清洁能源占比将会逐渐提高,采用柔性直流输电技术来进行风电、太阳能等功率输出波动较大的可再生能源接入,可以缓解由可再生能源输出功率波动引起的电压波动,改善电能质量。

更为重要的是,柔性直流输电可携带来自多个站点的风能、太阳能等清洁能源,通过大容量、长距离的电力传输通道,到达多个城市的负荷中心,这为新能源并网、大城市供电等领域提供了一种有效的解决方案。


昆柳龙直流程送端昆北换流站航拍 李品 摄


昆柳龙直流工程广东受端龙门换流站直流场。 袁军 摄


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