隨著(zhù)電力系統更新改造需求日漸旺盛，產(chǎn)業(yè)界與學(xué)術(shù)界的交往正變得更為密切。
交直流輸電國際會(huì )議（ACDC會(huì )議）是電力系統領(lǐng)域歷史悠久、久負盛名的國際性輸電會(huì )議，2016年由清華大學(xué)引入中國，并自此開(kāi)始在中國和歐洲輪流舉辦，目前已舉辦19屆。
今年的ACDC吸引了來(lái)自12個(gè)國家及地區的共五百多位參會(huì )者。在主辦方名單中，除了英國工程技術(shù)學(xué)會(huì )(IET)與清華大學(xué)。聯(lián)合主辦方還包括懷柔實(shí)驗室和中國電氣裝備集團。
參會(huì )人員告訴記者，ACDC會(huì )議以往是學(xué)術(shù)交流會(huì )議，而這是該會(huì )議首次將產(chǎn)業(yè)界及企業(yè)專(zhuān)家引入到交流活動(dòng)中。
“我們發(fā)現，有時(shí)候學(xué)術(shù)界的一些研究工作產(chǎn)業(yè)界并不知道。如果在未來(lái)的課題中，學(xué)術(shù)界與產(chǎn)業(yè)界一開(kāi)始就深入合作，學(xué)界解決一些基礎的科學(xué)問(wèn)題，產(chǎn)業(yè)界解決工程相關(guān)的問(wèn)題，這樣可以實(shí)現更深度、更高水平的科研成果的快速轉化。”一名參會(huì )的院校專(zhuān)家告訴21世紀經(jīng)濟報道記者。
“電力高速路”直抵消納難題
21世紀經(jīng)濟報道記者在A(yíng)CDC 2024會(huì )議現場(chǎng)了解到，今年與會(huì )專(zhuān)家熱議的話(huà)題包括，如何實(shí)現交流電網(wǎng)絡(luò )更優(yōu)質(zhì)的運行；高壓直流輸電網(wǎng)絡(luò )如何實(shí)現更長(cháng)足的發(fā)展；輸電行業(yè)的最新技術(shù)發(fā)展及目標等。
一直以來(lái)，特高壓技術(shù)都被譽(yù)為輸電行業(yè)的“明珠”。建立一張由“電力高速路”支撐的輸電網(wǎng)絡(luò )，助力實(shí)現高比例的可再生能源電力的高質(zhì)量、低損耗、遠距離輸送是特高壓所長(cháng)之處。
“過(guò)去常聽(tīng)到棄風(fēng)棄光、新能源沒(méi)法100%的送出，核心就是通道的問(wèn)題。”ACDC大會(huì )組委會(huì )主席、清華大學(xué)電機工程與應用電子技術(shù)系教授何金良告訴21世紀經(jīng)濟報道記者。
近日發(fā)布的《中共中央關(guān)于進(jìn)一步全面深化改革、推進(jìn)中國式現代化的決定》提到，要加快規劃建設新型能源體系，完善新能源消納和調控政策措施。
“雙碳”目標下，可再生能源資源發(fā)展迅猛。截至2023年底，我國風(fēng)電和太陽(yáng)能發(fā)電合計裝機達10.5億千瓦。國務(wù)院發(fā)展研究中心預計，終端能源利用將由傳統化石能源為主轉換成電力為主，到2060年，電氣化率將由2023年的26%左右提高到60%左右。
新能源電力帶來(lái)了新的問(wèn)題，綠電資源利用率持續下降，消納不足反而造成了浪費。2024年1-4月，全國棄光率達到3.70%，其中甘肅棄光率達到8.90%，西藏棄光率28.20%。
事實(shí)上，我國的電力結構呈現出可再生能源集中在三北、西南以及東南深遠海區域，負荷中心則位于中部和東南沿海地區的特點(diǎn)，資源與負荷空間不對稱(chēng)分布決定了大規?？稍偕茉葱枰邏褐绷鬏斔?。
另一邊，內蒙古自治區因其能源稟賦和得天獨厚自然資源，尤其是風(fēng)能、太陽(yáng)能資源的可開(kāi)發(fā)量分別占全國的57%和21%，位居前列。但是內蒙古自治區東西狹長(cháng)、跨度較大，東西延綿數千公里。能源生產(chǎn)與負荷中心呈逆向分布，與我國能源國情分布存在逆勢特征。因此，近年來(lái)同樣面對更大規模更高比例的新能源開(kāi)發(fā)、外送、消納以及電網(wǎng)安全運行和穩定控制所面臨的技術(shù)難題，內蒙古電力集團正在加快構建以堅強智能電網(wǎng)為樞紐平臺的新型電力系統，加快推進(jìn)沙戈荒大基地新能源惠及工程和500千方主網(wǎng)架輸配電工程。內蒙古電力集團還正推動(dòng)抽水蓄能電站建設和煤電靈活性改造，切實(shí)提升了近幾年電力系統的綜合調節能力和新能源就地消納的利用水平。
何金良表示，對于新能源高速的發(fā)展，像海上風(fēng)電和沙戈荒地區的綠電送出仍然是一個(gè)很大的問(wèn)題。目前，除了特高壓之外，在輸電行業(yè)還發(fā)展出新的技術(shù)，例如管道輸電以及海上風(fēng)電送出所需要的高可靠性電纜絕緣材料等技術(shù)創(chuàng )新，這都成為當前產(chǎn)業(yè)界感興趣的技術(shù)領(lǐng)域。
高壓直流輸電潛力巨大
與會(huì )期間，美國國家工程院院士、弗吉尼亞理工大學(xué)杰出教授Dushan Boroyevich博士將時(shí)間維度拉長(cháng)，他告訴21世紀經(jīng)濟報道記者，“如果要在未來(lái)30年內實(shí)現碳中和目標，不僅要滿(mǎn)足新的能源需求增長(cháng)，甚至非?？赡芤鎿Q現有的能源來(lái)源。因此，在交通、工業(yè)、農業(yè)、建筑等各個(gè)領(lǐng)域找到可替代的方案至關(guān)重要。”
Dushan預計，未來(lái)30年，新型電力系統的規模大約要放大4到10倍的，這在全球GDP占比中有望達到5%。
Dushan還提出，“如果我們需要建造這么多新的電力系統，為什么一定只能使用150年前的技術(shù)呢？我們不一定非要使用50赫茲或60赫茲的恒頻電力系統用于新的電力系統。”
這是因為，現有50赫茲的電力系統需要機電同步旋轉機，而可再生能源不會(huì )有恒頻轉換的機器，所以直流技術(shù)得到了發(fā)展的空間。直流輸電具有輸送靈活、損耗小、能夠節約輸電走廊、能夠實(shí)現快速控制等優(yōu)點(diǎn)。
何金良介紹，我國輸電技術(shù)中，特高壓技術(shù)發(fā)展相對比較成熟，現在正屬于大規模推廣的階段。以往的輸電技術(shù)損耗大，而采取補償手段的經(jīng)濟性不高。特高壓的優(yōu)勢是適合遠距離、低損耗、大能量的電力輸送。
此外，在我國，直流特高壓技術(shù)的發(fā)展為東中部地區節約了大量寶貴的土地資源，為當地高附加值產(chǎn)業(yè)提供了發(fā)展空間。
值得一提的是，特高壓為“西電東送”提供重要技術(shù)手段并推動(dòng)東西部協(xié)調發(fā)展，累計帶動(dòng)西部電源投資1.3萬(wàn)億元，每年拉動(dòng)西部地區GDP增長(cháng)超過(guò)2600億元。
特高壓還反哺了超高壓設備技術(shù)升級，相關(guān)電力設備的高端產(chǎn)品已主導國內市場(chǎng)并實(shí)現大規模出口。
另一方面，交直電流在電力系統內共存，反而有利于電網(wǎng)安全穩定運行。
何金良還談到，如果中國的電網(wǎng)都采用交流電，大電網(wǎng)的安全穩定會(huì )成為問(wèn)題。但如果交直流同時(shí)存在于電力系統中，有些通過(guò)直流來(lái)連接，有些通過(guò)交流連接，這樣整張電網(wǎng)雖然看起來(lái)是一張電網(wǎng)，但是出現事故時(shí)還是互相獨立的，不會(huì )出現大面積的停電，對電網(wǎng)的安全能夠起到很好的支撐作用。
事實(shí)上，構建新型電力系統需要從制度體系、技術(shù)裝備、可靠性驗證等諸多方面逐步推進(jìn)。盡管特高壓柔性直流輸電技術(shù)已經(jīng)取得了巨大的進(jìn)步，中國在這一技術(shù)領(lǐng)域上也具有領(lǐng)先優(yōu)勢，但其關(guān)鍵的電力電子元器件仍存在經(jīng)濟性等挑戰。這意味著(zhù)，其中關(guān)鍵零部件的降本空間需要以規模效應來(lái)挖掘。
當前，我國新一輪特高壓建設的大幕已經(jīng)拉開(kāi)。國家能源局的數據顯示，2023年，全國電網(wǎng)基本建設投資完成額5275億元，同比增長(cháng)5.4%。電網(wǎng)企業(yè)進(jìn)一步加強農網(wǎng)鞏固提升及配網(wǎng)投資建設，110千伏及以下等級電網(wǎng)投資占電網(wǎng)工程完成投資總額的比重達到55.0%。
截至2023年底，我國建成跨省區特高壓輸電工程39條，其中特高壓交流19條、特高壓直流20條。特高壓線(xiàn)路總長(cháng)度超過(guò)4萬(wàn)公里，累計輸送電量超過(guò)3萬(wàn)億千瓦時(shí)，其中70%以上為清潔能源。
銀河證券研報預計，我國在“十四五”和“十五五”期間，將新增27至32條特高壓外送直流通道。目前存量線(xiàn)路4條、在建5條，意味著(zhù)未來(lái)還有18至23條的建設空間；預計2024年特高壓設備投資有望超400億元，下半年招標還將提速。
輸電行業(yè)涌現“新質(zhì)生產(chǎn)力”
何金良團隊從2014年起開(kāi)展了直流管道輸電技術(shù)的研究。他告訴21世紀經(jīng)濟報道記者，管道輸電可以實(shí)現大容量的輸電，走地下也不占通道，是一個(gè)很有前景、面向未來(lái)的輸電技術(shù)。今年，800千伏的直流輸電管道研發(fā)被正式寫(xiě)入國家相關(guān)攻關(guān)計劃。
在材料方面，傳統的電纜采用的是聚乙烯材料，是依賴(lài)進(jìn)口的材料，很難完全實(shí)現自主生產(chǎn)。隨著(zhù)海上風(fēng)電或者太陽(yáng)能發(fā)電，我國輸電領(lǐng)域特別需要大容量的電纜輸電技術(shù)提供保障。清華大學(xué)聯(lián)合中石化北京化工研究院等單位自主開(kāi)發(fā)了接枝聚丙烯絕緣材料，作為一種熱塑性材料，具有可回收再利用的特點(diǎn)。同時(shí)，其工作溫度可達120度，相對傳統的電纜，至少可多輸送30%以上的電能。
在量產(chǎn)方面，何金良預計，到今年年底接枝聚丙烯電纜材料中試線(xiàn)將會(huì )建成。“這種新的材料完全自主可控，另外它的性能比進(jìn)口的交聯(lián)聚乙烯材料要好。”何金良強調，目前這種材料已經(jīng)研制出110千伏電纜并實(shí)現掛網(wǎng)，預計明年實(shí)現在220千伏電纜上的應用，后年實(shí)現500千伏電纜的應用。
許繼電氣作為中國電氣裝備集團的下屬子公司，在特高壓直流輸電換流閥方面掌握了諸多核心技術(shù)。針對海上風(fēng)電送出等業(yè)務(wù)場(chǎng)景，許繼電氣對換流閥設備輕型化的需求研發(fā)了DRU MMC輕型化混合換流閥關(guān)鍵設備等。已參與了6個(gè)柔性直流輸電工程的建設，其中包括全球首個(gè)五端柔性直流輸電工程——浙江舟山±200千伏五端柔性直流工程。
此外，特高壓技術(shù)的溢出效應不斷增強。
今年4月，國家電網(wǎng)巴西控股公司與巴西電力監管局3日在巴西利亞簽署“巴西東北特高壓項目”特許經(jīng)營(yíng)權協(xié)議。這一項目是巴西史上最大輸電特許權項目。
據此前報道，巴西東北特高壓項目是巴西史上最大的輸電特許權項目，也是近年來(lái)該國最大的基礎設施建設項目。該項目由國家電網(wǎng)公司于2023年12月15日成功獨立中標。這是繼巴西美麗山特高壓輸電一期、二期項目之后，國家電網(wǎng)公司第三次在海外中標的特高壓輸電項目。
在多位與會(huì )專(zhuān)家看來(lái)，產(chǎn)業(yè)界與學(xué)界的緊密合作，將為推動(dòng)新型電力系統更安全、靈活、高效的運行提供動(dòng)力。同時(shí)，輸電技術(shù)的不斷發(fā)展創(chuàng )新也將進(jìn)一步促進(jìn)可再生能源的消納。
來(lái)源：21世紀經(jīng)濟報道
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