“注塑機改造成直流變頻驅動后，廠房每月能節(jié)省3萬多度電。改成直流供電對我們工廠效益提升的作用很明顯?，F(xiàn)在我們把廠區(qū)的照明和空調也改成直流供電了。”9月27日，江蘇吳江中低壓直流配用電系統(tǒng)示范工程正式投運，泓盛塑膠工廠經(jīng)理蔡鳳琴向前來參觀調研的同行介紹道。
吳江中低壓直流配用電系統(tǒng)示范工程依托國網(wǎng)江蘇省電力有限公司牽頭的國家重點研發(fā)計劃項目《中低壓直流配用電系統(tǒng)關鍵技術及應用》，是多電壓等級、多應用場景的區(qū)域性直流配用電系統(tǒng)示范工程，服務市政、工商、民用、數(shù)據(jù)中心等多種場景，直流負荷達1.051萬千瓦，同時接入6210千瓦分布式光伏，并為同里湖嘉苑小區(qū)150戶居民提供安全穩(wěn)定的直流電能。
直流配用電系統(tǒng)
提升能源轉化效率
眾所周知，220伏交流電是日常生活中常用的供電方式，但實際上，變頻空調、節(jié)能冰箱、電腦、LED燈等大多數(shù)家用電器內部均使用直流電或含有直流環(huán)節(jié)。交流電接入電器后先被轉換為直流電，多次能量變換后，就會產生部分電能損耗。
近年來，能源清潔低碳轉型加速，風電、光伏發(fā)電等具有直流特性的新能源大量并網(wǎng)，以新能源汽車、數(shù)據(jù)中心為代表的直流負荷快速增長，使得電源和負荷的直流化特征日趨明顯。直流電源、負荷通過整流逆變環(huán)節(jié)變?yōu)榻涣麟娔芙尤虢涣麟娋W(wǎng)，存在能源轉化效率不高、源荷匹配靈活性差等問題。而構建高效、靈活、可靠的直流配用電系統(tǒng)，是解決這些問題的一種嘗試。
“為了打通電網(wǎng)側與用戶側的通道，國網(wǎng)江蘇電力聯(lián)合華北電力大學、西安交通大學、中國電科院等18家單位，攻克系統(tǒng)規(guī)劃設計、關鍵裝備研制、運行控制技術、系統(tǒng)保護技術等16項關鍵技術難題，研制出27項關鍵設備。”江蘇電科院總工程師袁宇波介紹，示范工程共建設九里、龐東兩個中心站，采用多站合一的建設方式，集換流站、開關站、配電房功能于一身。工程將傳輸電能轉換為±375伏直流電，為市政、工商、民用等多種應用場景供電，同時與兩端10千伏交流系統(tǒng)靈活互聯(lián)，構建了戶外直流配電環(huán)境。
攻克多項技術難題
構建直流用電環(huán)境
“屋頂有光伏板，車庫有電池箱，臥室和客廳都裝上了智能插座。手機、臺燈直接插上就行，不用換適配器。我家每月的電費變少了，甚至還能發(fā)電賺錢。”談起入住吳江工程示范小區(qū)同里湖嘉苑一個月來的用電體驗，田濟源感到很滿意。為了構建這樣舒適便捷的直流用電家居環(huán)境，國網(wǎng)江蘇電力研發(fā)團隊攻克了多項技術難題。
首先是如何實現(xiàn)直流電能的靈活可控及用能優(yōu)化。研發(fā)團隊研發(fā)了戶用電能路由器。它將光伏發(fā)電和儲能等直流電同現(xiàn)有的入戶交流電以及用電設備等連接為一個整體，所有設備都接受電能路由器調度。電能路由器可根據(jù)實時電價信息調整用電負荷，高效管理光伏發(fā)電和儲能，將多余的光伏電量存儲起來供夜間使用。其次是解決安全使用和靈活變壓的問題，研發(fā)團隊攻克了適用于家用電器的低成本無弧開斷技術和設備側非侵入式電壓適配技術，解決了直流家電設備插頭拉弧和不同電壓等級設備的自適應供電問題。
戶內直流配電環(huán)境的問題解決了，接著便是直流家電的研制與應用。國網(wǎng)江蘇電力研發(fā)團隊提出了整流類、阻感類、旋轉類及高變壓比類4大電器設備品類直流化改造方法，并聯(lián)合海爾集團推出直流空調、直流冰箱等全系列直流家電。2020年11月，國網(wǎng)江蘇電力還聯(lián)合海爾集團牽頭申報了直流家電領域國際標準——IEEE P2876《無線直流家電導則》。
“據(jù)測算，采用直流供電可以讓一個四口之家每年節(jié)電近400千瓦時，如果家中接入光伏發(fā)電，平均可再節(jié)省電費近30%，二氧化碳排放量可減少40%以上?！碧K州供電公司運維檢修部副主任楊晨說。
靈活消納新能源
服務實現(xiàn)“雙碳”目標
“光伏發(fā)電本身就是發(fā)直流電，原來需要逆變成交流電并網(wǎng)，這個損耗我們自己承擔。現(xiàn)在直接直流組網(wǎng)就地消納，平均損耗減少了將近3%。這樣我們運營的3個屋頂光伏電站一年就能多發(fā)30多萬度電?！?月20日，光伏電站運營商翟建建說起項目團隊為他提供的技術改造方案，計算了電站的盈利情況。
據(jù)統(tǒng)計，目前江蘇電網(wǎng)新能源裝機容量為3217.7萬千瓦，占全省總裝機容量的22.7%。根據(jù)國網(wǎng)江蘇電力“十四五”規(guī)劃，2025年年底江蘇風電總裝機預計達5200萬千瓦，光伏發(fā)電總裝機達3800萬千瓦，共占全省總裝機容量的近50%。6月20日，國家能源局印發(fā)《關于報送整縣（市、區(qū)）屋頂分布式光伏開發(fā)試點方案的通知》，推動分布式光伏實現(xiàn)“宜建盡建”“宜接盡接”。直流配用電技術也可為實現(xiàn)整縣光伏高效靈活消納提供一種解決方案。
“項目成果可用于‘雙碳’背景下大規(guī)模分布式屋頂光伏、新能源汽車充電設施及分布式儲能接入場景?！苯K電科院配網(wǎng)中心副主任史明明說。
緊接著他算了一筆經(jīng)濟賬：2025年年底，江蘇光伏發(fā)電總裝機容量預計達3800萬千瓦，若采用直流組網(wǎng)就地消納的方式，可提升光伏系統(tǒng)運行效率2%以上，按照1500小時的年利用小時數(shù)計算，全年可增發(fā)綠電11.4億千瓦時，減少碳排放約98萬噸。
自項目申報以來，國網(wǎng)江蘇電力先后舉辦首屆中低壓直流配用電技術論壇，建成中低壓直流配用電技術試驗平臺，成立國內首個直流配用電技術聯(lián)盟，匯聚各方力量，推動上下游產業(yè)鏈合作，搭建“產、學、研、用”一體化平臺，共同探索推動直流配用電系統(tǒng)發(fā)展。（攝影：劉通 孫婷）
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