隨著電力系統(tǒng)更新改造需求日漸旺盛，產(chǎn)業(yè)界與學術(shù)界的交往正變得更為密切。
交直流輸電國際會議（ACDC會議）是電力系統(tǒng)領(lǐng)域歷史悠久、久負盛名的國際性輸電會議，2016年由清華大學引入中國，并自此開始在中國和歐洲輪流舉辦，目前已舉辦19屆。
今年的ACDC吸引了來自12個國家及地區(qū)的共五百多位參會者。在主辦方名單中，除了英國工程技術(shù)學會(IET)與清華大學。聯(lián)合主辦方還包括懷柔實驗室和中國電氣裝備集團。
參會人員告訴記者，ACDC會議以往是學術(shù)交流會議，而這是該會議首次將產(chǎn)業(yè)界及企業(yè)專家引入到交流活動中。
“我們發(fā)現(xiàn)，有時候?qū)W術(shù)界的一些研究工作產(chǎn)業(yè)界并不知道。如果在未來的課題中，學術(shù)界與產(chǎn)業(yè)界一開始就深入合作，學界解決一些基礎(chǔ)的科學問題，產(chǎn)業(yè)界解決工程相關(guān)的問題，這樣可以實現(xiàn)更深度、更高水平的科研成果的快速轉(zhuǎn)化。”一名參會的院校專家告訴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ACDC 2024會議現(xiàn)場了解到，今年與會專家熱議的話題包括，如何實現(xiàn)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)如何實現(xiàn)更長足的發(fā)展；輸電行業(yè)的最新技術(shù)發(fā)展及目標等。
一直以來，特高壓技術(shù)都被譽為輸電行業(yè)的“明珠”。建立一張由“電力高速路”支撐的輸電網(wǎng)絡(luò)，助力實現(xiàn)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之處。
“過去常聽到棄風棄光、新能源沒法100%的送出，核心就是通道的問題。”ACDC大會組委會主席、清華大學電機工程與應(yīng)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)于進一步全面深化改革、推進中國式現(xiàn)代化的決定》提到，要加快規(guī)劃建設(shè)新型能源體系，完善新能源消納和調(diào)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，我國風電和太陽能發(fā)電合計裝機達10.5億千瓦。國務(wù)院發(fā)展研究中心預(yù)計，終端能源利用將由傳統(tǒng)化石能源為主轉(zhuǎn)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。
新能源電力帶來了新的問題，綠電資源利用率持續(xù)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%。
事實上，我國的電力結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)出可再生能源集中在三北、西南以及東南深遠海區(qū)域，負荷中心則位于中部和東南沿海地區(qū)的特點，資源與負荷空間不對稱分布決定了大規(guī)?？稍偕茉葱枰邏褐绷鬏斔?。
另一邊，內(nèi)蒙古自治區(qū)因其能源稟賦和得天獨厚自然資源，尤其是風能、太陽能資源的可開發(fā)量分別占全國的57%和21%，位居前列。但是內(nèi)蒙古自治區(qū)東西狹長、跨度較大，東西延綿數(shù)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，近年來同樣面對更大規(guī)模更高比例的新能源開發(fā)、外送、消納以及電網(wǎng)安全運行和穩(wěn)定控制所面臨的技術(shù)難題，內(nèi)蒙古電力集團正在加快構(gòu)建以堅強智能電網(wǎng)為樞紐平臺的新型電力系統(tǒng)，加快推進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(nèi)蒙古電力集團還正推動抽水蓄能電站建設(shè)和煤電靈活性改造，切實提升了近幾年電力系統(tǒng)的綜合調(diào)節(jié)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，像海上風電和沙戈荒地區(qū)的綠電送出仍然是一個很大的問題。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
與會期間，美國國家工程院院士、弗吉尼亞理工大學杰出教授Dushan Boroyevich博士將時間維度拉長，他告訴21世紀經(jīng)濟報道記者，“如果要在未來30年內(nèi)實現(xiàn)碳中和目標，不僅要滿足新的能源需求增長，甚至非?？赡芤鎿Q現(xiàn)有的能源來源。因此，在交通、工業(yè)、農(nóng)業(yè)、建筑等各個領(lǐng)域找到可替代的方案至關(guān)重要。”
Dushan預(yù)計，未來30年，新型電力系統(tǒng)的規(guī)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(tǒng)，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(tǒng)用于新的電力系統(tǒng)。”
這是因為，現(xiàn)有50赫茲的電力系統(tǒng)需要機電同步旋轉(zhuǎn)機，而可再生能源不會有恒頻轉(zhuǎn)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(jié)約輸電走廊、能夠?qū)崿F(xiàn)快速控制等優(yōu)點。
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(xiàn)在正屬于大規(guī)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(qū)節(jié)約了大量寶貴的土地資源，為當?shù)馗吒郊又诞a(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?xùn)|西部協(xié)調(diào)發(fā)展，累計帶動西部電源投資1.3萬億元，每年拉動西部地區(qū)GDP增長超過2600億元。
特高壓還反哺了超高壓設(shè)備技術(shù)升級，相關(guān)電力設(shè)備的高端產(chǎn)品已主導(dǎo)國內(nèi)市場并實現(xiàn)大規(guī)模出口。
另一方面，交直電流在電力系統(tǒng)內(nèi)共存，反而有利于電網(wǎng)安全穩(wěn)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(wěn)定會成為問題。但如果交直流同時存在于電力系統(tǒng)中，有些通過直流來連接，有些通過交流連接，這樣整張電網(wǎng)雖然看起來是一張電網(wǎng)，但是出現(xiàn)事故時還是互相獨立的，不會出現(xiàn)大面積的停電，對電網(wǎng)的安全能夠起到很好的支撐作用。
事實上，構(gòu)建新型電力系統(tǒng)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。盡管特高壓柔性直流輸電技術(shù)已經(jīng)取得了巨大的進步，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(zhàn)。這意味著，其中關(guān)鍵零部件的降本空間需要以規(guī)模效應(yīng)來挖掘。
當前，我國新一輪特高壓建設(shè)的大幕已經(jīng)拉開。國家能源局的數(shù)據(jù)顯示，2023年，全國電網(wǎng)基本建設(shè)投資完成額5275億元，同比增長5.4%。電網(wǎng)企業(yè)進一步加強農(nóng)網(wǎng)鞏固提升及配網(wǎng)投資建設(shè)，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(qū)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。特高壓線路總長度超過4萬公里，累計輸送電量超過3萬億千瓦時，其中70%以上為清潔能源。
銀河證券研報預(yù)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。目前存量線路4條、在建5條，意味著未來還有18至23條的建設(shè)空間；預(yù)計2024年特高壓設(shè)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(xiàn)“新質(zhì)生產(chǎn)力”
何金良團隊從2014年起開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，管道輸電可以實現(xiàn)大容量的輸電，走地下也不占通道，是一個很有前景、面向未來的輸電技術(shù)。今年，800千伏的直流輸電管道研發(fā)被正式寫入國家相關(guān)攻關(guān)計劃。
在材料方面，傳統(tǒng)的電纜采用的是聚乙烯材料，是依賴進口的材料，很難完全實現(xiàn)自主生產(chǎn)。隨著海上風電或者太陽能發(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。清華大學聯(lián)合中石化北京化工研究院等單位自主開發(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。同時，其工作溫度可達120度，相對傳統(tǒng)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(yù)計，到今年年底接枝聚丙烯電纜材料中試線將會建成。“這種新的材料完全自主可控，另外它的性能比進口的交聯(lián)聚乙烯材料要好。”何金良強調(diào)，目前這種材料已經(jīng)研制出110千伏電纜并實現(xiàn)掛網(wǎng)，預(yù)計明年實現(xiàn)在220千伏電纜上的應(yīng)用，后年實現(xiàn)500千伏電纜的應(yīng)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)。針對海上風電送出等業(yè)務(wù)場景，許繼電氣對換流閥設(shè)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(shè)備等。已參與了6個柔性直流輸電工程的建設(shè)，其中包括全球首個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(yīng)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(jiān)管局3日在巴西利亞簽署“巴西東北特高壓項目”特許經(jīng)營權(quán)協(xié)議。這一項目是巴西史上最大輸電特許權(quán)項目。
據(jù)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(quán)項目，也是近年來該國最大的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)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。
在多位與會專家看來，產(chǎn)業(yè)界與學界的緊密合作，將為推動新型電力系統(tǒng)更安全、靈活、高效的運行提供動力。同時，輸電技術(shù)的不斷發(fā)展創(chuàng)新也將進一步促進可再生能源的消納。
來源：21世紀經(jīng)濟報道
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