隨著未來跨區電力流規模的進一步增大,我國主干輸電網將會有何種技術方案呢?對此,中國科學院院士周孝信在日前召開的第三屆中國電力發展和技術創新院士論壇介紹:“從現在至2030年的中期階段,我國輸電網將延續目前發展的基本形態,將保持超/特高壓交直流輸電網模式。從2031年到2050年的遠期階段,技術發展的積累和突破對輸電網模式將有可能產生較大的影響,有望實現向多端高壓直流輸電網(超導或常規導體)模式的轉型。”

直流特高壓攻關新目標

記者從該論壇獲悉,隨著晉東南—荊門1000千伏特高壓交流試驗示范工程、向家壩—上海±800千伏特高壓直流示范工程等多個特高壓項目的投運和穩定運行,發展特高壓在業界已形成廣泛共識。目前,國家電網公司正致力于鞏固和擴大特高壓領域的技術領先優勢,重點開展±1100特高壓關鍵技術、柔性交流和多端直流輸電技術、緊湊型超小型元器件等尖端技術攻關。同時,開發新型高壓直流斷路器和限流器,實現超大型輸變電設備現場模塊化組裝,保證特高壓項目的優質高效建設。

數據顯示,2011年12月晉東南—荊門1000千伏特高壓交流試驗示范工程擴建工程投運,最高輸送功率達578萬千瓦,額定輸送能力500萬千瓦,創造了世界交流輸電的新紀錄;2010年7月,向家壩—上海±800千伏直流示范工程投運,額定輸送容量640萬千瓦;2012年12月,四川錦屏—江蘇蘇南±800千伏直流輸電工程投運,額定輸送容量720萬千瓦,這也是目前世界上容量最大、距離最長、電壓等級最高的直流輸電工程。

“正在建設的哈密南—鄭州、溪洛渡—浙江金華±800千伏直流特高壓工程的輸送容量將達到800萬千瓦。”國家電網公司總經理劉振亞表示,“未來通過將額定電流由5千安提升到6.25千安,±800千伏特高壓直流工程額定輸送容量可達1000萬千瓦,±1100千伏直流工程額定輸送容量可達1375萬千瓦,交流側分層接入500/1000千伏交流電網,以減少雙極閉鎖的沖擊。”此外,目前國網正系統研究交直流互聯電網特性和大電網多端饋入、分層接入等運行機理。

直流電網建設將提速

據了解,在沒有難以逾越的地理、政治、技術障礙的情況下,交流往往是占主導地位的聯網方式,如美國、歐洲、俄羅斯電網的發展均是以交流為主,構建了大型互聯同步電網。但隨著廣域交流大電網的形成,交流電網的技術問題也不斷涌現,如同步問題、穩定性問題、輸電距離問題等。同時,交流輸電技術存在著一些無法克服的固有缺陷,如存在無功功率、穩定性較低、不適合分布式電源接納等。

相比之下,現代直流輸電技術客服了交流輸電技術的一些固有缺陷。而且,隨著電力電子等技術的發展,制約現代直流輸電發展的主要技術難題,有望在未來3—10年內得到解決。

國網能源研究院副總經濟師白建華指出:“隨著未來跨區電力流規模的進一步增大,對送受端電網的資源配置能力和協同運行平臺功能都提出了更高的要求,要求送受端電網覆蓋面積更大、網架更加堅強、動態平衡能力和安全穩定水平進一步提升。”在這種情況下,未來我國直流電網的技術和建設勢必將快速發展,強交強直的交直流互聯電網將成為我國電網架構的基本形態。

對于直流電網的定義,國網智能電網研究院研究員湯廣福介紹:“具有先進能源管理系統的智能、穩定的交直流混合廣域傳輸網絡,在網絡中不同客戶端、現有輸電網絡、微電網和不同的電源都可以得到有效地管理、優化、監控、控制和對任何問題進行及時地響應。它能夠整合多個電源,并以最小的損耗和最大的效率在較大范圍內對電能進行傳輸和分配。”

由于直流電網在應對大規模分布式電源、平衡區域功率波動等方面的優勢,許多國家和地區都在加快研究解決直流電網的關鍵技術、設備,并作出了相關規劃。如美國在未來20年,計劃建設60多條柔性直流輸電線路,形成與現有交流電網并存的網架結構;到2025年,英國國家電網將在東海岸和北海區域規劃建設數十個大型海上風電場,以及近50條柔性直流輸電工程,構成柔性直流輸電網絡。

在我國,2011年7月,上海南匯柔性直流示范工程投運,這是亞洲首條柔性直流輸電工程,擁有完全自主知識產權,整體技術達國際先進水平,部分技術國際領先。目前,浙江舟山正在開展世界上首個5端柔性直流輸電工程的建設,該工程將于2013年進入工程實施階段,計劃于2014年投運,同時規劃在此基礎上,可分階段開展直流電網示范工程建設。

湯廣福說:“特高壓交直流輸電技術是解決我國遠距離大容量電能輸送問題的有效手段,但對于我國區域性新能源的并網和消納問題,多端直流和直流電網技術將是有效補充。隨著可關斷器件、直流電網制造水平的不斷提高,柔性直流輸電將會成為直流電網中最主要的輸電方式。”