廣告“電力高速路”投資需求趨漲，消納困境如何催生輸電技術(shù)進(jìn)步？
隨著電力系統(tǒng)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(guó)際會(huì)議(ACDC會(huì)議)是電力系統(tǒng)領(lǐng)域歷史悠久、久負(fù)盛名的國(guó)際性輸電會(huì)議，2016年由清華大學(xué)引入中國(guó)，并自此開始在中國(guó)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(guó)家及地區(qū)的共五百多位參會(huì)者。在主辦方名單中，除了英國(guó)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(yàn)室和中國(guó)電氣裝備集團(tuán)。
參會(huì)人員告訴21世紀(jì)經(jīng)濟(jì)報(bào)道記者，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)專家引入到交流活動(dòng)中。
“我們發(fā)現(xiàn)，有時(shí)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(lái)的課題中，學(xué)術(shù)界與產(chǎn)業(yè)界一開始就深入合作，學(xué)界解決一些基礎(chǔ)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(xiàn)更深度、更高水平的科研成果的快速轉(zhuǎn)化?！币幻麉?huì)的院校專家告訴21世紀(jì)經(jīng)濟(jì)報(bào)道記者。
“電力高速路”直抵消納難題
21世紀(jì)經(jīng)濟(jì)報(bào)道記者在ACDC 2024會(huì)議現(xiàn)場(chǎng)了解到，今年與會(huì)專家熱議的話題包括，如何實(shí)現(xiàn)交流電網(wǎng)絡(luò)更優(yōu)質(zhì)的運(yùn)行；高壓直流輸電網(wǎng)絡(luò)如何實(shí)現(xiàn)更長(zhǎng)足的發(fā)展；輸電行業(yè)的最新技術(shù)發(fā)展及目標(biāo)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(xiàn)高比例的可再生能源電力的高質(zhì)量、低損耗、遠(yuǎn)距離輸送是特高壓所長(zhǎng)之處。
“過(guò)去常聽到棄風(fēng)棄光、新能源沒法100%的送出，核心就是通道的問(wèn)題?！盇CDC大會(huì)組委會(huì)主席、清華大學(xué)電機(jī)工程與應(yīng)用電子技術(shù)系教授何金良告訴21世紀(jì)經(jīng)濟(jì)報(bào)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(guó)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(biāo)下，可再生能源資源發(fā)展迅猛。截至2023年底，我國(guó)風(fēng)電和太陽(yáng)能發(fā)電合計(jì)裝機(jī)達(dá)10.5億千瓦。國(guó)務(wù)院發(fā)展研究中心預(yù)計(jì)，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(lái)了新的問(wèn)題，綠電資源利用率持續(xù)下降，消納不足反而造成了浪費(fèi)。2024年1-4月，全國(guó)棄光率達(dá)到3.70%，其中甘肅棄光率達(dá)到8.90%，西藏棄光率28.20%。
事實(shí)上，我國(guó)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(yuǎn)海區(qū)域，負(fù)荷中心則位于中部和東南沿海地區(qū)的特點(diǎn)，資源與負(fù)荷空間不對(duì)稱分布決定了大規(guī)?？稍偕茉葱枰邏褐绷鬏斔汀?span style="display:none">WPo即熱新聞——關(guān)注每天科技社會(huì)生活新變化gihot.com
另一邊，內(nèi)蒙古自治區(qū)因其能源稟賦和得天獨(dú)厚自然資源，尤其是風(fēng)能、太陽(yáng)能資源的可開發(fā)量分別占全國(guó)的57%和21%，位居前列。但是內(nèi)蒙古自治區(qū)東西狹長(zhǎng)、跨度較大，東西延綿數(shù)千公里。能源生產(chǎn)與負(fù)荷中心呈逆向分布，與我國(guó)能源國(guó)情分布存在逆勢(shì)特征。因此，近年來(lái)同樣面對(duì)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(yùn)行和穩(wěn)定控制所面臨的技術(shù)難題，內(nèi)蒙古電力集團(tuán)正在加快構(gòu)建以堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)為樞紐平臺(tái)的新型電力系統(tǒng)，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(nèi)蒙古電力集團(tuán)還正推動(dòng)抽水蓄能電站建設(shè)和煤電靈活性改造，切實(shí)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(duì)于新能源高速的發(fā)展，像海上風(fēng)電和沙戈荒地區(qū)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(dāng)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(guó)國(guó)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(zhǎng)，他告訴21世紀(jì)經(jīng)濟(jì)報(bào)道記者，“如果要在未來(lái)30年內(nèi)實(shí)現(xiàn)碳中和目標(biāo)，不僅要滿足新的能源需求增長(zhǎng)，甚至非?？赡芤鎿Q現(xiàn)有的能源來(lái)源。因此，在交通、工業(yè)、農(nóng)業(yè)、建筑等各個(gè)領(lǐng)域找到可替代的方案至關(guān)重要?！?span style="display:none">WPo即熱新聞——關(guān)注每天科技社會(huì)生活新變化gihot.com
Dushan預(yù)計(jì)，未來(lái)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(dá)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?yàn)?，現(xiàn)有50赫茲的電力系統(tǒng)需要機(jī)電同步旋轉(zhuǎn)機(jī)，而可再生能源不會(huì)有恒頻轉(zhuǎn)換的機(jī)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(diǎn)。
何金良介紹，我國(guó)輸電技術(shù)中，特高壓技術(shù)發(fā)展相對(duì)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(bǔ)償手段的經(jīng)濟(jì)性不高。特高壓的優(yōu)勢(shì)是適合遠(yuǎn)距離、低損耗、大能量的電力輸送。
此外，在我國(guó)，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(dāng)?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(dòng)?xùn)|西部協(xié)調(diào)發(fā)展，累計(jì)帶動(dòng)西部電源投資1.3萬(wàn)億元，每年拉動(dòng)西部地區(qū)GDP增長(zhǎng)超過(guò)2600億元。
特高壓還反哺了超高壓設(shè)備技術(shù)升級(jí)，相關(guān)電力設(shè)備的高端產(chǎn)品已主導(dǎo)國(guó)內(nèi)市場(chǎng)并實(shí)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(yùn)行。
何金良還談到，如果中國(guó)的電網(wǎng)都采用交流電，大電網(wǎng)的安全穩(wěn)定會(huì)成為問(wèn)題。但如果交直流同時(shí)存在于電力系統(tǒng)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(xiàn)事故時(shí)還是互相獨(dú)立的，不會(huì)出現(xiàn)大面積的停電，對(duì)電網(wǎng)的安全能夠起到很好的支撐作用。
事實(shí)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(yàn)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(guó)在這一技術(shù)領(lǐng)域上也具有領(lǐng)先優(yōu)勢(shì)，但其關(guān)鍵的電力電子元器件仍存在經(jīng)濟(jì)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(lái)挖掘。
當(dāng)前，我國(guó)新一輪特高壓建設(shè)的大幕已經(jīng)拉開。國(guó)家能源局的數(shù)據(jù)顯示，2023年，全國(guó)電網(wǎng)基本建設(shè)投資完成額5275億元，同比增長(zhǎng)5.4%。電網(wǎng)企業(yè)進(jìn)一步加強(qiáng)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(jí)電網(wǎng)投資占電網(wǎng)工程完成投資總額的比重達(dá)到55.0%。
截至2023年底，我國(guó)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(zhǎng)度超過(guò)4萬(wàn)公里，累計(jì)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(bào)預(yù)計(jì)，我國(guó)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(lái)還有18至23條的建設(shè)空間；預(yù)計(jì)2024年特高壓設(shè)備投資有望超400億元，下半年招標(biāo)還將提速。
輸電行業(yè)涌現(xiàn)“新質(zhì)生產(chǎn)力”
何金良團(tuán)隊(duì)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(jì)經(jīng)濟(jì)報(bào)道記者，管道輸電可以實(shí)現(xiàn)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)被正式寫入國(guó)家相關(guān)攻關(guān)計(jì)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(jìn)口的材料，很難完全實(shí)現(xiàn)自主生產(chǎn)。隨著海上風(fēng)電或者太陽(yáng)能發(fā)電，我國(guó)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(dá)120度，相對(duì)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(jì)，到今年年底接枝聚丙烯電纜材料中試線將會(huì)建成?！斑@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?！焙谓鹆紡?qiáng)調(diào)，目前這種材料已經(jīng)研制出110千伏電纜并實(shí)現(xiàn)掛網(wǎng)，預(yù)計(jì)明年實(shí)現(xiàn)在220千伏電纜上的應(yīng)用，后年實(shí)現(xiàn)500千伏電纜的應(yīng)用。
許繼電氣作為中國(guó)電氣裝備集團(tuán)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(duì)海上風(fēng)電送出等業(yè)務(wù)場(chǎng)景，許繼電氣對(duì)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(gè)柔性直流輸電工程的建設(shè)，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(yīng)不斷增強(qiáng)。
今年4月，國(guó)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(xiàng)目”特許經(jīng)營(yíng)權(quán)協(xié)議。這一項(xiàng)目是巴西史上最大輸電特許權(quán)項(xiàng)目。
據(jù)此前報(bào)道，巴西東北特高壓項(xiàng)目是巴西史上最大的輸電特許權(quán)項(xiàng)目，也是近年來(lái)該國(guó)最大的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)項(xiàng)目。該項(xiàng)目由國(guó)家電網(wǎng)公司于2023年12月15日成功獨(dú)立中標(biāo)。這是繼巴西美麗山特高壓輸電一期、二期項(xiàng)目之后，國(guó)家電網(wǎng)公司第三次在海外中標(biāo)的特高壓輸電項(xiàng)目。
在多位與會(huì)專家看來(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(tǒng)更安全、靈活、高效的運(yùn)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。
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