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(xué)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(xué)會(IET)與清華大學(xué)。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(xué)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(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(biāo)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(fēng)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(xué)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(biāo)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汀?br />
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(fēng)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(fēng)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(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(biāo)，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(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?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(dāng)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(biāo)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(fēng)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(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。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(fēng)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(biāo)。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(biāo)的特高壓輸電項目。
在多位與會專家看來，產(chǎn)業(yè)界與學(xué)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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