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当特高压交直流混合电网时代来临

发布时间:2021-09-14 22:48:21 阅读: 来源:不锈钢板厂家

特高压交直流混合电时代来临

7月8日,世界首个电压等级最高、输送容量最大、送电距离最长、技术水平最高的直流输电工程 向家坝 上海 800千伏特高压直流输电示范工程正式投入运行。这是继去年初特高压交流试验示范工程成功投产之后,我国能源领域取得的又一世界顶级创新成果。它是一个时代的标志,既标志着我国在全面攻克特高压交、直流两大前沿领域世界性难题的基础上,抢占了世界电力技术制高点;同时又宣示着一个时代的来临。

解开煤电运魔咒:从就地平衡转向统筹平衡

通过加大输电比重,变过度输煤为输煤输电并举,从西部、北部能源基地向东中部负荷中心远距离、大规模输电,才是治本之策。

以煤为主的能源格局在较长时间内不会发生根本变化 ,对我国能源结构的这一基本判断,几乎成为业内外人耳熟能详的一句口头禅。

就像每年都要考验我们一回的铁路春运一样,电煤的大范围调运数十年来一直都是我们原本捉襟见肘的铁路、公路运力的一道解不开的魔咒。铁路运输长期忙于煤炭大搬家,其背后的深层原因在于,长期煤电为主形成电力发展注重就地平衡、分区平衡之势 70%的燃煤电厂分布在东中部负荷中心(不含山西),而这些地区探明的煤炭储量仅占12.6%(不含山西)。据统计,2009年,全国煤炭产量的近60%通过铁路外运;运煤占用铁路运力资源比重不断上升,到2009年达到51.2%,比2000年提高了12.6%。 三西 (山西、陕西、蒙西)输煤对输电比例按电煤外调口径计算为15∶1,通过输电方式配置的煤炭资源不足7%。华中四省(湘、鄂、豫、赣)和华东地区按电煤输入口径计算的输煤对输电比2、建设项目概况例分别为13∶1和48∶1。由于运输中间环节多、调控难度大,煤炭输入区的电煤供应极为脆弱,一旦遭遇恶劣天气等突发因素,极易造成供需失衡、煤炭价格失控。

随着土地、资源、环保、运力等制约因素的增多和影响程度的增大,当前,局部地区自求平衡的电力发展方式已经难以为继。

从这个角度,把电发展纳入能源发展全局来考虑,无论从当前还是长远看,通过加大输电比重,变过度输煤为输煤输电并举,从西部、北部能源基地向东中部负荷中心远距离、大规模输电,才是治本之策,才能实现能源资源在更大范围内优化配置、统筹平衡。当前,各类大型能源基地正在大规模建设,尤其是西南大水电、北部大煤电以及西部和北部千万千瓦级大风电基地的开发,都亟须通过特高压电实现电力规模外送和消纳。

去冬今春以来,在华中、华东等地区再次出现的煤电运紧张中,特高压试验示范工程对于缓解电力供需矛盾发挥出重要作用。加快特高压发展的重要性和紧迫性得到实践验证。

资源与负荷逆向分布:清洁能源呼唤特高压

通过特高压跨区联、构建 三华 同步电以及加大调峰电源建设,全国风电开发规模有望达到1.5亿千瓦。

一个基本的共识是,要实现2020年非化石能源占一次能源消费总量15%的既定目标,水电、核电、风电、太阳能发电装机容量分别应达到3 3.5亿千瓦、8000万千瓦、1.5亿千瓦和2000万千瓦左右。

但我国80%的水能资源分布在川、云、藏等西南部地区,风能资源主要集中在华北、西北、东北等 三北 地区和东部沿海,国家规划的甘肃酒泉、新疆哈密、河北、蒙西、蒙东、吉林、江苏沿海等7个千万千瓦级风电基地,有6个位于 三北 地区,适宜规模化集中开发的太阳能发电主要分布在西部和北部的沙漠、戈壁等偏远地区。能源资源与中东部能源消费中心这种逆向分布的特点,决定了必须建立大容量、远距离的能源输送通道,在全国范围配置和消纳清洁能源。

我国西部、北部地区的清洁能源基地与中东部负荷中心地区的距离一般为800 3000公里,依靠现有输电技术很难满足大规模、远距离输送需求。加快建设特高压电,则将极大促进清洁能源的开发与利用。根据有关研究结果,如果仅考虑在本省内的风电消纳能力,2020年全国可开发的风电规模为5000万千瓦左右;通过特高压跨区联、构建 三华 同步电以及加大调峰电源建设,可以大幅增加清洁能源的消纳能力,全国风电开发规模有望达到1.5亿千瓦。

直流输电电压、电流双提升:创一批世界纪录

目前,特高压直流输电技术已申请专利214项,已授权92项。

用平均高达65米、重达62吨的3939基铁塔,把额定电压 800千伏、额定电流4000安培的强大电力从四川宜宾复龙换流站送到1907公里之外的上海奉贤换流站,途经川、渝、鄂、湘、皖、浙、苏、沪8省市,4次跨越长江,是一项前无古人的壮举。完成这样的壮举,需全面破解特高压直流工程系统方案、过电压与绝缘配合、电磁环境控制、成套设计和设备制造的一系列世界性难题,创造一大批世界性纪录,同时也就意味着站上世界直流输电技术的制高点。

向上工程率先实现了直流输电电压、电流双提升。不仅将输送电压提升至800千伏,同时在全球范围内首次采用6英寸晶闸管技术,将额定电流提升至4000安培,额定输送容量达到640万千瓦,最大连续输送容量达到720万千瓦。输送容量的提升,还极大提高了工程的经济性,使单位容量送电距离的造价水平低于 500千伏直流工程。

为全面支撑关键技术研究,国公司投资建设了世界一流的特高压直流试验基地、高海拔试验基地、杆塔试验基地、特高压直流输电工程成套设计研发(实验)中心、大电仿真中心,拥有了世界最高参数的高电压、大电试验和大电仿真条件,试验研究能力达到了世界领先水平。共完成重大关键技术和工程专项研究130项,全面涵盖规划、系统、设计、设备、施工、调试、试验、调度、运行等,成功解决了特高压直流输电关键的技术难题,取得了一大批具有世界领先水平的技术成果,全面掌握了特高压直流输电核心技术。目前,硫化仪 专用机特高压直流输电技术已申请专利214项,已授权92项。

通过向上工程,完整建立特高压输电技术标准体系。截至目前,共发布特高压直流技术企业标准57项、行业标准8项,立项编制国际标准4项、国家标准14项、行业标准7项。

向上工程引入三维设计技术,便捷地实现了阀厅设备布置及空气间隙校核。通过采用GIS设备、交流滤波器 田 字形布置、阀厅面对面布置、换流变安装广场宽度优化等措施,使换流站总平布置紧凑,配电装置功能分区明确,占地面积缩小,大大节省了土地资源。提出双换流器并联融冰理念并成功实现工程应用,通过简单的运行方式倒换即实现线路阻冰、融冰功能。采用6 720平方毫米大截面导线、选用低噪声设备、换流变使用box-in降噪设计、围墙加装隔音屏障等方案,使工程真正实现 环境友好型 。

向上工程单位走廊输电能力约为 500千伏直流工程的1.5倍,单位长度单位容量线路电阻损耗约为 500千伏直流工程的40%。工程总投资为232.74亿元,每千瓦每公里造价1.91元/(千瓦 公里),具有明显的技术经济优越性;两端换流站总投资为110.38亿元,单位输送容量造价1725元/千瓦,相比 500千伏直流工程(三沪工程)单位输送容量造价1680元/千瓦仅增加2.71般而言, 零件产生疲劳破坏时, 应力水平常常远小于材料本身的屈服应力和强度极限%,基本达到同等造价水平。

极限挑战中国工程院院士郑绵平、多吉:装备制造业大跨越

整个工程设备国产化率达到67%,实现了民族装备制造业的产业升级和跨越式发展。

同特高压交流示范工程一样,其关键设备研制的国产化能力问题始终是社会关注的焦点。

据介绍,特高压直流设备绝缘水平高,通流能力大,使用的800千伏、30万千伏安级特高压换流变压器,通流能力4500安培的6英寸晶闸管,单阀组容量180万千瓦的换流阀,额定电流4000安培的低噪声干式平波电抗器、直流穿墙套管、直流断路器和隔离开关,基于实时操作系统的换流站控制保护系统等关键设备均为世界首创,研制难度极大,是对电力电子技术、电工技术、材料技术、高压试验技术和控制技术的极限挑战。特别是两大系列、8种型号换流变的研发,涉及电场分布技术、磁场分布技术、发热和传导计算、谐波分析、油纸兼容和电化学技术、直流电场和交流电场叠加交互作用分析等技术。

通过向上工程的全面严格验证,代表国际领先水平的全套特高压直流设备研制成功,创造了一大批世界纪录:除直流输电用6英寸晶闸管外,换流变压器电压等级最高、单台容量最大,换流阀单阀组容量最大,低噪声干式平波电抗器、直流穿墙套管、直流断路器和隔离开关通流能力最大,均创造了世界之最。其中,特高压换流变、换流阀等重要设备研发属于世界级技术难题,采用国内外联合研发的方式,换流变由国内外厂家联合制造供货,平波电抗器和交流设备则完全立足于国内自主研制。整个工程设备国产化率达到67%,国内相关厂家依托工程掌握了特高压直流设备制造的核心技术,具备了绝大部分特高压设备批量生产的能力,实现了民族装备制造业的产业升级和跨越式发展。

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