行業(yè)動(dòng)態(tài)

能源是一個(gè)國家經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展的基石，是保障國家安全的命脈。人類社會的發(fā)展進(jìn)步，對能源供給、能源結(jié)構(gòu)、能源利用模式提出了新的要求。尤其是進(jìn)入新世紀(jì)以來，化石能源短缺、環(huán)境污染嚴(yán)重和全球氣候變化等問題日益突出，使得規(guī)模化清潔能源電力傳輸、能源供需廣域平衡需求日益強(qiáng)烈。

    面對全球能源安全、環(huán)境污染和氣候變化的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，國家電網(wǎng)公司提出依托特高壓交流、直流和智能電網(wǎng)技術(shù)，發(fā)展“全球能源互聯(lián)網(wǎng)”的重大戰(zhàn)略，將能源放在全球經(jīng)濟(jì)、社會、環(huán)境大格局下統(tǒng)籌發(fā)展，統(tǒng)籌全球能源資源開發(fā)、配置和利用，實(shí)施清潔替代、電能替代，建立以清潔能源為主導(dǎo)的新型全球能源開發(fā)、配置和利用體系，能夠極大促進(jìn)可再生能源的開發(fā)和消納，將“一極一道”、各洲各國大型能源基地及各類分布式電源融為一體，增進(jìn)國際區(qū)域間合作，促進(jìn)世界和平發(fā)展，推動(dòng)世界能源安全、清潔、高效、可持續(xù)發(fā)展。

    全球能源互聯(lián)網(wǎng)對直流輸電技術(shù)的重大需求

    大容量電能輸送與交換將是未來跨洲與跨國電網(wǎng)互聯(lián)的主要特點(diǎn)之一。根據(jù)需求分析，預(yù)計(jì)2050年，通過北極通道送出的電量規(guī)?？蛇_(dá)3萬億千瓦時(shí)/年，赤道地區(qū)電量外送可達(dá)9萬億千瓦時(shí)/年，合計(jì)輸送電量占全球用電量需求的16%。同時(shí)，跨洲與跨國輸電通道一般長達(dá)數(shù)千公里，北極地區(qū)的喀拉海風(fēng)電基地到中國華北地區(qū)的距離為4400千米左右;白令海峽風(fēng)電基地到中國華北、日本和韓國的輸電距離在5000千米左右，而到美國西部負(fù)荷中心的距離也有4000千米左右。由此可見，發(fā)展輸送距離更遠(yuǎn)、輸電容量更大、輸電效率更高的輸電技術(shù)是全球能源互聯(lián)網(wǎng)的必然趨勢。

    特高壓直流輸電技術(shù)(UHVDC)具有輸送距離遠(yuǎn)、輸送容量大、損耗低、換流站占地面積小、輸電走廊小等特點(diǎn)，特別對于遠(yuǎn)距離大容量的電量輸送，具有顯著的優(yōu)勢。在構(gòu)建全球能源互聯(lián)電網(wǎng)的過程中，特高壓直流輸電將主要用于大型能源基地超遠(yuǎn)距離、超大容量電力外送和跨國、跨洲骨干通道建設(shè)。目前中國的特高壓交直流工程最大輸電距離超過2000公里、輸電容量達(dá)到800萬千瓦。隨著±1100千伏特高壓直流輸電技術(shù)的全面突破，輸電距離將超過5000公里，輸電容量達(dá)到1200萬千瓦。研究結(jié)果表明，采用±1100千伏特高壓直流輸電，不計(jì)跨國關(guān)稅，即使考慮較高的線路與換流站投資造價(jià)水平，送、受端間開發(fā)成本差達(dá)到每千瓦時(shí)0.042美元，經(jīng)濟(jì)輸電距離即可達(dá)到5000公里。這個(gè)成本已經(jīng)可以支撐全球各個(gè)大型清潔能源基地的遠(yuǎn)距離經(jīng)濟(jì)輸電需求。

    清潔替代是全球能源互聯(lián)網(wǎng)一個(gè)重要理念。至2013年，全球風(fēng)電、光伏裝機(jī)容量分別為3.2億和1.4億千瓦，約占發(fā)電總裝機(jī)容量的5.6%和2.5%;預(yù)計(jì)到2020年，風(fēng)電、光伏累計(jì)裝機(jī)將達(dá)到7.0億千瓦和4.9億千瓦。但與傳統(tǒng)水電和煤電不同，風(fēng)電、光伏等能源發(fā)電具有間歇性、波動(dòng)性、隨機(jī)性和不可儲存性等特點(diǎn)，風(fēng)電出力特性則呈現(xiàn)明顯的反調(diào)峰特性，其大規(guī)模接入將對電網(wǎng)的接納水平、接納手段帶來重大挑戰(zhàn)。

    柔性直流輸電技術(shù)(VSC-HVDC)可提高風(fēng)電等清潔能源的并網(wǎng)效率，緩解電壓波動(dòng)對電網(wǎng)造成的沖擊，尤其是對于偏遠(yuǎn)的陸地以及遠(yuǎn)海風(fēng)電場來說，具有顯著的技術(shù)優(yōu)勢，是未來大規(guī)模清潔能源基地接入電網(wǎng)的重要技術(shù)手段。而基于柔性直流的直流電網(wǎng)技術(shù)，能夠在大范圍內(nèi)平抑清潔能源發(fā)電的波動(dòng)性和隨機(jī)性，在電力的輸送和分配等領(lǐng)域，正受到越來越多的關(guān)注。隨著技術(shù)的不斷創(chuàng)新與成熟，未來有望成為全球能源互聯(lián)網(wǎng)骨干網(wǎng)架的關(guān)鍵技術(shù)之一。

    世界范圍內(nèi)電網(wǎng)規(guī)劃及直流工程建設(shè)情況

    從全球能源資源以及負(fù)荷中心的實(shí)際分布情況來看，要實(shí)現(xiàn)能源資源尤其是可再生能源資源的合理高效利用和消納，需要建設(shè)大量特高壓直流輸電工程以實(shí)現(xiàn)大規(guī)模電能的遠(yuǎn)距離輸送。

    譬喻，在我國約80%的煤炭資源和70%的清潔能源都集中在西部和北部地區(qū)，而作為用電負(fù)荷中心的東中部地區(qū)能源資源稀缺。

    從世界清潔能源資源分布來看，北極圈及其周邊地區(qū)(“一極”)風(fēng)能資源和赤道及附近地區(qū)(“一道”)太陽能資源十分豐富。集中開發(fā)北極風(fēng)能和赤道太陽能資源，通過特高壓等輸電技術(shù)送至各大洲負(fù)荷中心，與各洲大型能源基地和分布式電源相互支撐，提供更安全、更可靠的清潔能源供應(yīng)，將是未來世界能源發(fā)展的重要方向。

    到現(xiàn)在為止，全球范圍內(nèi)已經(jīng)投運(yùn)和在建的±800kV及以上電壓等級特高壓直流輸電工程有14個(gè)。根據(jù)規(guī)劃預(yù)測，在未來10-15年內(nèi)，每年將有2-3條特高壓直流輸電線路開工建設(shè)，工程直接投資資金500至1000億元。

    柔性直流技術(shù)的快速進(jìn)步，推動(dòng)了其在風(fēng)電并網(wǎng)、電網(wǎng)互聯(lián)等場合的廣泛應(yīng)用，而市場的發(fā)展又反過來推動(dòng)了技術(shù)水平的提升。從目前國內(nèi)外應(yīng)用需求上看，未來柔性直流技術(shù)的主要發(fā)展方向包括：高壓大容量柔性直流輸電技術(shù)以及長距離架空線柔性直流輸電技術(shù)等。

    2008年11月，歐盟各國正式推出了超級電網(wǎng)計(jì)劃，計(jì)劃以高壓大容量柔性直流輸電技術(shù)為基礎(chǔ)，建成連接歐洲、北非及中東的多端直流輸電網(wǎng)絡(luò)。超級電網(wǎng)將北海和波羅的海海域的風(fēng)力發(fā)電，北非和中東太陽能發(fā)電連接在一起，實(shí)現(xiàn)多電源供電，并以多落點(diǎn)形式向歐洲大陸供電，從而保證了歐洲電網(wǎng)對可再生能源具備良好的接納能力。

    2010年起，國際大電網(wǎng)會議(CIGRE)和歐洲電工標(biāo)準(zhǔn)化委員會(EuropeanCommitteeforElectromechnicalStandardization，CENELEC)都成立了專門工作組針對超級電網(wǎng)技術(shù)開展了一系列研究工作。2011年，CIGRE成立了B4-52“直流電網(wǎng)可行性研究”工作組，從多個(gè)方面討論了建設(shè)直流電網(wǎng)是否可行。并相繼成立了B4-56至B4-60，B4-65等6個(gè)工作組，分別在直流電網(wǎng)規(guī)劃、直流換流器模型、拓?fù)?、潮流控制、控制保護(hù)、可靠性和電壓等級等方面開展研究工作。同時(shí)CENELEC工作組也開展了直流電網(wǎng)的前期研究工作。

    先進(jìn)直流輸電技術(shù)是構(gòu)建未來全球能源互聯(lián)網(wǎng)的重要基礎(chǔ)。其中，特高壓直流輸電技術(shù)將是解決跨國、跨洲等遠(yuǎn)距離大容量電能輸送問題的主要解決方案，強(qiáng)交強(qiáng)直的交直流互聯(lián)電網(wǎng)將成為未來全球能源互聯(lián)骨干架的主要形態(tài)。柔性直流輸電技術(shù)、直流電網(wǎng)技術(shù)的不斷完善與大規(guī)模發(fā)展，將對大規(guī)模區(qū)域性新能源接入與送出，以及未來電網(wǎng)形態(tài)帶來深遠(yuǎn)的影響和深刻的變革。