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清洁替代是全球能源互联网一个重要理念。至2013年,全球风电、光伏装机容量分别为3.2亿和1.4亿千瓦,约占发电总装机容量的5.6%和2.5%;预计到2020年,风电、光伏累计装机将达到7.0亿千瓦和4.9亿千瓦。但与传统水电和煤电不同,风电、光伏等能源发电具有间歇性、波动性、随机性和不可储存性等特点,风电出力特性则呈现明显的反调峰特性,其大规模接入将对电网的接纳水平、接纳手段带来重大挑战。
柔性直流输电技术(VSC-HVDC)可提高风电等清洁能源的并网效率,缓解电压波动对电网造成的冲击,尤其是对于偏远的陆地以及远海风电场来说,具有显著的技术优势,是未来大规模清洁能源基地接入电网的重要技术手段。而基于柔性直流的直流电网技术,能够在大范围内平抑清洁能源发电的波动性和随机性,在电力的输送和分配等领域,正受到越来越多的关注。随着技术的不断创新与成熟,未来有望成为全球能源互联网骨干网架的关键技术之一。
世界范围内电网规划及直流工程建设情况
从全球能源资源以及负荷中心的实际分布情况来看,要实现能源资源尤其是可再生能源资源的合理高效利用和消纳,需要建设大量特高压直流输电工程以实现大规模电能的远距离输送。
譬喻,在我国约80%的煤炭资源和70%的清洁能源都集中在西部和北部地区,而作为用电负荷中心的东中部地区能源资源稀缺。
从世界清洁能源资源分布来看,北极圈及其周边地区(“一极”)风能资源和赤道及附近地区(“一道”)太阳能资源十分丰富。集中开发北极风能和赤道太阳能资源,通过特高压等输电技术送至各大洲负荷中心,与各洲大型能源基地和分布式电源相互支撑,提供更安全、更可靠的清洁能源供应,将是未来世界能源发展的重要方向。
到现在为止,全球范围内已经投运和在建的±800kV及以上电压等级特高压直流输电工程有14个。根据规划预测,在未来10-15年内,每年将有2-3条特高压直流输电线路开工建设,工程直接投资资金500至1000亿元。
柔性直流技术的快速进步,推动了其在风电并网、电网互联等场合的广泛应用,而市场的发展又反过来推动了技术水平的提升。从目前国内外应用需求上看,未来柔性直流技术的主要发展方向包括:高压大容量柔性直流输电技术以及长距离架空线柔性直流输电技术等。
2008年11月,欧盟各国正式推出了超级电网计划,计划以高压大容量柔性直流输电技术为基础,建成连接欧洲、北非及中东的多端直流输电网络。超级电网将北海和波罗的海海域的风力发电,北非和中东太阳能发电连接在一起,实现多电源供电,并以多落点形式向欧洲大陆供电,从而保证了欧洲电网对可再生能源具备良好的接纳能力。
2010年起,国际大电网会议(CIGRE)和欧洲电工标准化委员会(EuropeanCommitteeforElectromechnicalStandardization,CENELEC)都成立了专门工作组针对超级电网技术开展了一系列研究工作。2011年,CIGRE成立了B4-52“直流电网可行性研究”工作组,从多个方面讨论了建设直流电网是否可行。并相继成立了B4-56至B4-60,B4-65等6个工作组,分别在直流电网规划、直流换流器模型、拓扑、潮流控制、控制保护、可靠性和电压等级等方面开展研究工作。同时CENELEC工作组也开展了直流电网的前期研究工作。
先进直流输电技术是构建未来全球能源互联网的重要基础。其中,特高压直流输电技术将是解决跨国、跨洲等远距离大容量电能输送问题的主要解决方案,强交强直的交直流互联电网将成为未来全球能源互联骨干架的主要形态。柔性直流输电技术、直流电网技术的不断完善与大规模发展,将对大规模区域性新能源接入与送出,以及未来电网形态带来深远的影响和深刻的变革。
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