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能源安全新战略提出十年间,中国能源领域发展发生了翻天覆地的变化,电力技术革新势不可挡。在浙江,一种能够以“柔”克刚的柔性电力技术破土而生、蓬勃生长:
全球首个五端柔性直流输电工程抢占世界潮头
全国首个智能柔性直流配电网示范工程引领绿色用能
全国首个柔性低频输电示范工程贡献“中国智慧”
……
这里的“柔”,特指英文Flexible——“柔性”,意为灵活的电能变换与控制技术。虽然被叫作“柔”,可在技术层面它却是相当“硬”。它以大功率、高性能的电力电子器件为基础,实现了对电网电压、电流、功率等各类参数的实时调节,具有可控性好、适应性强、响应速度快、智能化程度高等特点。
这项先进的电力技术何以在浙江生根发芽?
地域特征创造科研契机
浙江是海洋大省,近岸海域内,海岛数4300多个,全国第一;海岸线和海岛岸线达6000多公里,又是国内第一。得天独厚的环境赋予了浙江丰富的可开发海上风能资源,《浙江海上风电发展规划(2021-2035年)》指出,将新增纳规近海容量850万千瓦,深远海容量2800万千瓦。但海洋的阻隔也给海岛电力供应出了一道难题。
国网浙江电力进行这样的思考:一是如何输送电力,保证海岛用上更稳定、更经济的电能;二是能否“就地取材”,用好海洋资源进行供电,产出更清洁、更优质的电能。
对于第一个问题,国网浙江电力率先在直流输电领域寻找答案,于1987年投运了全国第一条100千伏直流输电变工程,终结了舟山电网孤立运行的历史。
可随着海港贸易的增长,船舶等冲击负荷逐渐增加,海洋输电亟需寻求一种可控性更强的传输方式。
国网浙江电力组织柔性电力技术的集中攻关。2014年7月,舟山五端柔性直流输电工程建成投运,将舟山群岛中5个海岛电网“手拉手”连起来,构建了海岛间的电力“高速路网”。至2023年底,该工程作为主供或单供电源点为舟山北部海岛保供电20余次,累计输送电量40.7亿千瓦时。
对于如何“就地取材”,国网浙江电力持续开展海上新能源技术创新,让电从海上来。
为了实现中远距离海上风电送出,国网浙江电力开展柔性低频输电技术攻关,通过换流器降低输电频率,提升输电距离和容量,建设运维成本节约近一半。2022年6月,全国首个柔性低频输电示范工程在台州投运,实现了风电低频接入和柔性并网送出。2023年6月,世界上电压等级最高、输送容量最大的柔性低频输电示范工程在杭州投运,验证了低频大容量输送电能的可行性。
此外,国网浙江电力还研制了高压有源谐振抑制装置,于2023年6月在华能嘉兴2号海上风电场投入使用,有效提升电能质量。截至2023年底,该风电场累计向电网输送6.2亿千瓦时高品质绿电。
依海而兴、向海图强,浙江抓住了独特的海洋特征和丰富的风能资源,探索出了一条富有地方特色的电力技术革新之路。不是柔性电力技术选择了浙江,而是浙江在自身需求的驱动下,催生了这项前沿技术的发展。
蓝图规划引领科研方向
国网浙江电力关于柔性电力技术研究的布局,历经十几年时间,在实践中不断增添细节、拓展方向,形成了全面、深入的规划。
2010年,当业界还在“纸上谈兵”时,国网浙江电力已主导立项“多端柔性直流输电仿真建模研究”科技项目,在柔性电力技术的研究中投入了第一笔资源。彼时正值舟山柔直工程规划建设之初,柔性直流输电的核心技术与发达国家还存在较大差距。但很快,一支支攻关团队组建起来,多端柔直控制保护、换流阀设计、直流故障快速恢复等一项项核心技术被相继攻克。
随着研究的深入,研究重点逐步从实验室转向现场应用。2013年以来,“多端柔性直流输电关键技术研究及示范应用”等多个国网科技项目立项实施,吸引产学研用等更多领域的力量加入进来。团队牵头研制的全套柔性直流输电装备,为±420千伏渝鄂直流背靠背联网工程、±800千伏昆柳龙直流工程、±400千伏如东海上柔直工程、±500千伏张北柔性直流工程等柔直工程建设打下技术基础。这些技术成果还走出国门,支撑了德国海上风电、沙特柔直等项目建设。
2016年,柔性电力技术的应用从输电领域向配电领域延伸,国网浙江电力首次牵头立项了国家重点研发计划“智能配电柔性多状态开关技术、装备及示范应用”,并于2018年在杭州建成了全国首个智能柔性直流配电网示范工程,通过灵活转供保障用户供电,年平均减少8万千瓦时电量损失。
此外,柔性电力工程的建设还推动了构网型换流器、能源汇集站等其他相关技术的创新,产出直串式潮流控制器、直挂式储能等自主研发的新型装置,形成155项发明专利成果,立项IEEE国际标准1项,发布国家标准6项、行业标准7项。柔性低频输电成套设计技术、柔性互联装置、电能质量治理装置等实现了成果转化,签订合同额超5千万元。
截至目前,在柔性电力技术领域,国网浙江电力累计立项了国家级项目2项、省部级项目17项、省公司级项目34项,总结形成了“国重项目、国网项目、公司项目”全链条集群式攻关模式,建立了“技术论证、示范运行、装备提升、推广应用”自主创新路径。
在自主研发和成果转化方面,国网浙江电力相继发布“十四五”科技规划、《浙江构建新型电力系统重点技术问题与攻关计划》等规划文件,提出在电力系统源网荷储领域开展柔性电力技术攻关和装置研发,建立具有自主知识产权的柔性电力技术体系。
严密、前瞻的布局,使得柔性技术在浙江逐步生长、壮大,为构建新型电力系统、推动能源转型持续贡献“浙江智慧”和“浙江方案”。
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