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碳中和推进动力互联网建造加速

概述

  发烧友报导(文/程文智)2015年12月,《联合国气候变化结构条约》近200个缔约方在巴黎气候变化大会上到达《巴黎协议》。该协议为 2020 年后全球应对气候变化举动做出安排。从环境维护的视点看,《巴黎协议》的最大奉献在于清晰了全球一同寻求的“硬指标”。其长时间方针是将全球平均气温较前化时期上升幅度操控在2℃以内,并尽力将温度上升幅度约束在1.5℃以内。只要全球赶快完结温室气体排放到达峰值,本世纪下半叶完结温室气体净零排放,才干下降气候变化给地球带来的生态危险以及给人类带来的生计危机。

  在《巴黎协议》到达后的5年来,欧盟、加拿大、日本、以及我国等逾越30多个国家和区域出台了本国碳达峰和碳中和的方针方针。比方2020年9月以来,我国领导人屡次在重要场合着重要在2030年碳排放达峰,2060年完结碳中和方针;日本和韩国提出了2050年完结碳中和的方针;欧盟也提出了2050年碳中和的方针。

  在不久前的2月8日,联合国秘书长古特雷斯在英国格拉斯哥举行的《联合国气候变化结构条约》第26次缔约方会议的准备状况线上简报会上着重完结碳中和,及树立全球碳中和联盟的重要性。他期望能在2050年之前,全球完结碳中和。

  也就是说,要想削减碳排放,就需求尽量削减化石动力的耗费。可是,在我国,煤炭仍然在动力和电力结构中占有很大的份额,依据中电联最新的统计数据,2020年煤炭在一次动力消费结构中的占比约为56.7%,火电发电量在我国总发电量中的占比约为67.8%。

  要想到达碳中和,我国在动力供应端就需求更多地运用太阳能、风能、生物质能、水电等可再生动力;在动力消费端提高电力的消费份额,下降二氧化碳的排放;在动力传输端则要下降损耗。

  在可再生动力中,首要有传统的水电、新式的光伏、风电,以及仍在技能立异中的生物质能(包含废物发电、生物燃料等)、地热能和潮汐能等等。

  一般来说,电力系统由发电、输电、变电、配电和用电等环节组成。发电厂将一次动力转化成电能,经过输电和配电将电能运送和分配到终究电力用户,然后完结电能从出产到运用的整个进程。

  电力网依据在电力系统中的效果分为输电网和配电网。输电网是经过高压、特高压输电线路从发电厂运送到变电站的环节。配电网是从变电站接受电能,经过配电设备就地或逐级分配给客户的电力网,一般把电力系统中二次降压变电站低压侧直接或降压后向客户供电网络称为配电网。配电网是电力系统向客户供电的最终一个环节,它由配电设备(其间包含馈线、配电变压器、断路器、各种开关等配电设备)、继电维护、自动装置、丈量和计量外表以及通讯和操控设备构成一个配电系统。

  在我国配电系统中,电压等级包含 10kV、20kV、35kV 和 110kV 等,其间10kV 是我国使用最广的配电电压等级。

  跟着可再生动力的份额越来越高,电力系统遭到的应战也越来越大。由于传统的电力系统是一个电源跟着负荷动摇运转的系统,而新动力参加之后,电源侧不可控的随机动摇性也增大,要求其他电源也要平抑新动力的动摇。而新动力份额越高,动摇越大,其他调理电源需求作出的调整越大。

  还有一点是,新动力的出力曲线往往与负荷曲线并不匹配,极点状况下甚至呈现相背的特色。光伏“晚峰无光”,风电“极热无风”,以及冬天常见的阴雨寡照、静稳雾霾和低温冰冻气候,往往形成新动力在冬夏用电顶峰时“惊惶万状”。2020年8月14、15日,美国加州在高温大负荷期间,就因晚峰时段新动力减发导致大规模停电。在国内,新动力份额较高区域屡次呈现发电低于猜测,被逼对工业用户施行有序用电办法。

  此外,对电力系统而言,有必要将沟通电压的幅值、频率以及经过输变电设备的电流维持在限额之内,才干安全有用传输电能。这需求电力系统中的电源能够为系统运转供给满意的旋转备用、电压支撑和转动惯量,以应对各种设备毛病。水火电等同步发电机性质的电源,因转子质量大、惯性大,在电压和频率小幅动摇时可安稳运转,所以能够牢靠有用地供给上述三种辅佐服务。新动力因源端获取的能量动摇不稳、或以直流电流方式输出,所以有必要经过由电力电子器材构成的变频器、逆变器方能并网运转,电力行业称之为“电力电子化电源”。受此技能特性影响,新动力难以向电力系统供给与其发电功率相应的旋转备用和转动惯量,能够供给的火电机组为了让出电能消纳空间,不能开机并网。

  因而,从现在的技能水平来看,未来的电力系统必定是“双高”的,即并网运转的设备中新动力份额高、电力电子化份额高。“双高”电力系统怎么安全安稳运转现在仍是“无人区”,全国际的电力系统运转者都还在探寻探索。

  最近的典型事例是英国2019年8月9日下午产生的大停电。这次停电形成了包含伦敦在内的100万电力用户遭到影响。事端的原因仅仅一同电力系统运转中常见的线路接地毛病,却在英国最大的海上风电场导致很多机组变频器因无法接受电压动摇跳闸,功率缺失后系统频率小幅下滑,又引发各地配电网的散布式光伏因逆变器耐频功能缺少、无序脱网,进一步拉低系统频率;而此刻并网惯例电源较少,无力供给足额的旋转备用和转动惯量,遏止系统频率一步步下滑,直到跌至48.9Hz,引发配电网中为避免系统频率溃散而设置的低频减载自动装置动作,切除了很多负荷,形成大面积停电,才稳住系统频率跌势,阻挠了英国电力系统的全面溃散。产生大停电的英国,其可再生动力装机份额约为47%,一起具有杰出调理功能的天然气装机份额逾越40%,但调理电源充沛并不意味着能够应对系统缺少转动惯量的问题。

  为了应对这种状况的产生,我国现在的做法是期望构建刚强智能电网来避免此状况的产生。比方我国智能电网的总体方针是:建造以特高压电网为主干网架,各级电网协调开展,以信息化、自动化、互动化为特征的刚强国家电网,全面提高电网的安全性、经济性、适应性和互动性。

  在2008年,美国闻名学者、经济趋势基金会主席杰里米˙里夫金首要提出了“动力互联网”(Energy Internet)的概念。所谓的“动力互联网”指的是“互联网”与动力出产、传输、存储、消费以及动力商场深度交融的动力工业开展新方式。

  据全球动力互联网开展协作安排在2017年2月发布的《全球动力互联网开展战略白皮书》介绍,全球动力互联网是以特高压电网为主干网架,刚强智能电网为根底的动力网络,分为国内互联、洲内互联和洲际互联三个开展阶段。

  依据《全球动力互联网开展战略白皮书》的测算,构建全球动力互联网能够拉动国际出资规模逾越50万亿美元。2030年到2050年,各国各洲电网或将完结互联互通,全球动力互联网成形。

  其实动力互联网的中心特高压直流输电+清洁动力+智能电网,而特高压输电是完结清洁动力发电全球规模调剂的仅有途径。依照国家电网公司的设想,2020-2030 年将是建造全球动力互联网的第二个阶段,首要用作是推进洲内大型动力基地开发和电网跨国互联。

  就在2020年12月27日,跟着国家动力局局长章建华下达发动投产指令,国家西电东送要点工程------乌东德水电站送电广东、广西特高压多端柔性直流演示工程正式建成投产。这是国际上第一条±800千伏特高压多端柔性直流输电工程,其建成投产简直登上了年度动力新闻排行榜前列,被以为“我国在国际上首先系统把握了特高压多端混合柔性直流技能系统”,并“引领国际特高压技能进入柔性直流新时代”。

  此前,国际干流输电形式都是“直流送电、沟通组网”。这是交直流输电自身的技能特性决议的:惯例直流首要用于点对点、远距离、大容量电源外送,而不能组网;沟通输电则能够满意惯例电源送出和电网互联需求,且成本低。但这一基本形式却面对一个“原理性障碍”,即所谓“多直流馈入”问题。当大流量的惯例直流汇入电网,就像一条大河流入一个水库,一旦惯例直流线路“闭锁”,就像河水忽然截停,会导致水库缺水。

  可是柔性直流改动了这一切。柔性直流(flexible)是20世纪90年代鼓起的新一代“电压源型”直流输电技能。和传统“电流源型”直流比较,它对电压、频率的操控愈加灵敏,就像一个彻底可控的水泵,能够精准操控水流的方向、速度和流量,使水库愈加平稳,河流被截停的几率也大幅下降。

  柔性直流输电也是未来我国电网晋级的重要技能手法。它能够处理当时大电网面对的许多问题,比方孤岛供电、城市配电网的增容改造、异步沟通系统互联、大规模新动力发电并网等,对传统沟通电网具有重要的互补价值。其中心电力电子器材是全控型IGBT器材。

  依据国家电网的数据显现,截止到2021年2月,国家电网建成投运“十三交十一向”24项特高压工程,核准、在建“一交三直”4项特高压工程。已投运特高压工程累计线公里、累计变电(换流)容量39667万千伏安(千瓦)。加上南方电网在运的“4直”,现在国内在运的特高压直流网共有15个。

  依据《我国“十四五”电力开展规划研讨》的猜测,到2025年,我国特高压直流工程将会到达23个,总运送容量到达1.8亿千瓦。就在2020年11月,国家发改委核准了白鹤滩-江苏直流工程,该工程全长2087公里,总出资307亿元,方案2022年建成投运。

  有业内人士估计,未来我国特高压线路将会进入常态化核准状况,我国动力互联网出资建造脚步将会继续加速。

  在碳中和方针的推进下,加上我国动力的散布和耗费散布不均,需求大容量、长距离运送动力,特高压作为新动力大规模远距离消纳的重要手法,无疑会成为“十四五”,甚至“十五五”出资的要点。在特高压直流输电系统中,换流站的出资额占到了整个工程出资的30%左右,而换流站中的换流阀/IGBT、直流避雷器、操控维护系统和换流变压器等为首要开销。

  也就是说,动力互联网建造的加速,对IGBT、换流变压器、直流避雷器、桥臂电抗器等电力电子器材的需求也会进一步提高。

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