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交流还是直流?“直达航班”和“公路交通网”只能互补,不能互代

发布时间:2023-3-21    来源:天科电力    浏览次数:
《国家电网报》12月31日发表《科技日报》记者瞿剑的文章,摘要如下:
交、直流输电技术的前世今生
其实,早在19世纪末,科学界就曾上演过一场“交、直流之争”。
当时,围绕使用交流输电还是直流输电,科学家划分为截然不同的两派:美国发明家爱迪生、英国物理学家开尔文都极力主张采用直流输电;而美国发明家威斯汀豪斯和英国物理学家费朗蒂则主张采用交流输电。争论的结果是,交流输电以其组网和便捷的升压优势,成为电力系统大发展的起点。
如今,电力技术经过100多年发展,已同当年不可同日而语,而直流输电的优势也并未被忽视。中国工程院院士李国杰如此分析个中原因:“大功率电力电子技术的发展与成熟,使得直流输电受到青睐,远距离大功率输送促使直流输电进一步发展,直流输电系统还提高了电力系统抗故障的能力,无需进行无功补偿,同样电压等级的直流输电能输送更大功率,损耗小。”目前,世界各国几乎都采用了大范围交直流混合电网技术。随着电压等级从10千伏、110千伏到500千伏,再到1000千伏的不断升高,电网规模也在不断扩大,相应的交、直流输电技术始终同步发展,在工程应用上也实现了高度融合。
“直达航班”和“公路交通网”只能互补,不能互代
中国科学院院士、中国电科院研究员周孝信指出,直流输电和交流输电只能互补,不能互相取代。他介绍,直流输电只具有输电功能、不能形成网络,类似于“直达航班”,中间不能落点,定位于超远距离、超大容量“点对点”输电。直流输电可以减少或避免大量过网潮流,潮流方向和大小均能方便地进行控制。但高压直流输电必须依附于坚强的交流电网才能发挥作用。
交流输电则具有输电和构建网络双重功能,类似于“公路交通网”,可以根据电源分布、负荷布点、输送电力、电力交换等实际需要构成电网。中间可以落点,电力的接入、传输和消纳十分灵活,定位于构建坚强的各级输电网络和经济距离下的大容量、远距离输电,广泛应用于电源的送出,为直流输电提供重要支撑。
中国工程院院士、国网电科院研究员薛禹胜告诉记者:“电网的发展不可能单纯依靠直流输电,也不可能单纯依靠交流输电,而是需要构建交流、直流相互支撑的坚强电网。”他认为,无论从技术、安全还是经济的角度,构建交直流混合电网,才能充分发挥各自功能和优势。“这已成为电网发展的基本规律和共识。”
“不能说我们今天的电网就是最完美、再没有发展余地的电网了”,前国家能源局局长张国宝展望:“未来能够保证安全的同步电网也许会更大。”
如今的特高压,可能只是未来的寻常电压等级
周孝信介绍,人类发现并使用电力以来,对于电力的需求一直以几何级数增长,与此相应,世界电网也经历了电压等级由低到高、联网规模由小到大、资源配置能力由弱到强的发展历程。1891年,世界上第一条高压输电线路诞生时,电压只有13.8千伏;到1935年,美国将电压提高到275千伏,人类社会第一次出现了超高压线路;1959年,前苏联建成世界上第一条500千伏输电线路;1969年,美国建成了765千伏超高压输电线路。直到2009年,以我国自主知识产权的1000千伏特高压交流工程投运为契机,世界电网迈入特高压时代。
“但这肯定不是终点”,他说,更高电压等级的出现,是电力技术不断发展的产物,也是经济社会发展催生的必然结果。“未来可能还会出现‘特特高压’。交流1000千伏、直流±800千伏、±1100千伏,在未来可能只是一些寻常的电压等级,就像我们现在看待110千伏、220千伏一样”。
特高压输电就像是“电力高速路”,具有输电容量大、输送距离远、覆盖范围广的特点和能耗低、占地少的显著优势。中国工程院院士、中国电科院院长郭剑波如此解读特高压电网:“随着特高压交直流输电技术的全面推广应用,电网不仅是传统意义上的电能输送载体,还是功能强大的能源转换、高效配置和互动服务平台。通过这个平台,煤炭、水能、风能、太阳能、核能、生物质能、潮汐能等一次能源能够转换为电能,实现多能互补、协调开发、合理利用;能够连接大型能源基地和负荷中心,实现电力远距离、大规模、高效率输送,在更大范围内优化能源配置;能够与互联网、物联网、智能移动终端等相互融合,满足客户多样化需求,实现安全、高效、清洁的能源发展目标。”
特高压直流“万吨轮”需停靠特高压交流“深水港”
交流电网的电力交换能力应该与直流的容量相互匹配,才能使交流电网具有安全承接直流故障后潮流转移的能力,500千伏交流电网与500千伏直流是相互匹配的,特高压直流与特高压交流也是匹配的。“如果将500千伏直流比作大型船只,那么特高压直流就是万吨巨轮,需要停靠安全、稳固的深水港,这个深水港就是特高压交流电网”。郭剑波这样描述特高压交流与直流电网间的关系。
按照国家能源规划,加快推进国家综合能源基地建设,通过加大西电东送、北电南送输电规模,在更大范围内配置电力资源,解决电力发展中存在的生态环境日益恶化、能源供应成本持续上涨和煤电运持续紧张的矛盾。这是世界其他国家不曾遇到过的,而解决问题的关键,则是构建“强交强直”的特高压输电网络。
我国鄂尔多斯盆地、蒙西、山西等能源基地距离负荷中心相对较近,宜通过特高压交直流输送,既兼顾近区京津冀鲁用电需求,又能满足华东、华中用电需要。新疆、蒙东、西南等能源基地相对较远,适宜通过特高压直流输送。
参与分析论证的华北电力大学教授曾鸣告诉记者,通过大量仿真分析计算,对多种电网规划方案进行了的详细、全面对比研究,专家得出了“三华” 特高压同步电网即所需要的“合理的电网结构”的结论,使直流集中馈入规模趋于合理,提高了交流电网的支撑能力。构建“强交强直”输电格局,既能发挥直流远距离输电优势,又可确保电网的安全可靠、经济高效运行。
目前,随着特高压直流输电工程的陆续开工和投产,长三角地区500千伏电网短路电流超标的风险已经显现,现有500千伏交流电网与特高压直流不匹配的问题,将随着特高压直流工程的满载运行而变成现实,而由于相应的特高压交流工程迟迟不落实,使电网技术和运行人员对如何避免“强直流、弱交流”可能引发的连锁反应而忧心忡忡。加快建设特高压交流主网架,构建坚强合理的华东受端电网,已成为当前电网发展的当务之急。

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