微动态丨新型电力系统建设倒逼电网技术加快升级
——访国网智能电网研究院有限公司总工程师贺之渊
■本报记者 董梓童 苏南
(资料图)
要实现碳达峰碳中和目标，就要加快电力行业清洁低碳转型，持续发展可再生能源，助力能源结构、消费变革。然而，随着新能源装机规模增长、占比提升，其波动性、不稳定性等特性给电网安全稳定运行提出了新挑战。
因此，构建新型电力系统不仅需要电源端技术进步，也离不开先进电网技术的支撑。作为我国先进电网技术的创新基地、先进设备的研发基地，国网智能电网研究院有限公司（以下简称“国网智研院”）长期致力于特高压、柔性交直流输电技术的研发升级。近日，记者就现阶段我国电网技术水平、未来电网技术发展方向及困难等问题采访了国网智研院总工程师贺之渊。
■■■传统电网要适应新型电力
系统建设要求
中国能源报：我国曾开展多年智能电网建设，新型电力系统给智能电网带来哪些挑战？
贺之渊：新型电力系统和智能电网的概念是一致的，只是在新的形势下，对智能电网的内涵提出了新要求。然而，尽管新型电力系统已经提出了具体要求，但其建设路径等关键问题并没有完全明确，这对电力产业上下游企业而言，将是很大的挑战。
据预测，到2030年，我国电源侧新能源日内最大波动可能达到5亿千瓦以上，电力系统调节压力越来越大，这要求输电技术能把传统的刚性电力系统变得更柔性一些，实现电力系统多种能源时空互补与广域互济。因此，在新型电力系统建设中，要聚焦先进输电技术、设备，将先进输电技术与新型电力系统建设需求融合起来，将新技术与老电网结合起来，实现电网柔性化、智能化、数字化，进而支撑新能源高比例接入，让电网发挥更大作用。
例如，直流输电可以实现电能远距离、大容量传输，但端对端的结构却使其调节特性、输电灵活性大受限制。因此，未来直流输电将逐步向多电源、多落点的网络化方向发展，进一步提升电力系统运行的灵活性与经济性。未来我国可以在西部、东部沿海等地构建由风、光等多种能源构成，多区域、多落点的柔性直流输电网络，增强电网功率互济能力，提升新能源送出效率。此外，可再生能源电力不仅要配合电网工作，还要有主动支撑能力，保障电网安全运行。这是新型电力系统建设的必然要求。
■■■柔性交直流输电技术与装备大有可为
中国能源报：目前我国电网技术、装备对构建新型电力系统有何支撑作用？
贺之渊：电网技术与装备是实现电能转换与传输的基础，是新型电力系统中实现源网荷互动的中枢环节。随着大规模新能源外送比例越来越高，除现有常规交流输电技术及装备外，还需要可控性高、经济性好、支撑能力强的新型输电技术与装备，特别是以电力电子技术为核心的柔性交直流输电技术与装备，主要包括特高压直流、柔性直流、灵活交流等技术。
在特高压直流技术方面，目前国家电网公司累计建设投运15项特高压直流工程，最远输电距离达到3300公里，最大输电容量达1200万千瓦。我国能源资源禀赋决定了在新型电力系统建设的过程中，仍需要更多的特高压直流输电工程，以便将西部大规模新能源集中外送。同时在东部负荷中心，通过改进换流器拓扑，提高其抵御交流故障的免疫能力，避免多馈入直流连锁换相失败引发电力系统稳定问题，实现新能源规模消纳。
在柔性直流技术方面，我国建成投运了世界首个柔性直流电网工程——张北柔性直流电网工程，同时国网智研院今年成功中标德国海上风电柔性直流送出工程，实现我国高端输电技术首次进入欧洲。柔性直流作为新一代输电技术，可有效应对新能源的波动性和间歇性，为大规模新能源友好并网提供支撑。在我国西部，可以通过多种能源的广域直流互联，实现高比例新能源电力系统的实时功率平衡。在我国东部深远海风能资源丰富地区，也需要通过柔性直流技术实现海上风电输送。
在灵活交流技术方面，静止无功补偿、串补等技术已实现广泛应用，提升了电网的动静态电压支撑能力和线路输电容量。 UPFC（统一潮流控制器）、SSSC（ 静止同步串联补偿器）、低频输电等新技术也实现了示范应用，这些技术可以大幅提升含有大规模新能源的交流网络的输电能力，实现电力系统潮流快速调节，支撑新能源快速调控。
■■■先进技术要立足于
解决更广域的电力问题
中国能源报：如何将上述先进技术与新型电力系统建设要求结合起来？
贺之渊：当然，无论是特高压还是柔性直流输电技术，抑或是柔性交流输电装置等，都是解决一个点或一条线的问题。面对新型电力系统建设的新要求，必须解决一个面乃至更广域的电力问题，将特高压、柔性交直流输电等技术有机结合起来。同时，可以通过改变局部电网结构，如将直流接入局部电网或通过交直流混合接入、全直流的新能源单独构网及与交流联合并网，实现更高比例新能源安全并网、高效消纳。
对于像江苏、上海这种大型负荷中心地区，电力送入有两大困难：城市和工业建筑用地密度很大，线路走廊紧缺，对新增输电线路的功率密度要求很高；该地区已有多条特高压常规直流密集馈入，其固有的换相失败风险导致电网安全稳定运行压力不断增大。为此，国家电网公司创新性地提出了混合级联、多落点的特高压混合直流方案，白鹤滩送出特高压工程（包括白鹤滩-江苏、白鹤滩-浙江特高压直流工程）也是世界上首个采用“混合级联拓扑”的特高压直流输电工程，通过将电流源型常规直流技术和电压源型柔性直流技术进行深度融合，首次实现了大容量和灵活可控的统一。
在方案中，送端换流站仍采用常规的电流源型换流器，受端采用电流源型换流器串联多个电压源型换流器，主要有三个优势：保留了常规直流的低成本、高功率密度、窄输电走廊优势；可利用柔性直流灵活并联构成多落点系统，兼顾苏南地区多个负荷中心电力需求，缓解500千伏交流主网架的电力疏散压力；可发挥柔性直流无换相失败、功率高度可控等优势，提高苏南电网电压支撑能力，增强交流系统的稳定性。
■■■开发海上风电
有利于减轻西电东送压力
中国能源报：海上风电渐成新能源发展的新趋势，对构建新型电力系统有何意义？海上风电应如何健康发展、安全送出？
贺之渊：个人认为，海上风电将在我国新型电力系统的构建中扮演极其重要的角色。目前已出炉的沿海省（市）海上风电规划已超过1.5亿千瓦，其中“十四五”规划近0.6亿千瓦。大规模海上风能资源开发，可以推动我国东部、南部沿海省份能源供给侧结构性改革，实现能源转型。同时，海上风电靠近东部负荷中心，开发海上风电可以弥补我国能源分布与经济发展地区不平衡的缺陷，减轻西电东送通道建设的压力，有利于我国电网整体的安全稳定运行。
柔性直流输电技术是目前远海风电送出的主流方式，该技术在欧洲已经广泛应用于远海风电接入，但我国还处于前期技术探索阶段。如国内的如东海上风电场项目，其海上平台体积超过30万立方米，总重量超过2万吨。国家电网公司中标的德国海上风电柔性直流送出工程，海上平台的设计方案体积约10万立方米，总重量约1万吨，这在欧洲已是标准化设计。
因此，要推进海上风电发展，要解决三个方面的主要问题：一是要提升海上风电系统的友好性、可靠性、稳定性，突破海风系统对电网的主动支撑、电力电子宽频域谐振抑制以及海风多端互联协同送出等关键技术；二是必须开展轻型化、紧凑化设计，大幅降低当前柔性直流换流平台建造成本，同时考虑到海上风电特殊的环境及地理位置，积极开发远程运维和智慧诊断技术，实现平台设备状态的全面可控、可观、可预测；三是要积极探索新的海上风电送出技术，目前国网智研院联合风机厂家、高校等单位正在共同开展直流风机开发，采用全直流升压并网从而进一步提升海上风电的技术经济性。
中国能源报：除海上风电外，国网智研院在新型电力系统建设中还将开展哪些工作？
贺之渊：目前国网智研院在先进交直流输电技术、高性能电工材料、网络安全方面已走在行业前列，取得了多项拥有自主知识产权的国内首台（套）、国际领先水平的研究成果，不仅实现国产替代，且与跨国公司“同台竞技”，如中标5个欧洲柔直工程系统设计合同，开发出完全自主知识产权的交直流电缆用绝缘料，打破了陶氏化学、北欧化工等跨国公司垄断。因此，面对新型电力系统建设的历史机遇，国网智研院已具备有所作为、引领发展的基础条件，下一步，将瞄准未来电网发展前沿技术领域，强化关键技术攻关，深化科研机制改革，以先进输电技术为先导，带动我国能源技术、装备由国产替代走向国产引领。
-
无相关信息
