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第三代電網興起 引發新一代電網設備的革命

2015/10/16 13:56:54點擊:

4月19日到20日,第三屆中國電力發展和技術創新院士論壇在北京召開。兩年一屆的院士論壇由中國電力科學研究院主辦,論壇以交流電力科學領域創新成果,凝聚學術合力,搭建合作平臺為目的,云集電力科學相關領域的學者專家,交流最新學術動向及展望行業未來發展趨勢。本屆論壇的與會代表在“電力系統及自動化”“能源與發電”“輸變電工程”“電工材料與用電”等領域展開探討。本刊推出專題報道,以反映論壇上的創新思想和院士們的真知灼見。

      “當前,全球能源短缺、資源緊張、氣候變化等問題日益突出,我國在能源安全、能源效率、能源環境等方面也面臨嚴峻挑戰。要從根本上解決這些問題,必須走創新發展道路,大力轉變能源發展方式。”4月19日,國家電網公司總經理劉振亞在第三屆中國電力發展和技術創新院士論壇上作主旨發言時強調。
      
周孝信、盧強、鄭健超、薛禹勝、潘垣、饒芳權等32位中國科學院、中國工程院院士齊聚第三屆中國電力發展和技術創新院士論壇。為期一天半的會議圍繞“創新驅動發展”主題探討國內外能源與電力科研的最新進展、最新成就和前沿技術,展望中國能源和電力技術的發展趨勢。
      特高壓實現能源可持續發展

   
黨的十八大指出,科技創新是提高社會生產力和綜合國力的戰略支撐,必須擺在國家發展全局的核心位置。習近平總書記強調,實施創新驅動發展戰略是立足全局、面向未來的重大戰略。中央今年年初發布了《關于強化企業技術創新主體地位,全面提升企業創新能力的意見》,對大力培育創新型企業提出了更高要求。

劉振亞總經理在19日的發言中指出:“作為全球最大的公用事業企業、作為關系國家能源安全的國有重要骨干企業,我們深切體會到,創新決定企業的核心競爭力,引領企業的發展方向,提高創新能力是國家電網公司做強做優的關鍵。”

取得的科技創新成績是公司多年來堅持創新發展的直接反映。今年1月18日,“特高壓交流輸電關鍵技術、成套設備及工程應用”榮獲國家科技進步獎特等獎。多位專家在本次論壇上闡述了特高壓推動全國能源資源優化配置,促進清潔能源加快發展,帶動裝備制造產業升級,構建洲際輸電大通道的重要意義。我國能源資源與生產力逆向分布,能源結構以煤為主,能源開發加速向西部和北部轉移,風電、太陽能發電等大規模、集約化發展,決定了全國優化能源配置的重要性和加快發展特高壓的必要性。加快發展特高壓,實現“以電代煤、以電代油、電從遠方來”,是解決我國能源問題的必然選擇。

 “我們經過深入研究、反復論證,提出了加快建設‘三華’特高壓同步電網,構建強交強直、緊密耦合、優勢互補,實現‘西電東送’、‘北電南供’輸電格局。計算結果表明,‘三華’特高壓同步電網潮流轉移能力強,安全穩定水平高,能夠抵御重大自然災害和各類嚴重故障的沖擊。特高壓的全面突破,對于解決中國能源乃至世界能源可持續發展問題,意義十分重大。”劉振亞說。

在4月19日上午論壇開幕式上,大會名譽主席、中國工程院副院長謝克昌在其題為《能源生產和消費革命及電力在其中的主體作用》的主旨報告中談到,國家電網在特高壓設備、設計、試驗制造方面打破壟斷,解決了世界輸電難題,攻克了大容量(百兆瓦級)風光儲聯合發電關鍵技術。

謝克昌說:“弘揚‘努力超越、追求卓越’的國家電網公司是強大的國家能源配置平臺,是國家綜合運輸體系的重要組成部分,是推動能源生產和消費革命、促進國家能源結構調整,服務能源產業做強做優的重要動力。在特高壓領域實現了中國創造和中國引領的國家電網公司為我國能源電力可持續發展、電力技術和裝備走向世界奠定了堅實基礎,也一定會為我國能源生產和消費革命做出新的貢獻。”

 第三代電網興起

自上世紀末以來,面對世界范圍內化石能源日漸枯竭,以及全球氣候變化和環境惡化的現實威脅,一場新的能源革命在世界范圍內悄然興起。

在中國科學院院士周孝信看來,新形勢下,我國能源和電力的發展面臨著空前的發展機遇和轉型挑戰。我國以煤為主的能源結構和電源結構將在今后幾十年內逐步轉變;可再生能源、核能、天然氣等清潔能源發電(與煤電一起)將逐步成為主力電源;電網的發展也將經歷重大轉型,以清潔化(接納大規模可再生能源電力)和智能化為主要特征的下一代電網將成為未來電網發展的趨勢和方向。
      “能源革命帶來的發電能源清潔化和一定程度的分散化,以及信息技術發展帶來的智能化兩大因素,促使電網開始轉型。”周孝信說。

謝克昌院士與周孝信院士觀點近似,他認為能源生產和消費革命將帶來新型的能源供需協調模式和資源保障模式;通過資本投入和技術創新會驅動傳統化石能源(含非常規油、氣)生產和消費方式的根本轉變;會大力科學發展新能源和可再生能源,提高其在一次能源中的比例。

謝克昌提出了IDDD+N的供需協調模式,即轉換整合化(Integration of systems)、需求精細化(Differentiation
of demands)、供給多樣化(Diversification of
supply)、布局分布化(Decentralization),加上協調、控制、管理網絡化(Network)。他把這套方法總結為全生命周期分析,而其背后蘊含的“哲理”則是把合適的能源用在合適的地方。

在新能源革命的背景下,電網具有了新使命,將成為接收大規模集中式和分布式新能源電力的輸送和分配網絡;成為靈活、高效的智能能源電網;成為安全可靠的電力供應系統,具有極高的供電可靠性;與信息通信系統廣泛結合,成為能源、電力、信息綜合服務體系。

當前,世界范圍內大規模展開可再生能源開發應用和智能電網建設,開啟了第三代電網發展和建設的進程。周孝信說:“我國未來第三代電網的構成,將遵循國家主干輸電網與地方輸配電網、微網相結合的模式。主干輸電網能滿足風能、太陽能、水電等大規模可再生能源和清潔煤電等大型常規能源基地的大容量、遠距離電力輸送,以及大范圍優化配置和間歇性功率相互補償等需要,實現輸電網的安全、高效運行。配電網能適應中小型分布式電源的開放接入和電力需求側互動管理的需求,配電網終端將較多采用微網結構,可實現潮流的雙向控制,提高供電可靠性和終端能源利用率,并形成多網合一的能源信息綜合服務體系。”

周孝信預見,我國將始終存在大容量遠距離輸送電力的基本需求。我國西部水電、西部和北部超大規模荒漠太陽能電站、北部和西北部大規模風電等將有很大發展。他解釋說:“未來,西電東送輸電網將由目前滿足水電和煤電的大容量遠距離外送為主,逐步轉變為水電、煤電、風電和光伏發電外送并重,輸電網的功能將由單純輸送電能轉變為輸送電能與實現各種電源相互補償調節相結合。”


  新一代電網設備的革命性影響


新型電網設備的研發方向取決于電網發展的趨勢和需求。傳統電網設備的工程應用已有上百年歷史,而超導材料、納米技術、新型電力電子器件等新材料、新技術、新器件的出現,為研發面向未來的新一代電網設備創造了條件。中國工程院院士鄭健超預見,新一代電網設備的工程應用將對電網的未來產生革命性的影響
      
變壓器是電網中量大面廣的設備,近年來,由于智能電網的需要,固態變壓器(又稱智能萬用變壓器)成為了研究熱點。它傳輸的功率密度比傳統變壓器大兩個數量級,因而重量和尺寸也相應降低了兩個數量級。鄭健超把其比喻為“把8000磅重的傳統配電變壓器變成75磅重的固態變壓器裝進手提箱”。這為建設高度緊湊化、全封閉、電磁環境影響小的智能變電站創造了條件。 除變壓功能外,固態變壓器還具有連續快速調壓、變頻、動態無功補償、電能質量控制等功能,把原來多種設備的功能融合為一體。鄭健超說:“這是未來智能電網最基礎的設備。現在,大家對用交流還是直流有爭議,如果以后采用了這樣的設備,則由控制系統說了算,既可同步又可異步,這個問題就迎刃而解了。”

固態變壓器將首先在配電網應用,包括高層樓宇供電、電力機車供電、電動車快速充電、風電光伏發電等間歇式電源直接接入最終用戶等。這種設備以后還有可能進入輸電網使用,屆時將對同步/異步聯網、系統穩定控制、大型風電站接入、動態無功控制產生重要影響。
 院士論壇上還預測,隨著現代信息、通信技術的飛速發展,電網的傳感—測量系統在向著傳感器網絡方向發展。具體可分為供電企業對電網安全、經濟運行實施監測和控制的傳感器網絡,如廣域監測系統(WAMS)、電網故障定位重要設備狀態監測等,和智能配電網中側重電力客戶的傳感器網絡,包括智能電表、客戶負荷自動調查、電纜故障定位、樓宇能量管理等。從長遠來看,除了電力、電量準確測量和計量的設備,現有的電網測量設備和信息通信系統可能要演變為新一代電網的傳感器網絡。其中,無線傳感器會得到日益廣泛的應用。

電網建設的大規模發展,也為科研創新提供了更優良的土壤,加速了新一代電網設備的面世。鄭健超說:“我們的交流特高壓工程核心設備都是中國制造了。去年錦屏—蘇南特高壓直流工程投運,我們自主知識產權的換流閥研制成功而且應用性能非常好。”


 信息來源:《國家電網》

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