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世界特高壓輸電技術(shù)邁進柔性直流時代:剛?cè)岵?澎湃東來

中國電力網(wǎng)發(fā)布時間:2020-12-30 11:15:48  作者:孫維鋒 張偉雄 辛鎮(zhèn)瀚 王淳

  南方電網(wǎng)公司堅持以習(xí)近平新時代中國特色社會主義思想為指導(dǎo),認真貫徹黨中央、國務(wù)院重大決策部署,深入落實“四個革命、一個合作”能源安全新戰(zhàn)略,舉全網(wǎng)之力,努力將烏東德電站送電廣東廣西特高壓多端柔性直流示范工程(簡稱“昆柳龍直流工程”)打造為向建黨100周年獻禮的政治工程,服務(wù)新時代推進西部大開發(fā)形成新格局、粵港澳大灣區(qū)和深圳中國特色社會主義先行示范區(qū)建設(shè)的標(biāo)桿工程。

  作為世界第七大水電站——烏東德水電站的主要送出“大動脈”,工程從云南出發(fā),跨過1452公里的高山河湖,把電站豐沛的水電分別送往廣東和廣西的用電負荷中心。其提前投產(chǎn),為寒冷的今冬送上充足的“民生電”,更為兩省區(qū)送上清潔的“生態(tài)電”。

  工程預(yù)計每年送電330億千瓦時,相當(dāng)于海南省一年的全社會用電量。它有效解決“十三五”末及中長期云南水電消納問題,為滿足“十四五”和后續(xù)粵港澳大灣區(qū)經(jīng)濟發(fā)展用電需求奠定堅實基礎(chǔ)。預(yù)計,工程投產(chǎn)后,南方電網(wǎng)的非化石能源電量占比,將從2019年的52.9%提升至54%甚至更高。

  工程在科技創(chuàng)新上取得了重大的突破,是國家首個特高壓多端直流示范工程,是世界首個特高壓柔性直流工程,也是目前世界上電壓等級最高、輸送容量最大的多端混合直流工程。

  工程采用安全性、靈活性、穩(wěn)定性更高的柔性直流技術(shù)。在此之前,世界上柔性直流的最高電壓等級為±500千伏,工程則提升到前所未有的±800千伏。世界特高壓輸電技術(shù)從此邁進柔性直流時代。

  為高效送出水電,又確保廣東、廣西電網(wǎng)受入巨量電能時的安全穩(wěn)定,工程首創(chuàng)多端混合直流輸電技術(shù),送電端采用常規(guī)直流,廣東和廣西2個受電端采用柔性直流,打造柔性直流輸電的“港珠澳大橋”。

  工程創(chuàng)造了19項電力技術(shù)的世界第一,主要設(shè)備自主化率100%,有力帶動國內(nèi)相關(guān)裝備制造業(yè)的高端化和設(shè)備的國產(chǎn)化。南方電網(wǎng)與國內(nèi)相關(guān)廠家共同研發(fā)的柔性直流關(guān)鍵芯片(IGBT)成功應(yīng)用到工程中,打破了國外少數(shù)廠家的壟斷。

  由于線路要穿越眾多復(fù)雜的地理和氣候環(huán)境,工程還首創(chuàng)架空線路直流故障自清除技術(shù)。當(dāng)遭遇外界環(huán)境沖擊突然短路時,工程能在0.5秒內(nèi)恢復(fù)正常運行,保障這條能源“大動脈”的穩(wěn)定輸送。

  據(jù)了解,南方電網(wǎng)主網(wǎng)架已經(jīng)發(fā)展成為世界上技術(shù)最先進、結(jié)構(gòu)最復(fù)雜、運行最穩(wěn)定的大電網(wǎng)之一。伴隨著工程的建成投產(chǎn),“十三五”期間南方電網(wǎng)全面建成了六大直流工程,以及海南聯(lián)網(wǎng)二回交流海纜工程,已經(jīng)形成了8條交流、11條直流的跨省西電東送大電網(wǎng),西電東送總能力超過5800萬千瓦。

  國之重器的龍頭帶動作用凸顯

  提前半年投產(chǎn),拉動產(chǎn)業(yè)投資近800億元

  工程于2018年3月29日由國家發(fā)展改革委核準(zhǔn)批復(fù)建設(shè),采用±800千伏特高壓三端混合直流系統(tǒng),輸送容量800萬千瓦。工程總投資242.49億元,線路起于云南昆北換流站,落點在廣西柳北換流站和廣東龍門換流站,途經(jīng)云南、貴州、廣西、廣東四省(區(qū))。

  工程建設(shè)規(guī)模大、工期緊、任務(wù)重,技術(shù)創(chuàng)新點多,關(guān)鍵設(shè)備研發(fā)難度大,且沒有現(xiàn)成經(jīng)驗可以借鑒,挑戰(zhàn)巨大。南方電網(wǎng)公司舉全公司之力推動工程建設(shè)。

  今年,公司克服了疫情帶來的重重困難,工程建設(shè)高峰期全線投入1.1萬余人,較原計劃增加20%以上,新增吸納了工程沿線地區(qū)大量人員就業(yè),全力穩(wěn)就業(yè)保就業(yè)。工程有效帶動了包括原材料、電力設(shè)備、電力電子器件、設(shè)計、施工、監(jiān)理、檢測等在內(nèi)的電力產(chǎn)業(yè)鏈上下游眾多企業(yè)的復(fù)工復(fù)產(chǎn)達產(chǎn),參建單位達40余家、物資供應(yīng)商達150家,拉動社會投資約780億元,在保產(chǎn)業(yè)鏈供應(yīng)鏈穩(wěn)定方面發(fā)揮了重要作用。

  作為烏東德水電站的水電送出工程,額定輸送容量約占烏東德水電站總裝機容量的80%。今年7月,工程提前30天實現(xiàn)第一階段投產(chǎn)送電,有效服務(wù)烏東德電站首批機組投產(chǎn)。

  公司切實落實習(xí)近平總書記關(guān)于“加快構(gòu)建以國內(nèi)大循環(huán)為主體、國內(nèi)國際雙循環(huán)相互促進的新發(fā)展格局”的重大部署,進一步加大投資力度、加快建設(shè)進度,實現(xiàn)昆北—柳北—龍門三端提前半年帶電投產(chǎn)。

  據(jù)了解,“十三五”期間,南方電網(wǎng)西電東送累計售電量突破1萬億千瓦時,是“十二五”期間的1.5倍。今年迎峰度夏期間,云南、貴州日均輸電通道利用小時數(shù)達到21.9小時,西電東送通道利用率高達91%,為歷年最高水平。

  央企創(chuàng)新國家隊主力軍作用凸顯

  創(chuàng)下19項世界第一,主要設(shè)備自主化率100%

  “這是一個領(lǐng)跑世界的超級工程。它的提前投運標(biāo)志著我國特高壓直流輸電技術(shù)提升到空前水平,開創(chuàng)出新的輸電模式,為世界電網(wǎng)發(fā)展提供大量寶貴的經(jīng)驗。”中國工程院院士、南方電網(wǎng)公司專家委員會主任委員李立浧表示,作為世界級工程,其技術(shù)難度、復(fù)雜性都達到了當(dāng)前輸變電領(lǐng)域的世界最高水平。

  自工程建設(shè)以來,公司整合國內(nèi)科研、設(shè)計、制造等單位,集中優(yōu)勢技術(shù)資源和力量開展科技攻關(guān),組建了柔直換流閥、控制保護、柔直變及電抗器、開關(guān)及套管等4個技術(shù)攻關(guān)團隊,解決了“單一模塊故障導(dǎo)致系統(tǒng)閉鎖”、系統(tǒng)運行方式優(yōu)化等世界級難題,在世界上率先建成系統(tǒng)全面的特高壓多端混合柔性直流技術(shù)知識產(chǎn)權(quán)體系,創(chuàng)造了19項世界第一,進一步擦亮“特高壓”的國家名片。

  特別是公司全力推動關(guān)鍵原材料(器件)研發(fā)與應(yīng)用,牽頭解決“卡脖子”問題,維護特高壓直流技術(shù)全產(chǎn)業(yè)鏈安全。工程包括大容量柔性直流換流閥、柔性直流變壓器、橋臂電抗器在內(nèi)的主要設(shè)備自主化率100%,原材料(器件)國產(chǎn)化率大幅提升。

  中國工程院院士、南京南瑞繼保電氣有限公司董事長沈國榮表示,工程推動了中國柔性直流輸電技術(shù)保持國際領(lǐng)先的地位,并通過“需求拉動”,促進能源電力產(chǎn)業(yè)鏈上下游企業(yè)及各方創(chuàng)新能力的快速提升。

  據(jù)介紹,在進口量最大的關(guān)鍵器件(IGBT)上,公司與中國中車共同研發(fā),一舉突破,在工程上實現(xiàn)該器件在高低端、全半橋、多型號的全面試用,并得到了有效驗證,關(guān)鍵性能指標(biāo)超過同類進口產(chǎn)品。

  工程自第一階段投產(chǎn)以來,連續(xù)滿負荷穩(wěn)定運行,累計送電超50億度,運行指標(biāo)、安全可靠水平世界領(lǐng)先,充分驗證了產(chǎn)業(yè)鏈整體制造水平。

  “工程的投產(chǎn)標(biāo)志著遠距離大容量輸電進入特高壓柔性直流輸電時代。”浙江大學(xué)教授、國際電氣電子工程師學(xué)會(IEEE)會士徐政表示,工程不但具有重大的現(xiàn)實意義,而且具有深遠的歷史意義。

  落實新發(fā)展理念的排頭兵作用凸顯

  100%輸送可再生能源,能源優(yōu)勢轉(zhuǎn)化為經(jīng)濟優(yōu)勢

  當(dāng)前,我國在推動高質(zhì)量發(fā)展中促進經(jīng)濟社會發(fā)展全面綠色轉(zhuǎn)型,力爭在2030年前二氧化碳排放達到峰值、2060年前實現(xiàn)碳中和。

  數(shù)據(jù)顯示,廣東省接收西電東送電量已連續(xù)9年維持正增長,近兩年均達到2000億千瓦時以上,約占廣東全省用電量的30%,每年為廣東企業(yè)減少用電成本約80億元。西電東送為粵港澳大灣區(qū)打造綠色低碳的“生態(tài)灣區(qū)”、實現(xiàn)PM2.5濃度逐年下降目標(biāo)作出了積極貢獻。

  工程投產(chǎn)后,年輸送電量預(yù)計可達330億千瓦時,全部為可再生能源,相當(dāng)于每年減少煤炭消耗950萬噸、減排二氧化碳2500萬噸,有效促進節(jié)能減排和大氣污染防治,將使南方區(qū)域天更藍、地更綠、水更清、生態(tài)環(huán)境更美,對于粵港澳大灣區(qū)及廣西電力負荷中心能源供應(yīng)實現(xiàn)清潔化及經(jīng)濟性雙重目標(biāo)具有現(xiàn)實意義。

  不久前,隨著烏東德右岸電廠9號機組順利投運,云南省電源裝機突破1億千瓦,達10073萬千瓦。云南水能利用率從2017年的88%提升至2019年的99.3%,預(yù)計2020年也將達到99%以上,已基本實現(xiàn)全額消納。該工程將進一步提升云南水電消納能力,同時對風(fēng)、光等新能源的大規(guī)模開發(fā)利用起到推動作用。

  行業(yè)人士認為,為實現(xiàn)中國承諾的2030年前碳達峰和2060年前碳中和目標(biāo),新能源占比必將大幅增加。柔性直流在新能源并網(wǎng),特別是高比例甚至純新能源、分布式新能源、遠海風(fēng)電等傳統(tǒng)輸電技術(shù)方案實現(xiàn)難度大的領(lǐng)域大有可為、前景廣闊。

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