“柔性直流”開啟可再生能源智能外送新途徑

2017-10-11 17:08:29 中國電力企業(yè)管理　點擊量：評論 (0)

無論是從資源枯竭的角度，亦或環(huán)境氣候變化的影響，我國能源系統(tǒng)從發(fā)電側(cè)、電網(wǎng)側(cè)再到消費側(cè)，對于可再生能源的有效開發(fā)利用都注以無限的期許和關注。盡管近些年，隨著新技術的廣泛介入、市場機制的逐漸完善和開

無論是從資源枯竭的角度，亦或環(huán)境氣候變化的影響，我國能源系統(tǒng)從發(fā)電側(cè)、電網(wǎng)側(cè)再到消費側(cè)，對于可再生能源的有效開發(fā)利用都注以無限的期許和關注。盡管近些年，隨著新技術的廣泛介入、市場機制的逐漸完善和開發(fā)布局的理性轉(zhuǎn)變，使得以“天賜惠風夜夜棄”為代表的“三棄”問題得到有效緩解，但在通往根本性解決可再生能源消納問題的道路上，電網(wǎng)調(diào)峰、電力外送和市場機制構建仍是現(xiàn)階段不可回避這三大制約性問題。

近年來，國網(wǎng)冀北電力有限公司在突破新能源發(fā)展瓶頸方面工作成效顯著。截至2017年8月底，累計投入67億元建成110千伏及以上清潔能源輸電線路2800千米、變電容量678萬千伏安,提升了依托大電網(wǎng)消納新能源的能力。建立通過電采暖、電能替代項目促進新能源就地消納的市場化交易機制，全額保障性收購新能源電量171.8億千瓦時，同比增長24.3%，在新能源裝機容量超過千萬千瓦的省級電網(wǎng)中新能源棄電率最低。

與此同時，國網(wǎng)冀北電力有限公司依托獨特的區(qū)位優(yōu)勢，以建設張北可再生能源柔性直流電網(wǎng)工程為契機，通過示范應用柔性直流輸電等先進技術，積極構建高比例大規(guī)模新能源安全智能外送新路徑，提升電網(wǎng)接納和配置多種能源的能力，為改變大電網(wǎng)發(fā)展格局、以科技推動能源革命作出有益探索。

開辟可再生能源大規(guī)模送出新途徑

我國清潔能源開發(fā)重點集中在西部、北部地區(qū)、多處于電網(wǎng)末端，甚至是電網(wǎng)空白區(qū)域，交流電網(wǎng)難以支撐大規(guī)模常規(guī)直流安全穩(wěn)定運行。目前，國際上圍繞可再生能源匯集、消納開展了大量研究，其中柔性直流輸電是被重點關注的技術領域。柔性直流輸電送、受端均可與弱電網(wǎng)或無源電網(wǎng)聯(lián)系，可對有功功率和無功功率進行獨立快速控制，實現(xiàn)輸電功率動態(tài)連續(xù)調(diào)節(jié)，運行方式靈活，具備構建直流電網(wǎng)的條件，可以大規(guī)模匯集和送出新能源。

國網(wǎng)冀北電力建設的張北柔直示范工程作為世界上首個應用柔性直流技術進行陸地可再生能源大規(guī)模并網(wǎng)的示范工程，由四座柔性直流換流站和四條直流架空線路組成，構建起輸送大規(guī)模風電、光伏、抽蓄等多種能源的四端環(huán)形柔性直流電網(wǎng)。

示范工程投運后，既滿足了張家口地區(qū)可再生能源可靠送出與消納，有力支撐了低碳綠色冬奧，更可實現(xiàn)并示范在送端弱交流系統(tǒng)條件下大規(guī)模清潔能源外送的模式，對探索我國西部、北部地區(qū)新能源開發(fā)和利用模式具有重要示范意義。未來，在我國采用柔性直流輸電技術實現(xiàn)大規(guī)模清潔能源發(fā)電并網(wǎng)和輸送將具有廣闊的應用前景。

新能源實現(xiàn)“友好接入”

冀北地區(qū)新能源資源豐富，擁有風、光、抽蓄等多種典型要素，具備良好的多能互補建設條件。由于新能源自身的特性，多種新能源的大規(guī)模集中并網(wǎng)，給電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行帶來一定的影響和隱患，如何去實現(xiàn)新能源與電網(wǎng)的共同長遠發(fā)展，成為亟待解決的一道難題。

張北柔直示范工程構建的輸送大規(guī)模風電、光伏、抽蓄等多種能源的四端環(huán)形柔性直流電網(wǎng)，有效解決新能源友好并網(wǎng)難題。通過充分發(fā)揮柔性直流輸電在新能源開發(fā)、利用上的技術優(yōu)勢，大幅提高新能源并網(wǎng)的可靠性，若發(fā)生故障，可實現(xiàn)故障后的潮流轉(zhuǎn)移。同時，還具有良好的靈活性，可實現(xiàn)多種能源靈活交互，提升可再生能源利用效率。

此外，基于張北柔直示范工程所具有的良好擴展性，易于在送、受端擴展新落點。通過在張北構建柔性直流環(huán)形電網(wǎng)，可以實現(xiàn)大規(guī)模光伏、風能的晝夜互補，以及新能源與儲能電源的靈活能量交互，形成穩(wěn)定可控的電源送至受端電網(wǎng)，解決大規(guī)模新能源接入后的系統(tǒng)調(diào)峰問題。位于河北省承德市的豐寧抽水蓄能電站一期、二期工程均已獲得國家核準，投產(chǎn)后，將作為京津及冀北電網(wǎng)主要調(diào)峰電站之一。屆時示范工程將以張北、康保為新能源送端，以豐寧為調(diào)節(jié)端，以北京為受端，實現(xiàn)新能源和抽水蓄能互補，減小間歇性能源對交流電網(wǎng)的擾動沖擊，實現(xiàn)新能源的“友好接入”。

清潔替代保障首都碧水藍天

京津及冀北電網(wǎng)為典型的多方向、多通道、多落點的受端電網(wǎng)，預計2018年京津及冀北電網(wǎng)最大負荷將達到69650兆瓦，2020年京津及冀北電網(wǎng)最大負荷將達到 78990兆瓦， “十三五” 增速約7.8% 。

近年來，冀北地區(qū)新能源發(fā)展迅猛，但新能源就地消納能力有限。張北可再生能源柔性直流電網(wǎng)工程投運后可將清潔電能直接輸送至北京西北部電網(wǎng)，屆時3000兆瓦清潔電力將取代現(xiàn)在的燃氣熱電機組供電，就近解決了燃氣電廠替代問題，改善首都環(huán)境質(zhì)量。且示范工程投運后可滿足延慶區(qū)新增電供熱用電需求，提高延慶電網(wǎng)供電能力。“十三五”期間延慶區(qū)有多個發(fā)展熱點，負荷將迎來大幅增長。到2020年延慶區(qū)將完成6.9萬戶煤改電工程，同時將迎來世園會、冬奧會等重大體育賽事，預測延慶區(qū)2020年最大用電需求在700兆瓦左右。示范工程中的北京換流站落點延慶區(qū)，使得更多清潔電力注入北京西北部電網(wǎng)，將極大滿足延慶區(qū)負荷發(fā)展，實現(xiàn)散燒煤替代，讓清潔電力助力北京城市發(fā)展。

以科技創(chuàng)新迎接新能源發(fā)展挑戰(zhàn)

清潔能源井噴式發(fā)展，大規(guī)模風電、光伏電站的陸續(xù)接入，對電網(wǎng)穩(wěn)定運行存在的影響不容小視。國網(wǎng)冀北電力在建設張北可再生能源柔性直流電網(wǎng)工程基礎上，著力研究清潔能源并網(wǎng)等一系列前沿課題，確保服務清潔能源快速發(fā)展的同時實現(xiàn)電網(wǎng)的穩(wěn)定運行。

國網(wǎng)冀北電力有限公司借助國家風光儲輸示范電站，積極探索清潔能源的友好并網(wǎng)和平滑輸出的方法和手段，實現(xiàn)了風光儲聯(lián)合發(fā)電互補機制及系統(tǒng)集成、全景監(jiān)測與協(xié)調(diào)控制、高精度風光聯(lián)合功率預測、源網(wǎng)協(xié)調(diào)技術和大規(guī)模電池儲能集成應用技術五大技術突破，取得了一系列舉世矚目的工作成就。

基于風電的隨機性、間歇性等特點，國網(wǎng)冀北電力還開展對清潔能源場站開展風機低電壓穿越能力一致性核查工作和風電場動態(tài)無功補償裝置現(xiàn)場檢測，有效降低了風電匯集區(qū)域電壓波動水平，保障風電安全運行。此外，在清潔能源調(diào)度技術方面不斷創(chuàng)新突破，應用新能源功率預測技術，2016年短期風電、光伏功率預測平均準確率分別為91%、86%。同時持續(xù)推進清潔能源有功控制系統(tǒng)建設，2016全年依托有功控制系統(tǒng)清潔能源場站累計增發(fā)電量9.4億千瓦時，占冀北新能源總發(fā)電量4.3%，等效提升利用小時數(shù)約50小時。自2014年2月投運以來，有功控制系統(tǒng)累計增發(fā)電量16億千瓦時。

下一步，國網(wǎng)冀北電力有限公司將以科技創(chuàng)新為引擎，積極落實國家及國網(wǎng)公司發(fā)展戰(zhàn)略，依托2022年北京—張家口冬季奧運會，推進全球能源互聯(lián)網(wǎng)張家口創(chuàng)新示范區(qū)建設，著力打造國際領先的清潔能源示范基地。依托國家重點研發(fā)計劃，開展支撐低碳冬奧智能電網(wǎng)技術研究，研發(fā)先進的電力規(guī)劃、輸送、消納和運行控制技術，為2022年綠色、低碳冬奧奠定堅實的技術基礎。根據(jù)國家電網(wǎng)公司統(tǒng)一規(guī)劃，在冀北地區(qū)張北、康保、豐寧及北京延慶建設世界首個±500千伏四端環(huán)形柔性直流電網(wǎng)，探索未來電網(wǎng)形態(tài)，實現(xiàn)高比例新能源友好并網(wǎng)、匯集與送出。應用單元式風電、光伏及廠站式虛擬同步發(fā)電機技術對國家風光儲輸示范電站進行改造，建成世界上容量最大、全站具備同步發(fā)電機功能的新能源電站，提升風光發(fā)電并網(wǎng)友好性。