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專訪 | 特變電工吳金龍:柔性直流支撐深遠海風電,前景廣闊

2024-04-25 來源:能源新媒作者:武魏楠 瀏覽數:146

隨著中國提出“2030年碳達峰、2060年碳中和”的戰略目標,海上風電的重要性愈加凸顯。

自2007年建成第一臺海上風電機組以來,我國海上風電實現了跨越式發展。我國深遠海海上風電儲量資源豐富,充分發掘深遠海風能資源,有助于加快沿海省份能源轉型,深遠海風電將成為未來新能源發展的重點。

隨著中國提出“2030年碳達峰、2060年碳中和”的戰略目標,海上風電的重要性愈加凸顯。

不過在海上風電發展的過程中,輸送消納的難題也開始凸顯。隨著中國海上風電開始向深遠海挺近,大規模并網的難題進一步提升。傳統交流傳輸方式受電纜充電功率限制,僅適用于近海小容量風電并網,而遠海大容量海上風電必須采用柔性直流并網技術。

目前國內柔性直流輸電技術發展情況如何?成本構成及降本路徑又有怎樣的進展?《能源》雜志為此專訪了特變電工新能源公司副總經理(研究院)兼柔輸公司總經理吳金龍,共同探討柔性直流輸電技術的發展。

《能源》:當海上風電走向深遠海,海纜系統成為漂浮式風電輸電的關鍵裝備,在柔性直流輸電技術領域有何布局?

吳金龍:在柔性直流輸電技術領域,主要在聯接變壓器、柔性直流換流閥兩個核心裝備方面進行布局。在柔性直流換流閥方面,公司目前具有IGBT換流閥、IGCT換流閥兩條技術路線;在系統拓撲方面,具有MMC直流換流閥、M3C低頻閥兩條技術路線;在應用場景研究方面,主要聚焦陸上能源大基地送出、海上風電送出以及電網柔性分區互聯三大場景,并適當拓展中壓直流并網應用場景。

《能源》:目前主流的海上風電匯集送出技術主要有工頻交流輸電和柔性直流輸電兩種,柔性低頻交流輸電可以發揮怎樣的作用?

吳金龍:柔性低頻交流輸電是工頻交流和直流輸電的有益補充,特別適合于中等距離的海上風電送出場景。柔性低頻輸電系統輸電頻率為20Hz左右,與工頻交流輸電相比,通過降低輸電頻率,可以減少輸電線路的充電功率消耗,從而提高輸電容量、距離和效率。與直流輸電相比,具有交流電網易于組網和保護的優勢。與現有的工頻交流和直流輸電相比,柔性低頻輸電技術一般在70-300km海域內海上風電匯集送出領域有著明顯的經濟優勢。

《能源》:目前柔性直流輸電技術發展到了什么階段,相比于交流輸電的優勢是什么,對于項目業主來說,什么情況下會優先考慮柔性直流輸電技術?

吳金龍:自2010年開始,在國內已建成10余個柔性直流輸電項目,目前中國柔性直流輸電已經進入特高壓時代,技術處于世界領先水平。與交流輸電相比,柔性直流輸電具有如下方面的優勢:一是高壓直流輸電損耗小,特別適用于遠距離大規模輸電場景;二是控制能力強,可以實現有功無功的解耦控制,優化電網潮流分布,增強電網運行經濟性和安全性;三是實現新能源的友好接入,通過快速響應和精確控制技術,更好的應對風電、光伏等新能源的間歇性和波動性。

在國家“3060”雙碳戰略目標牽引下,新能源開發利用的節奏顯著加快,柔性直流技術是實現大規模新能源友好并網外送最佳解決方案,未來將在大規模新能源跨區外送、電網網架優化、城市可靠供電、深遠海風電送出等場景都會有大量的應用需求。

《能源》:柔性直流輸電項目的成本構成是什么樣的,經濟性如何,降本途徑有哪些?

吳金龍:柔性直流輸電系統的成本構成主要包括:設計費用、設備費用、施工安裝調試費用、工程管理費用、土地及環境費用,由于換流閥采用全控型電力電子器件,整體成本較高,但是隨著輸電距離的增加和輸電容量的增大,其經濟性將逐步凸顯。目前降本的主要途徑在于:柔直換流閥的輕量化和緊湊化設計,更高電壓等級和電流等級的新型功率器件應用,IGBT、直流電容等關鍵部件的國產化等。

《能源》:柔性直流輸電系統的發展趨勢是什么,有哪些急需解決的技術難題?

吳金龍:目前,柔性直流輸電系統發展趨勢主要有:一是更高電壓等級更大輸電容量,未來特高壓柔性直流輸電單端容量將突破8GW甚至10GW,從而顯著降低輸電系統單位造價和輸電成本;二是具有更強電網運行適應能力的構網控制技術,通過構網控制控制技術,提高電網穩定運行能力和新能源消納能力;三是數字化和智能化技術的在柔性輸電系統中的運用,從而顯著提高柔性直流輸電系統的可用率和運維水平。亟待解決的技術難題包括:高壓大功率IGBT器件的研制、構網控制技術的工程應用轉化、預測性智能運維技術應用等。

《能源》:目前特變在柔性低頻輸電技術的研發和創新方面有哪些進展?能解決哪些工程痛點?

吳金龍:特變電工新能源公司一直深耕柔性輸電技術,在柔性低頻輸電領域是具有低頻換流器相關工程業績的廠家。公司聯合國內一流大學共同研制的M3C變頻器已在中國電科院張北新能源基地開展示范應用。針對海上風電送出的高壓柔性低頻交流輸電T-HVAC-300換流閥(220kV/304MW)及閥控產品已研制成功,完成第三方機構的型式試驗,并通過專家組見證,該產品具有完全自主知識產權。在柔性低頻交流輸電換流閥閥組件及閥控可靠性設計、控制保護核心算法、低頻設備試驗方法、換流閥降損、智能運維等方面,公司開展了深入研究,其中換流閥多物理場緊湊化設計技術、多層級橋臂均壓技術、橋臂容錯控制技術和雙側寬頻振蕩抑制技術處于行業領先水平;這些技術成果的應用,將極大提升低頻輸電系統的運行經濟性、運行可靠性和運行穩定性,從而更加友好的實現大規模海上風電的低頻接入。

《能源》:除了海上風電,柔性輸電技術在哪些領域可以應用?其優勢和特點有哪些?

吳金龍:除了海上風電以外,柔性直流輸電的應用前景非常廣闊:一是應用于陸上大型能源基地外送,可以實現風電、光伏的純孤島穩定送出,實現西電東送的能源轉移,滿足國民經濟發展需要;二是應用于交流電網的柔性分區互聯,通過柔性直流背靠背系統,將交流電網進行可控性柔性隔離,降低電網短路電流、阻斷交流電網故障傳播范圍,增強供電穩定性;三是城市高可靠性供電,對于輸電走廊進展地區,通過直流輸電節約輸電走廊,填補大城市經濟快速發展的電能缺口;四是向中低壓配網延伸,未來隨著分布式新能源接入容量提升和電動汽車等沖擊性負荷的增加,中壓直流配電等需求將凸顯,從而增強配電網的運行經濟性、可靠性和安全性。

《能源》:企業對柔性輸電技術的研發有哪些起因?在技術不斷創新的過程中,有哪些特殊的時刻或者說關鍵點可以分享?

吳金龍:特變電工新能源公司對柔性輸電技術的研發起因:一是對技術趨勢與市場需求的深刻洞察,隨著全球能源結構轉型和電網系統的復雜化,柔性直流輸電技術因其獨特的優勢和廣泛的應用前景,成為了電力行業的研究熱點;作為電力設備制造和解決方案提供商,公司敏銳地捕捉到了這一技術趨勢,并看到了其巨大的市場潛力。二是新能源賽道需要柔性直流輸電技術加持,隨著可再生能源的大規模開發和利用,如何有效地將間歇性、不穩定的可再生能源接入電網并穩定地輸送電力成為了一個亟待解決的問題;柔性直流輸電技術以其獨特的控制能力和靈活性,成為了解決這一問題的有效手段,未來應用前景廣闊。三是產業鏈發展與戰略布局需要:特變電工新能源一直在持續完善自身的產業鏈戰略布局,柔性直流輸電技術的發展將推動相關產業鏈的進一步完善和提質增效,為公司提供嶄新的發展機遇。通過不斷地研發和創新,公司期望在柔性直流輸電技術領域取得更多的突破和成果,為全球電力能源行業的可持續發展做出貢獻。

特變電工新能源公司積極履行企業職責,成立了柔性直流輸電技術攻關團隊,歷時8年刻苦鉆研,成功研制出了行業首個特高壓柔性直流輸電換流閥,標志著公司在行業內首次將柔性直流技術從現有的最高等級±500千伏提高到±800千伏特高壓等級,送電容量從現有的最高300萬千瓦等級提升至500萬千瓦,開啟了特高壓柔性直流輸電的新時代。2020年12月27日,公司研制的±800kV特高壓柔性直流換流閥成功運用于“烏東德電站送電廣東廣西特高壓多端直流示范工程”并連續安全穩運行至今,對長江經濟帶建設和區域經濟協調發展,對西部地區特別是廣大人民群眾分享經濟發展成果,對提升我國電力裝備技術水平,帶動我國特高壓柔性直流及多端混合直流關鍵設備的科技研發,具有里程碑意義!

創新永不止步,為新時代注入更多的新質生產力:2023年3月4日,由特變電工新能源公司研制的“6.5kV國產化分體式驅動IGCT半橋換流閥組件”產品,成功通過中國機械聯合會組織的專家技術鑒定,標志著特變電工已經具備“國產化IGCT柔性直流輸電換流閥”工程應用能力。2024年2月3日,由特變電工新能源公司研制的“柔性低頻交流輸電T-HVAC-300換流閥”產品,成功通過以陳維江院士為組長的專家組見證,標志著公司已經具備“柔性低頻交流輸電換流閥”工程應用能力。

未來,特變電工新能源公司將進一步堅定柔性直流輸電發展戰略,加大技術創新投入,為我國新能源事業和雙碳戰略目標的加速實現貢獻力量。



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風電
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