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专访 | 特变电工吴金龙:柔性直流支撑深远海风电,前景广阔

2024-04-25 来源:能源新媒作者:武魏楠 浏览数:165

随着中国提出“2030年碳达峰、2060年碳中和”的战略目标,海上风电的重要性愈加凸显。

自2007年建成第一台海上风电机组以来,我国海上风电实现了跨越式发展。我国深远海海上风电储量资源丰富,充分发掘深远海风能资源,有助于加快沿海省份能源转型,深远海风电将成为未来新能源发展的重点。

随着中国提出“2030年碳达峰、2060年碳中和”的战略目标,海上风电的重要性愈加凸显。

不过在海上风电发展的过程中,输送消纳的难题也开始凸显。随着中国海上风电开始向深远海挺近,大规模并网的难题进一步提升。传统交流传输方式受电缆充电功率限制,仅适用于近海小容量风电并网,而远海大容量海上风电必须采用柔性直流并网技术。

目前国内柔性直流输电技术发展情况如何?成本构成及降本路径又有怎样的进展?《能源》杂志为此专访了特变电工新能源公司副总经理(研究院)兼柔输公司总经理吴金龙,共同探讨柔性直流输电技术的发展。

《能源》:当海上风电走向深远海,海缆系统成为漂浮式风电输电的关键装备,在柔性直流输电技术领域有何布局?

吴金龙:在柔性直流输电技术领域,主要在联接变压器、柔性直流换流阀两个核心装备方面进行布局。在柔性直流换流阀方面,公司目前具有IGBT换流阀、IGCT换流阀两条技术路线;在系统拓扑方面,具有MMC直流换流阀、M3C低频阀两条技术路线;在应用场景研究方面,主要聚焦陆上能源大基地送出、海上风电送出以及电网柔性分区互联三大场景,并适当拓展中压直流并网应用场景。

《能源》:目前主流的海上风电汇集送出技术主要有工频交流输电和柔性直流输电两种,柔性低频交流输电可以发挥怎样的作用?

吴金龙:柔性低频交流输电是工频交流和直流输电的有益补充,特别适合于中等距离的海上风电送出场景。柔性低频输电系统输电频率为20Hz左右,与工频交流输电相比,通过降低输电频率,可以减少输电线路的充电功率消耗,从而提高输电容量、距离和效率。与直流输电相比,具有交流电网易于组网和保护的优势。与现有的工频交流和直流输电相比,柔性低频输电技术一般在70-300km海域内海上风电汇集送出领域有着明显的经济优势。

《能源》:目前柔性直流输电技术发展到了什么阶段,相比于交流输电的优势是什么,对于项目业主来说,什么情况下会优先考虑柔性直流输电技术?

吴金龙:自2010年开始,在国内已建成10余个柔性直流输电项目,目前中国柔性直流输电已经进入特高压时代,技术处于世界领先水平。与交流输电相比,柔性直流输电具有如下方面的优势:一是高压直流输电损耗小,特别适用于远距离大规模输电场景;二是控制能力强,可以实现有功无功的解耦控制,优化电网潮流分布,增强电网运行经济性和安全性;三是实现新能源的友好接入,通过快速响应和精确控制技术,更好的应对风电、光伏等新能源的间歇性和波动性。

在国家“3060”双碳战略目标牵引下,新能源开发利用的节奏显著加快,柔性直流技术是实现大规模新能源友好并网外送最佳解决方案,未来将在大规模新能源跨区外送、电网网架优化、城市可靠供电、深远海风电送出等场景都会有大量的应用需求。

《能源》:柔性直流输电项目的成本构成是什么样的,经济性如何,降本途径有哪些?

吴金龙:柔性直流输电系统的成本构成主要包括:设计费用、设备费用、施工安装调试费用、工程管理费用、土地及环境费用,由于换流阀采用全控型电力电子器件,整体成本较高,但是随着输电距离的增加和输电容量的增大,其经济性将逐步凸显。目前降本的主要途径在于:柔直换流阀的轻量化和紧凑化设计,更高电压等级和电流等级的新型功率器件应用,IGBT、直流电容等关键部件的国产化等。

《能源》:柔性直流输电系统的发展趋势是什么,有哪些急需解决的技术难题?

吴金龙:目前,柔性直流输电系统发展趋势主要有:一是更高电压等级更大输电容量,未来特高压柔性直流输电单端容量将突破8GW甚至10GW,从而显著降低输电系统单位造价和输电成本;二是具有更强电网运行适应能力的构网控制技术,通过构网控制控制技术,提高电网稳定运行能力和新能源消纳能力;三是数字化和智能化技术的在柔性输电系统中的运用,从而显著提高柔性直流输电系统的可用率和运维水平。亟待解决的技术难题包括:高压大功率IGBT器件的研制、构网控制技术的工程应用转化、预测性智能运维技术应用等。

《能源》:目前特变在柔性低频输电技术的研发和创新方面有哪些进展?能解决哪些工程痛点?

吴金龙:特变电工新能源公司一直深耕柔性输电技术,在柔性低频输电领域是具有低频换流器相关工程业绩的厂家。公司联合国内一流大学共同研制的M3C变频器已在中国电科院张北新能源基地开展示范应用。针对海上风电送出的高压柔性低频交流输电T-HVAC-300换流阀(220kV/304MW)及阀控产品已研制成功,完成第三方机构的型式试验,并通过专家组见证,该产品具有完全自主知识产权。在柔性低频交流输电换流阀阀组件及阀控可靠性设计、控制保护核心算法、低频设备试验方法、换流阀降损、智能运维等方面,公司开展了深入研究,其中换流阀多物理场紧凑化设计技术、多层级桥臂均压技术、桥臂容错控制技术和双侧宽频振荡抑制技术处于行业领先水平;这些技术成果的应用,将极大提升低频输电系统的运行经济性、运行可靠性和运行稳定性,从而更加友好的实现大规模海上风电的低频接入。

《能源》:除了海上风电,柔性输电技术在哪些领域可以应用?其优势和特点有哪些?

吴金龙:除了海上风电以外,柔性直流输电的应用前景非常广阔:一是应用于陆上大型能源基地外送,可以实现风电、光伏的纯孤岛稳定送出,实现西电东送的能源转移,满足国民经济发展需要;二是应用于交流电网的柔性分区互联,通过柔性直流背靠背系统,将交流电网进行可控性柔性隔离,降低电网短路电流、阻断交流电网故障传播范围,增强供电稳定性;三是城市高可靠性供电,对于输电走廊进展地区,通过直流输电节约输电走廊,填补大城市经济快速发展的电能缺口;四是向中低压配网延伸,未来随着分布式新能源接入容量提升和电动汽车等冲击性负荷的增加,中压直流配电等需求将凸显,从而增强配电网的运行经济性、可靠性和安全性。

《能源》:企业对柔性输电技术的研发有哪些起因?在技术不断创新的过程中,有哪些特殊的时刻或者说关键点可以分享?

吴金龙:特变电工新能源公司对柔性输电技术的研发起因:一是对技术趋势与市场需求的深刻洞察,随着全球能源结构转型和电网系统的复杂化,柔性直流输电技术因其独特的优势和广泛的应用前景,成为了电力行业的研究热点;作为电力设备制造和解决方案提供商,公司敏锐地捕捉到了这一技术趋势,并看到了其巨大的市场潜力。二是新能源赛道需要柔性直流输电技术加持,随着可再生能源的大规模开发和利用,如何有效地将间歇性、不稳定的可再生能源接入电网并稳定地输送电力成为了一个亟待解决的问题;柔性直流输电技术以其独特的控制能力和灵活性,成为了解决这一问题的有效手段,未来应用前景广阔。三是产业链发展与战略布局需要:特变电工新能源一直在持续完善自身的产业链战略布局,柔性直流输电技术的发展将推动相关产业链的进一步完善和提质增效,为公司提供崭新的发展机遇。通过不断地研发和创新,公司期望在柔性直流输电技术领域取得更多的突破和成果,为全球电力能源行业的可持续发展做出贡献。

特变电工新能源公司积极履行企业职责,成立了柔性直流输电技术攻关团队,历时8年刻苦钻研,成功研制出了行业首个特高压柔性直流输电换流阀,标志着公司在行业内首次将柔性直流技术从现有的最高等级±500千伏提高到±800千伏特高压等级,送电容量从现有的最高300万千瓦等级提升至500万千瓦,开启了特高压柔性直流输电的新时代。2020年12月27日,公司研制的±800kV特高压柔性直流换流阀成功运用于“乌东德电站送电广东广西特高压多端直流示范工程”并连续安全稳运行至今,对长江经济带建设和区域经济协调发展,对西部地区特别是广大人民群众分享经济发展成果,对提升我国电力装备技术水平,带动我国特高压柔性直流及多端混合直流关键设备的科技研发,具有里程碑意义!

创新永不止步,为新时代注入更多的新质生产力:2023年3月4日,由特变电工新能源公司研制的“6.5kV国产化分体式驱动IGCT半桥换流阀组件”产品,成功通过中国机械联合会组织的专家技术鉴定,标志着特变电工已经具备“国产化IGCT柔性直流输电换流阀”工程应用能力。2024年2月3日,由特变电工新能源公司研制的“柔性低频交流输电T-HVAC-300换流阀”产品,成功通过以陈维江院士为组长的专家组见证,标志着公司已经具备“柔性低频交流输电换流阀”工程应用能力。

未来,特变电工新能源公司将进一步坚定柔性直流输电发展战略,加大技术创新投入,为我国新能源事业和双碳战略目标的加速实现贡献力量。



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