目前已經(jīng)暴露的不足
①受端電網(wǎng)動(dòng)態(tài)無功支撐不足:直流大量替代本地電源開機(jī),面對(duì)電壓擾動(dòng),,直流系統(tǒng)暫態(tài)響應(yīng)與常規(guī)機(jī)組相反,,惡化電壓穩(wěn)定性。
②送端短路容量不足:未來多能互補(bǔ)基地以風(fēng),、光電力電子裝置并網(wǎng)為主,,無法提供短路容量支撐,在無功擾動(dòng)下電壓波動(dòng)巨大,。
③高比例受電地區(qū)電壓支撐不足:隨著大城市等負(fù)荷中心火電逐步關(guān)停,,對(duì)外來電依賴加大,負(fù)荷高峰期電壓穩(wěn)定問題突出,。
以上可通過配置調(diào)相機(jī),、SVG等動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償設(shè)備予以部分解決,但成本高,、運(yùn)維難度大,。
直流輸電是新型結(jié)構(gòu)性機(jī)會(huì)
南方電網(wǎng)日前發(fā)布“十四五”電網(wǎng)規(guī)劃,總投資額約6700億元,,較“十三五”總投資增長(zhǎng)約22%,。
目前國家電網(wǎng)預(yù)計(jì)總投資較“十三五”增長(zhǎng)約10%,兩網(wǎng)合計(jì)增長(zhǎng)約15%左右,。
由于我國電網(wǎng)網(wǎng)架日趨完善,,供電可靠性普遍較高,電力供應(yīng)呈現(xiàn)整體寬松態(tài)勢(shì)。
從投資額總量看,,重現(xiàn)兩位數(shù)的年化增長(zhǎng)率已無可能,。
在此前提下,應(yīng)放棄總量仍將大幅度增長(zhǎng)的幻想,,重視新型電力系統(tǒng)背景下的結(jié)構(gòu)性機(jī)會(huì),。
[多能互補(bǔ)電源體系+特高壓直流輸電送出通道],是新型電力系統(tǒng)針對(duì)新能源的主流解決方案,,國內(nèi)新一輪特高壓項(xiàng)目建設(shè)將大規(guī)模開展,。
[柔性直流+常規(guī)直流]優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)
柔性直流技術(shù)是直流輸電的升級(jí)和進(jìn)化,該技術(shù)在保持傳統(tǒng)直流輸電技術(shù)機(jī)床上,,并依靠基于IGBT器件能關(guān)斷特性的脈寬調(diào)制技術(shù),,能實(shí)現(xiàn)有功、無功功率的獨(dú)立控制,。
通過采用基于全控型電力電子器件(如IGBT,、GTO)的電壓源型換流器(VSC),柔性直流輸電克服了常規(guī)直流技術(shù)的缺陷:
可向孤島供電,;無換相失敗問題,;不需要無功支撐;有功,、無功可獨(dú)立控制,;可實(shí)現(xiàn)多端直流電網(wǎng)。
因此,,柔性直流特別適合海島供電,、海上風(fēng)電送出等場(chǎng)景。
若采用柔性直流技術(shù)建設(shè)特高壓直流受端換流站,,或?qū)Υ媪繐Q流站行改造,,便可降低對(duì)受端電網(wǎng)電壓支撐能力的需求,減小換相失敗的概率,,提升電網(wǎng)安全穩(wěn)定性,。
國家電網(wǎng)規(guī)劃“十四五”期間特高壓交直流工程總投資3002億元,新增特高壓交流線路1.26萬公里,、變電容量1.74億千伏安,,新增直流線路1.72萬公里,、換流容量1.63億千瓦,。
相對(duì)傳統(tǒng)的直流輸電,柔性直流輸電以IGBT等高頻率,、可控性電力電子器件為核心,。
在集成傳統(tǒng)常規(guī)直流幾乎全部?jī)?yōu)點(diǎn)的同時(shí)兼具無功率補(bǔ)償、無換相失敗、可向孤島供電及能進(jìn)行多端系統(tǒng)構(gòu)建等特點(diǎn),,更加契合清潔能源的輸送,。
而從市場(chǎng)空間看,在柔性直流技術(shù)加持下,,直流輸電能夠解決風(fēng)電,、光伏大規(guī)模送出和并網(wǎng)問題。
柔性直流輸電有望依托自身接近火電同步發(fā)電機(jī)組的性能特質(zhì)成為未來電網(wǎng)升級(jí)方向之一,。
柔性直流技術(shù)加持下,,直流輸電不再存在技術(shù)限制,使用范圍得到擴(kuò)展,。柔性直流技術(shù)是直流輸電的升級(jí)和進(jìn)化,。
直流輸電不但可用于遠(yuǎn)距離(特高壓)輸電,還可用于柔直背靠背以及深遠(yuǎn)海上風(fēng)電送出,。
但通過柔直,,兩個(gè)電網(wǎng)可以不同步,完全隔離開,。不管各自出什么事故,,雙方都互不干擾,最好的辦法就是柔性直流,。
如此,,未來依托風(fēng)光大基地和海上風(fēng)電,柔性直流必然快速發(fā)展,。
高比例可再生能源+柔直滲透
根據(jù)目前國網(wǎng),、南網(wǎng)“十四五”規(guī)劃況,預(yù)計(jì)2021-2025年將有10條左右的特高壓直流線路開工,。
南網(wǎng)正在積極推進(jìn)的中通道,、南通道柔性互聯(lián)工程將成為一批柔直背靠背工程的樣板,在南網(wǎng)其他區(qū)域和國網(wǎng)中得到推進(jìn),。
結(jié)構(gòu)性變化核心在于直流輸電將大規(guī)模起量,,在柔性直流技術(shù)加持下,直流輸電能夠解決風(fēng)電,、光伏大規(guī)模送出和并網(wǎng)問題,。
在特高壓混合直流、柔直背靠背以及深遠(yuǎn)海上風(fēng)電送出三大應(yīng)用場(chǎng)景共同驅(qū)動(dòng)下,,預(yù)計(jì)“十四五”期間直流輸電工程總投資規(guī)模將達(dá)4000億以上,。
其中換流閥、IGBT,、晶閘管等五年市場(chǎng)總需求在450億元,,為相關(guān)產(chǎn)業(yè)鏈公司帶來充足彈性,。
能夠?qū)⒍鄠€(gè)大型新能源基地接入直流系統(tǒng),也能夠接入常規(guī)直流系統(tǒng),,通過改造完成新能源接入,,以利用傳統(tǒng)的直流系統(tǒng)資產(chǎn),提升系統(tǒng)效益,。
面臨成本與技術(shù)制約
與特高壓直流輸電工程相類似,,柔性直流工程的建設(shè)需要諸如IGBT換流閥、直流斷路器等核心設(shè)備,,是工程的關(guān)鍵所在,。
其中,柔性換流閥在總工程成本中的占比在25—30%左右,,而換流閥中功率半導(dǎo)體組件又是換流閥中價(jià)值量占比最高的部分,,由大量晶閘管、IGBT組成,。
不過,,當(dāng)下柔性直流技術(shù)依舊面臨成本和技術(shù)雙重制約,一方面,,相對(duì)傳統(tǒng)直流,,柔性輸電的成本是其1.8倍左右;
另一方面,,柔性直流技術(shù)端雖已有多個(gè)示范項(xiàng)目投運(yùn),,但前期項(xiàng)目效果差強(qiáng)人意,整體仍有待進(jìn)一步認(rèn)證,。
結(jié)尾:
可預(yù)見在未來清潔能源裝機(jī)容量不斷增加,、多場(chǎng)景開展應(yīng)用的背景下,發(fā)電側(cè)和用電側(cè)的改變,,柔性直流將是電網(wǎng)未來升級(jí)的必然趨勢(shì),。
部分資料參考:未來智庫:《直流輸電行業(yè)專題研究:“十四五”開啟直流輸電黃金時(shí)代》,機(jī)器之能:《「海風(fēng)」撲面,,化解凜冬之中的能源危機(jī)》
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