“柔性直流”開啟可再生能源智能外送新途徑

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

無論是從資源枯竭的角度，亦或環境氣候變化的影響，我國能源系統從發電側、電網側再到消費側，對于可再生能源的有效開發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，亦或環境氣候變化的影響，我國能源系統從發電側、電網側再到消費側，對于可再生能源的有效開發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布局的理性轉變，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，電網調峰、電力外送和市場機制構建仍是現階段不可回避這三大制約性問題。

近年來，國網冀北電力有限公司在突破新能源發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中新能源棄電率最低。

與此同時，國網冀北電力有限公司依托獨特的區位優勢，以建設張北可再生能源柔性直流電網工程為契機，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模新能源安全智能外送新路徑，提升電網接納和配置多種能源的能力，為改變大電網發展格局、以科技推動能源革命作出有益探索。

開辟可再生能源大規模送出新途徑

我國清潔能源開發重點集中在西部、北部地區、多處于電網末端，甚至是電網空白區域，交流電網難以支撐大規模常規直流安全穩定運行。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、受端均可與弱電網或無源電網聯系，可對有功功率和無功功率進行獨立快速控制，實現輸電功率動態連續調節，運行方式靈活，具備構建直流電網的條件，可以大規模匯集和送出新能源。

國網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模并網的示范工程，由四座柔性直流換流站和四條直流架空線路組成，構建起輸送大規模風電、光伏、抽蓄等多種能源的四端環形柔性直流電網。

示范工程投運后，既滿足了張家口地區可再生能源可靠送出與消納，有力支撐了低碳綠色冬奧，更可實現并示范在送端弱交流系統條件下大規模清潔能源外送的模式，對探索我國西部、北部地區新能源開發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大規模清潔能源發電并網和輸送將具有廣闊的應用前景。

新能源實現“友好接入”

冀北地區新能源資源豐富，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，多種新能源的大規模集中并網，給電網安全穩定運行帶來一定的影響和隱患，如何去實現新能源與電網的共同長遠發展，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模風電、光伏、抽蓄等多種能源的四端環形柔性直流電網，有效解決新能源友好并網難題。通過充分發揮柔性直流輸電在新能源開發、利用上的技術優勢，大幅提高新能源并網的可靠性，若發生故障，可實現故障后的潮流轉移。同時，還具有良好的靈活性，可實現多種能源靈活交互，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形電網，可以實現大規模光伏、風能的晝夜互補，以及新能源與儲能電源的靈活能量交互，形成穩定可控的電源送至受端電網，解決大規模新能源接入后的系統調峰問題。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，投產后，將作為京津及冀北電網主要調峰電站之一。屆時示范工程將以張北、康保為新能源送端，以豐寧為調節端，以北京為受端，實現新能源和抽水蓄能互補，減小間歇性能源對交流電網的擾動沖擊，實現新能源的“友好接入”。

清潔替代保障首都碧水藍天

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

近年來，冀北地區新能源發展迅猛，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工程投運后可將清潔電能直接輸送至北京西北部電網，屆時3000兆瓦清潔電力將取代現在的燃氣熱電機組供電，就近解決了燃氣電廠替代問題，改善首都環境質量。且示范工程投運后可滿足延慶區新增電供熱用電需求，提高延慶電網供電能力。“十三五”期間延慶區有多個發展熱點，負荷將迎來大幅增長。到2020年延慶區將完成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，使得更多清潔電力注入北京西北部電網，將極大滿足延慶區負荷發展，實現散燒煤替代，讓清潔電力助力北京城市發展。

以科技創新迎接新能源發展挑戰

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

國網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和平滑輸出的方法和手段，實現了風光儲聯合發電互補機制及系統集成、全景監測與協調控制、高精度風光聯合功率預測、源網協調技術和大規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無功補償裝置現場檢測，有效降低了風電匯集區域電壓波動水平，保障風電安全運行。此外，在清潔能源調度技術方面不斷創新突破，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%。同時持續推進清潔能源有功控制系統建設，2016全年依托有功控制系統清潔能源場站累計增發電量9.4億千瓦時，占冀北新能源總發電量4.3%，等效提升利用小時數約50小時。自2014年2月投運以來，有功控制系統累計增發電量16億千瓦時。

下一步，國網冀北電力有限公司將以科技創新為引擎，積極落實國家及國網公司發展戰略，依托2022年北京—張家口冬季奧運會，推進全球能源互聯網張家口創新示范區建設，著力打造國際領先的清潔能源示范基地。依托國家重點研發計劃，開展支撐低碳冬奧智能電網技術研究，研發先進的電力規劃、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。根據國家電網公司統一規劃，在冀北地區張北、康保、豐寧及北京延慶建設世界首個±500千伏四端環形柔性直流電網，探索未來電網形態，實現高比例新能源友好并網、匯集與送出。應用單元式風電、光伏及廠站式虛擬同步發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、全站具備同步發電機功能的新能源電站，提升風光發電并網友好性。