11月29日，中國電力科學(xué)研究院研制的我國首套柔性直流關(guān)鍵設(shè)備，通過上海市電力公司組織的出廠試驗(yàn)驗(yàn)收，即將運(yùn)往上海南匯風(fēng)電場柔性直流輸電示范工程現(xiàn)場。在新能源發(fā)展日益加快的背景下，柔性直流輸電前景廣闊。
中國電科院的賀之淵博士拿著一張圖表，準(zhǔn)備向筆者介紹柔性直流輸電。
奇怪的是，這張圖表似乎與柔性直流輸電無關(guān)。圖表上畫著中國地圖，地圖上的江蘇、甘肅等地標(biāo)為藍(lán)色，寫著“風(fēng)電場”;浙江、福建等地標(biāo)為紫色，寫著“海島供電”;上海、大連等地標(biāo)為橙色，寫著“城市供電”。
這些都是柔性直流輸電能夠做的事情，賀之淵說。隨著中國柔性直流輸電技術(shù)研究及設(shè)備制造瓶頸全部被突破，“十二五”期間，柔性直流輸電的應(yīng)用預(yù)計(jì)將大大增加。
發(fā)展新能源 需要柔性直流輸電
對于國內(nèi)所有研究柔性直流輸電技術(shù)的人來說，12月是令人興奮的一個(gè)月。一個(gè)原因是，上海南匯風(fēng)電場柔性直流輸電示范工程建設(shè)接近尾聲，意味著擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的技術(shù)和設(shè)備即將成功應(yīng)用;另一個(gè)原因，也是更為重要的原因是，“十二五”新能源的大發(fā)展，將帶“火”柔性直流輸電。
此前不久，國家明確了七大戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)，其中包括新能源。這標(biāo)志著在“十二五”期間，風(fēng)電、太陽能光伏發(fā)電等新能源產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，將獲得更多財(cái)稅金融等政策性支持，迎來加速發(fā)展的契機(jī)。
以風(fēng)電為例。10月13日發(fā)布的《中國風(fēng)電發(fā)展報(bào)告2010》顯示，2009年全國新增風(fēng)電裝機(jī)容量1380萬千瓦，全球排名第一，累計(jì)裝機(jī)容量世界第二;2010年，全球每3臺(tái)新安裝的風(fēng)電機(jī)組，就有一臺(tái)在中國;未來幾年，我國風(fēng)電仍有可能以每年1000萬千瓦以上的新增裝機(jī)速度發(fā)展，并于2015年達(dá)到9000萬~1億千瓦。
但是，新能源發(fā)電往往表現(xiàn)出不穩(wěn)定性、分散性、小型化、遠(yuǎn)離負(fù)荷中心等特點(diǎn)，使得采用一般輸電技術(shù)聯(lián)網(wǎng)極不經(jīng)濟(jì)。據(jù)中國電科院副總工程師、直流輸電專家湯廣福介紹，制約新能源發(fā)展的瓶頸主要是并網(wǎng)問題，風(fēng)能、太陽能發(fā)電明顯的間歇性和不確定性，容易引發(fā)諧波污染、電壓閃變等，導(dǎo)致電能質(zhì)量低，無法保證電網(wǎng)安全。
國家能源局的一位官員表示，國家將在“十二五”期間重點(diǎn)解決大型風(fēng)電基地等可再生能源基地并網(wǎng)瓶頸問題。
為解決新能源并網(wǎng)問題，世界各國進(jìn)行了多種嘗試。湯廣福表示，現(xiàn)在看來，柔性直流輸電是保證新能源接入的最好方式之一，甚至在很多場合下是唯一選擇。
已有成功經(jīng)驗(yàn)證明這一點(diǎn)。1999年6月，瑞典哥特蘭島柔性直流輸電工程投入運(yùn)行。該系統(tǒng)將納斯風(fēng)電場的電能送到維斯比市。工程運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明，柔性直流輸電與交流輸電并聯(lián)運(yùn)行很好地解決了三大問題：減弱了功率變化對交流電網(wǎng)造成的壓力，使交流電網(wǎng)更易于監(jiān)測;減少了電壓變化對敏感負(fù)荷的影響，隨著風(fēng)電功率的增加，電壓質(zhì)量得到明顯改善;實(shí)現(xiàn)了靈活快速地控制潮流，減少線路損耗，有助于實(shí)現(xiàn)調(diào)度自動(dòng)化。
柔性直流輸電應(yīng)用圖示。在這個(gè)設(shè)想中的典型區(qū)域，柔性直流輸電廣泛應(yīng)用于城市供電、風(fēng)電并網(wǎng)、海上鉆井平臺(tái)供電等領(lǐng)域。
柔性直流輸電 能做什么
為什么柔性直流輸電能夠解決新能源并網(wǎng)問題?
賀之淵認(rèn)為，原因是其可控性較好、運(yùn)行方式靈活，能夠減少系統(tǒng)短路容量，提高電能質(zhì)量。使用柔性直流輸電技術(shù)，就仿佛在輸送線路中增加了一個(gè)“等效電容”，可以在一定程度上確保功率的穩(wěn)定輸送。
賀之淵說：“設(shè)想有一條大河，自然狀態(tài)下，水流的流量只受最初的地理環(huán)境影響;如果在河道上建了一個(gè)水庫，人們就可以隨意控制下游水流的流量了。柔性直流輸電技術(shù)相較普通的直流輸電技術(shù)，就好像在河道上建立了一個(gè)水庫，使人們更自由地控制輸電線路的電流大小和輸送狀態(tài)。”
柔性直流輸電最突出的技術(shù)特點(diǎn)是采用了全控型的電力電子器件IGBT。與采用晶閘管的傳統(tǒng)直流輸電不同，柔性直流輸電的系統(tǒng)反應(yīng)速度快、可控性較好、運(yùn)行方式靈活。
與常規(guī)交、直流輸電相比，柔性直流輸電能極大地減少系統(tǒng)短路，還能向無源電網(wǎng)供電，是解決大面積區(qū)域停電、實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離孤立送電(如海上采油平臺(tái)和海上島嶼等)的有效途徑。2003年，美國東北部地區(qū)發(fā)生大停電事故，電網(wǎng)采用的柔性直流輸電系統(tǒng)提供了必要的電壓和頻率支持，幫助電網(wǎng)系統(tǒng)快速恢復(fù)了供電。
此外，柔性直流輸電還能提高配電網(wǎng)電能質(zhì)量，消除交流系統(tǒng)中的諧波污染、電壓間斷以及波形閃變等問題。而諧波污染、電壓波形閃變等，恰恰是風(fēng)電、光伏發(fā)電帶給電網(wǎng)的一大難題。
賀之淵表示，依據(jù)當(dāng)前我國的研究成果，柔性直流輸電不但能促進(jìn)新能源并網(wǎng)，系統(tǒng)本身也是節(jié)能環(huán)保的。柔性直流輸電系統(tǒng)不需要濾波器，模塊化程度高、附屬設(shè)備少，使得設(shè)備生產(chǎn)制造周期大為縮減，也更易于移動(dòng)、安裝、調(diào)試和維護(hù);系統(tǒng)的換流站體積僅為傳統(tǒng)直流的20%，并能實(shí)現(xiàn)無人值守;換流站類似普通廠房，沒有室外配電裝置，對環(huán)境景觀影響小，可比常規(guī)直流節(jié)省大量走廊用地;采用地下或海底電纜，電磁干擾小。所有這些，都使得柔性直流輸電更綠色、低碳、環(huán)保。
有關(guān)專家估計(jì)，到2015年，世界范圍內(nèi)柔性直流輸電工程的市場規(guī)模將達(dá)到千億元以上。而隨著新能源的快速發(fā)展和環(huán)境保護(hù)要求的提高，我國對柔性直流輸電技術(shù)也表現(xiàn)出強(qiáng)勁的市場需求，預(yù)計(jì)未來5年國內(nèi)市場規(guī)模在400億元以上。
