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“电荒”时期电网节能之四大利器

日期:2013年3月4日 16:01

  最近我国面临的严重缺电问题,使人们再一次深刻认识到节能、提高能源综合利用效率和发展可再生能源的巨大意义。“十一五”以来,中国电网以特高压和智能电网建设为代表,在技术不断成熟、可靠性不断提高的同时,开始了提高能效、节能降耗的尝试。“十二五”期间,哪些节能技术及相关设备,在电网系统应用、发展的前景广阔?

  利器一:特高压输电

  [案例]4月27日,中国电力企业联合会发布第一季度电力供需形势分析报告,四川等水电大省的水电设备平均利用小时数超过600小时,比去年同期提高89小时。出现这一现象的重要原因是向家坝—上海特高压直流输电工程的建成。

  据不完全统计,2010年长江汛期,向上工程外送四川水电数百亿千瓦时,比2009年同期增加近50%,减排二氧化碳近千万吨。

  在特高压工程带动下,一度迟缓的水电建设再掀高潮。例如,国电集团挺进大渡河,华能集团挥师岷江,二滩水电开发公司屯兵雅砻江,长江三峡集团镇守金沙江,华电集团入主杂谷脑河,大唐集团瞄准涪江,四川省境内展开前期项目的水电站装机已超过4000万千瓦。

  [分析]特高压输电能够在更大范围内优化配置资源,还可以提升线路的传输能力。电压等级越高,电网的输送功率也越大。我国能源资源与能源需求呈逆向分布:煤炭资源主要分布在西北,水资源主要分布在西南,新能源资源——光伏发电和风力发电主要分布在西北一带。而能源需求主要在东南沿海地区。采用长距离输电是当前形势下的必然选择。特高压电网的应用与建设是解决上述问题最好的方案。

  [设备]特高压交直流设备基本可以实现国内自主研发和制造,这为我国进一步发展特高压奠定了物理基础。

  特高压交流设备包括变压器、电抗器、组合电器开关、隔离开关、避雷器和无功补偿设备等。其中,变压器、电抗器和组合电器开关占比较大,三者合计占一半以上,上述设备我国企业均可自主研制;无功补偿装置目前已由中国电科院研发成功。

  特高压直流设备包括线路和换流站设备。换流站主设备包括:换流变压器、电抗器、避雷器、换流阀和无功补偿装置等,其中投资大项为换流变和换流阀。

  利器二:直流输电

  [案例]2月28日,±660千伏宁东—山东直流输电工程投运,山东接受外送电力的能力由350万千瓦提升至750万千瓦。据统计,山东因此每年可节约原煤1120万吨。由此全省减少二氧化硫排放5.7万吨,二氧化硫排放量降低1.1个百分点,大大促进了资源节约型、环境友好型社会建设。

  仅今年第一季度,山东电网就接纳省外来电91.3亿千瓦时,同比增长176%。

  [分析]发电厂发出的交流电经换流阀变成直流电,然后通过直流输电线路送至受电端再变成交流电,注入受端交流电网。对于远距离输电,高压直流输电拥有独特的优势。其中,轻型高压直流输电系统采用可开断的器件组成换流器,使中等规模的直流输电工程在较短输送距离上也具有竞争力。

  此外,可关断器件组成的换流器,还可用于向海上石油平台、海岛等孤立、小型系统供电,未来还可用于城市配电系统,接入燃料电池、光伏发电等分布式电源。轻型高压直流输电系统更有助于解决清洁能源上网的稳定性问题。

  [设备]直流输电最核心的技术集中于换流站设备,换流站实现了直流输电工程中直流和交流相互转换。交流场采用与交流变电站相同的设备,直流场则采用以下特有设备:换流阀、控制保护系统、换流变压器等。换流阀是换流站的核心设备,其主要功能是交直流转换。

  近10年来,可关断的晶闸管(GTO)、绝缘门极双极性三极管(IGBT)等大功率电子器件的开断能力不断提高,新的大功率电力电子器件的研究开发和应用,将进一步完善新一代直流输电性能,大幅度简化设备,减少换流站占地,降低造价。

  利器三:柔性交流输电

  [案例]2009年年初投运的500千伏伊冯可控串联电容补偿装置,创造了4个世界第一:可控串补度最高、可控容量最大、额定提升系数最大、阀额定电压最高。它标志着我国自主研发的可控串补技术后来居上,达到世界领先水平。500千伏伊冯可控串联电容补偿装置投运后,该线路每年因输电能力提高而新增产值4.4亿元。

  以国产可控串联补偿晶闸管的电子触发系统为核心,自主创新的可控串补技术,把我国的电力电子行业引领到国际先进水平。而可控串补装置国产化,不仅使国外厂商的报价下降近一半,也增大了国内市场份额。

  [分析]柔性交流输电技术是现代电力电子技术与电力系统相结合的产物。柔性交流输电技术是新能源、清洁能源大规模接入电网系统的关键技术之一,将电力电子技术与现代控制技术相结合,通过对电力系统参数的连续调节控制,达到大幅降低输电损耗、提高输电线路输送能力和保证电力系统稳定水平的目的。

  无功补偿技术旨在调节电网中的无功功率,降低线路和变压器因输送无功造成的电能损耗。预计“十二五”期间,无功补偿总需求达111亿元,年均22.2亿元。其中,并联无功补偿市场容量在51亿元,可控串补配合500千伏以上线路建设,需求在60亿元。

  [设备]目前已成功应用或正在开发研究的装置有十几种,如静止无功补偿器、超导蓄能器、可控串联电容补偿器等。国内自主成套设计和制造的静止无功补偿器、静止调相器和可控串联电容补偿装置已挂网运行。静止无功补偿器用以晶闸管为基本元件的固态开关替代电气开关,实现了快速、频繁地控制电力设备。

  利器四:谐波治理

  [案例]开化县是浙江省硅产业基地。近年来,该县硅产业发展较快。但随着客户各类整流和变频设备的广泛应用,开化电网谐波问题日趋严重,影响了供电质量。今年4月初,开化县供电局“钱江源”电力服务队分批次走访全县谐波源客户,为其安装电能质量在线监测表,检测谐波治理装置并分析二次谐波,商讨开化电网电能质量在线监测方案。

  谐波治理有效降低了各生产企业的成本,提高了客户的产品质量,使开化电网的电能质量管理工作得以提高。截至目前,全县29家谐波源客户谐波治理工作已完成,并进行了测试与评估工作。

  [分析]随着节能降耗,新能源和智能电网的大规模快速应用,电网用户日趋增多,用电设备日趋复杂。大量节能灯、变频器的使用,风能、太阳能并网发电等分布式电源的增加,电动汽车充电站的发展等,造成公用电网中的谐波问题日趋严重,治理谐波刻不容缓。

  谐波源自一种整数倍于工频50赫兹的高频电流,大量的谐波电流会引起电网中的电压畸变,严重危害电网运行的稳定性。同时,大量的谐波在电网中积累叠加导致线路损耗增加,浪费电能。2011~2015年,谐波治理设备市场年容量可达200亿~250亿元,市场空间巨大。

  [设备]目前常用的谐波治理装置有两种:无源滤波装置和有源滤波装置。无源滤波装置的主要结构是把电抗器与电容器串联起来,再并联于系统中。10千伏以下电力系统大多数采用无源滤波方式。一般而言,无源滤波装置的成本低,但滤波效果一般。从发展前景看,由于成本较低,市场的前景可观。有源谐波滤除装置是在无源滤波的基础上发展起来的,它的滤波效果好,在其额定的无功功率范围内,滤波效果可达到百分之百。但成本极高,如果成本能有所下降,将大大有利于有源滤波产品的推广。

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