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“柔性直流”开启可再生能源智能外送新途径

北极星智能电网在线  来源:中国电力企业管理  作者:刘杰  2017/10/11 10:46:31  我要投稿  

北极星智能电网在线讯:无论是从资源枯竭的角度,亦或环境气候变化的影响,我国能源系统从发电侧、电网侧再到消费侧,对于可再生能源的有效开发利用都注以无限的期许和关注。尽管近些年,随着新技术的广泛介入、市场机制的逐渐完善和开发布局的理性转变,使得以“天赐惠风夜夜弃”为代表的“三弃”问题得到有效缓解,但在通往根本性解决可再生能源消纳问题的道路上,电网调峰、电力外送和市场机制构建仍是现阶段不可回避这三大制约性问题。

近年来,国网冀北电力有限公司在突破新能源发展瓶颈方面工作成效显著。截至2017年8月底,累计投入67亿元建成110千伏及以上清洁能源输电线路2800千米、变电容量678万千伏安,提升了依托大电网消纳新能源的能力。建立通过电采暖、电能替代项目促进新能源就地消纳的市场化交易机制,全额保障性收购新能源电量171.8亿千瓦时,同比增长24.3%,在新能源装机容量超过千万千瓦的省级电网中新能源弃电率最低。

与此同时,国网冀北电力有限公司依托独特的区位优势,以建设张北可再生能源柔性直流电网工程为契机,通过示范应用柔性直流输电等先进技术,积极构建高比例大规模新能源安全智能外送新路径,提升电网接纳和配置多种能源的能力,为改变大电网发展格局、以科技推动能源革命作出有益探索。

开辟可再生能源大规模送出新途径

我国清洁能源开发重点集中在西部、北部地区、多处于电网末端,甚至是电网空白区域,交流电网难以支撑大规模常规直流安全稳定运行。目前,国际上围绕可再生能源汇集、消纳开展了大量研究,其中柔性直流输电是被重点关注的技术领域。柔性直流输电送、受端均可与弱电网或无源电网联系,可对有功功率和无功功率进行独立快速控制,实现输电功率动态连续调节,运行方式灵活,具备构建直流电网的条件,可以大规模汇集和送出新能源。

国网冀北电力建设的张北柔直示范工程作为世界上首个应用柔性直流技术进行陆地可再生能源大规模并网的示范工程,由四座柔性直流换流站和四条直流架空线路组成,构建起输送大规模风电、光伏、抽蓄等多种能源的四端环形柔性直流电网。

示范工程投运后,既满足了张家口地区可再生能源可靠送出与消纳,有力支撑了低碳绿色冬奥,更可实现并示范在送端弱交流系统条件下大规模清洁能源外送的模式,对探索我国西部、北部地区新能源开发和利用模式具有重要示范意义。未来,在我国采用柔性直流输电技术实现大规模清洁能源发电并网和输送将具有广阔的应用前景。

新能源实现“友好接入”

冀北地区新能源资源丰富,拥有风、光、抽蓄等多种典型要素,具备良好的多能互补建设条件。由于新能源自身的特性,多种新能源的大规模集中并网,给电网安全稳定运行带来一定的影响和隐患,如何去实现新能源与电网的共同长远发展,成为亟待解决的一道难题。

张北柔直示范工程构建的输送大规模风电、光伏、抽蓄等多种能源的四端环形柔性直流电网,有效解决新能源友好并网难题。通过充分发挥柔性直流输电在新能源开发、利用上的技术优势,大幅提高新能源并网的可靠性,若发生故障,可实现故障后的潮流转移。同时,还具有良好的灵活性,可实现多种能源灵活交互,提升可再生能源利用效率。

此外,基于张北柔直示范工程所具有的良好扩展性,易于在送、受端扩展新落点。通过在张北构建柔性直流环形电网,可以实现大规模光伏、风能的昼夜互补,以及新能源与储能电源的灵活能量交互,形成稳定可控的电源送至受端电网,解决大规模新能源接入后的系统调峰问题。位于河北省承德市的丰宁抽水蓄能电站一期、二期工程均已获得国家核准,投产后,将作为京津及冀北电网主要调峰电站之一。届时示范工程将以张北、康保为新能源送端,以丰宁为调节端,以北京为受端,实现新能源和抽水蓄能互补,减小间歇性能源对交流电网的扰动冲击,实现新能源的“友好接入”。

清洁替代保障首都碧水蓝天

京津及冀北电网为典型的多方向、多通道、多落点的受端电网,预计2018年京津及冀北电网最大负荷将达到69650兆瓦,2020年京津及冀北电网最大负荷将达到 78990兆瓦, “十三五” 增速约7.8% 。

近年来,冀北地区新能源发展迅猛,但新能源就地消纳能力有限。张北可再生能源柔性直流电网工程投运后可将清洁电能直接输送至北京西北部电网,届时3000兆瓦清洁电力将取代现在的燃气热电机组供电,就近解决了燃气电厂替代问题,改善首都环境质量。且示范工程投运后可满足延庆区新增电供热用电需求,提高延庆电网供电能力。“十三五”期间延庆区有多个发展热点,负荷将迎来大幅增长。到2020年延庆区将完成6.9万户煤改电工程,同时将迎来世园会、冬奥会等重大体育赛事,预测延庆区2020年最大用电需求在700兆瓦左右。示范工程中的北京换流站落点延庆区,使得更多清洁电力注入北京西北部电网,将极大满足延庆区负荷发展,实现散烧煤替代,让清洁电力助力北京城市发展。

以科技创新迎接新能源发展挑战

清洁能源井喷式发展,大规模风电、光伏电站的陆续接入,对电网稳定运行存在的影响不容小视。国网冀北电力在建设张北可再生能源柔性直流电网工程基础上,着力研究清洁能源并网等一系列前沿课题,确保服务清洁能源快速发展的同时实现电网的稳定运行。

国网冀北电力有限公司借助国家风光储输示范电站,积极探索清洁能源的友好并网和平滑输出的方法和手段,实现了风光储联合发电互补机制及系统集成、全景监测与协调控制、高精度风光联合功率预测、源网协调技术和大规模电池储能集成应用技术五大技术突破,取得了一系列举世瞩目的工作成就。

基于风电的随机性、间歇性等特点,国网冀北电力还开展对清洁能源场站开展风机低电压穿越能力一致性核查工作和风电场动态无功补偿装置现场检测,有效降低了风电汇集区域电压波动水平,保障风电安全运行。此外,在清洁能源调度技术方面不断创新突破,应用新能源功率预测技术,2016年短期风电、光伏功率预测平均准确率分别为91%、86%。同时持续推进清洁能源有功控制系统建设,2016全年依托有功控制系统清洁能源场站累计增发电量9.4亿千瓦时,占冀北新能源总发电量4.3%,等效提升利用小时数约50小时。自2014年2月投运以来,有功控制系统累计增发电量16亿千瓦时。

下一步,国网冀北电力有限公司将以科技创新为引擎,积极落实国家及国网公司发展战略,依托2022年北京—张家口冬季奥运会,推进全球能源互联网张家口创新示范区建设,着力打造国际领先的清洁能源示范基地。依托国家重点研发计划,开展支撑低碳冬奥智能电网技术研究,研发先进的电力规划、输送、消纳和运行控制技术,为2022年绿色、低碳冬奥奠定坚实的技术基础。根据国家电网公司统一规划,在冀北地区张北、康保、丰宁及北京延庆建设世界首个±500千伏四端环形柔性直流电网,探索未来电网形态,实现高比例新能源友好并网、汇集与送出。应用单元式风电、光伏及厂站式虚拟同步发电机技术对国家风光储输示范电站进行改造,建成世界上容量最大、全站具备同步发电机功能的新能源电站,提升风光发电并网友好性。

延伸阅读:

国家标准《柔性直流输电换流器技术规范》将于明年2月起实施

柔性直流输电技术实现自主创新引领技术发展

原标题:“柔性直流”开启可再生能源智能外送新途径

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