高壓直流輸電技術(shù)的節(jié)能探索

自上世紀(jì)80年代以來(lái)，電力傳輸技術(shù)的發(fā)展步伐明顯加快，提高傳輸能力的辦法不斷涌現(xiàn)，既有直流輸電技術(shù)、柔性交流輸電技術(shù)、分頻輸電技術(shù)等高新技術(shù)，同時(shí)也有對(duì)現(xiàn)有高壓交流輸電線路的增容改造技術(shù)，如升壓改造、復(fù)導(dǎo)增容改造、交流輸電線路改為直流輸電技術(shù)等。直流輸電，對(duì)于提高現(xiàn)有傳輸系統(tǒng)的傳輸能力，挖掘現(xiàn)有設(shè)備潛力，具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義，實(shí)施起來(lái)可收到事半功倍的效果。

經(jīng)濟(jì)性三大特性突出節(jié)能效果

從經(jīng)濟(jì)方面看，直流輸電有以下三個(gè)主要優(yōu)點(diǎn)：

首先，線路造價(jià)低，節(jié)省電纜費(fèi)用。直流輸電只需兩根導(dǎo)線，采用大地或海水作回路只用一根導(dǎo)線，能夠節(jié)省大量線路投資，因此電纜費(fèi)用省得多。

其次，運(yùn)行電能損耗小，傳輸節(jié)能效果顯著。直流輸電導(dǎo)線根數(shù)少，電阻發(fā)熱損耗小，沒有感抗和容抗的無(wú)功損耗，且傳輸功率的增加使單位損耗降低，大大提高了電力傳輸中的節(jié)能效果。

最后，線路走廊窄，征地費(fèi)省。以同級(jí)500千伏電壓為例，直流線路走廊寬僅40米，對(duì)于數(shù)百千米或數(shù)千千米的輸電線路來(lái)說(shuō)，其節(jié)約的土地量是很可觀的。

除了經(jīng)濟(jì)性，直流輸電的技術(shù)性也可圈可點(diǎn)。直流輸電調(diào)節(jié)速度快，運(yùn)行可靠。在正常情況下能保證穩(wěn)定輸出，在事故情況下可實(shí)現(xiàn)緊急支援，因?yàn)橹绷鬏旊娍赏ㄟ^(guò)可控硅換流器快速調(diào)整功率、實(shí)現(xiàn)潮流翻轉(zhuǎn)。此外，直流輸電線路無(wú)電容充電電流，直流線路無(wú)電容充電電流，電壓分布平穩(wěn)，負(fù)載大小不發(fā)生電壓異常不需并聯(lián)電抗。

提升空間大功率電力電子器件將改善直流輸電性能

直流輸電最核心的技術(shù)集中于換流站設(shè)備，換流站實(shí)現(xiàn)了直流輸電工程中直流和交流相互能量轉(zhuǎn)換，除在交流場(chǎng)具有交流變電站相同的設(shè)備外，還有以下特有設(shè)備：換流閥、控制保護(hù)系統(tǒng)、換流變壓器、交流濾波器和無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備、直流濾波器、平波電抗器以及直流場(chǎng)設(shè)備，而換流閥是換流站中的核心設(shè)備，其主要功能是進(jìn)行交直流轉(zhuǎn)換，從最初的汞弧閥發(fā)展到現(xiàn)在的電控和光控晶閘管閥。

晶閘管用于高壓直流輸電已有很長(zhǎng)的歷史。近10多年來(lái)，可關(guān)斷的晶閘管、絕緣門極雙極性三極管等大功率電子器件的開斷能力不斷提高，新的大功率電力電子器件的研究開發(fā)和應(yīng)用，將進(jìn)一步改善新一代的直流輸電性能、大幅度簡(jiǎn)化設(shè)備、減少換流站的占地、降低造價(jià)。

【觀點(diǎn)】

遠(yuǎn)距離輸電優(yōu)勢(shì)明顯

發(fā)電廠發(fā)出的交流電通過(guò)換流閥變成直流電，然后通過(guò)直流輸電線路送至受電端再變成交流電，注入受端交流電網(wǎng)。業(yè)內(nèi)專家一致認(rèn)為。高壓直流輸電具有線路輸電能力強(qiáng)、損耗小、兩側(cè)交流系統(tǒng)不需同步運(yùn)行、發(fā)生故障時(shí)對(duì)電網(wǎng)造成的損失小等優(yōu)點(diǎn)，特別適合用于長(zhǎng)距離點(diǎn)對(duì)點(diǎn)大功率輸電。

其中，輕型直流輸電系統(tǒng)采用可關(guān)斷的晶閘管、絕緣門極雙極性三極管等可關(guān)斷的器件組成換流器，使中型的直流輸電工程在較短輸送距離也具有競(jìng)爭(zhēng)力。

此外，可關(guān)斷器件組成的換流器，還可用于向海上石油平臺(tái)、海島等孤立小系統(tǒng)供電，未來(lái)還可用于城市配電系統(tǒng)，接入燃料電池、光伏發(fā)電等分布式電源。輕型直流輸電系統(tǒng)更有助于解決清潔能源上網(wǎng)穩(wěn)定性問題。

【工程應(yīng)用】

1. ±660千伏寧東—山東直流輸電工程于2011年2月28日投運(yùn)，山東接受外送電力的能力由350萬(wàn)千瓦提升至750萬(wàn)千瓦。據(jù)統(tǒng)計(jì)，山東因此每年可節(jié)約原煤1120萬(wàn)噸。由此全省減少二氧化硫排放5.7萬(wàn)噸，二氧化硫排放量降低1.1個(gè)百分點(diǎn)，大大促進(jìn)了資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會(huì)建設(shè)。

僅2011年第一季度，山東電網(wǎng)就接納省外來(lái)電91.3億千瓦時(shí)，同比增長(zhǎng)176%。

2. 錦屏—蘇南±800千伏特高壓直流輸電工程采用900平方毫米導(dǎo)線，節(jié)能環(huán)保效果明顯，抗自然災(zāi)害能力強(qiáng)，可進(jìn)一步促進(jìn)電力技術(shù)創(chuàng)新和行業(yè)技術(shù)升級(jí)。與傳統(tǒng)的630平方毫米截面導(dǎo)線相比，錦蘇特高壓直流線路應(yīng)用900平方毫米截面導(dǎo)線，按照年運(yùn)行3000小時(shí)計(jì)算，每年每千米線路可節(jié)電4.32萬(wàn)千瓦時(shí)，全線一年將創(chuàng)造直接效益4000多萬(wàn)元。

按供電煤耗360克標(biāo)煤/千瓦時(shí)計(jì)算，全線一年將減少標(biāo)煤消耗7.735萬(wàn)噸，減排二氧化碳約20.12萬(wàn)噸。而在抵御自然災(zāi)害方面，大截面導(dǎo)線的大風(fēng)水平荷載降低約10%，15毫米覆冰垂直荷載減小約7%。

3. 三峽—上海±500千伏直流輸電工程線路全長(zhǎng)1048.6千米，輸送容量300萬(wàn)千瓦，若按中強(qiáng)度全鋁合金導(dǎo)線替代普通導(dǎo)線計(jì)算，正常功率下，如果一年的輸送小時(shí)數(shù)為4000小時(shí)，可節(jié)約電能7.98萬(wàn)千瓦時(shí)/千米，全線每年可節(jié)電8372萬(wàn)千瓦時(shí)。