夏季來臨,電網又將進入負荷高峰期。為應對今年的夏季用電高峰,各級供電企業(yè)采取不同措施保供電。在輸變電領域,應用節(jié)能技術和節(jié)能設備是電網節(jié)能措施中永恒的主題,也是解決電力大客戶用電緊張問題的有效措施。
自上世紀80年代以來,電力傳輸技術的發(fā)展步伐明顯加快,提高傳輸能力的辦法不斷涌現,既有直流輸電技術、柔性交流輸電技術、分頻輸電技術等高新技術,同時也有對現有高壓交流輸電線路的增容改造技術,如升壓改造、復導增容改造、交流輸電線路改為直流輸電技術等。直流輸電,對于提高現有傳輸系統的傳輸能力,挖掘現有設備潛力,具有十分重要的現實意義,實施起來可收到事半功倍的效果。
經濟性三大特性突出節(jié)能效果
從經濟方面看,直流輸電有以下三個主要優(yōu)點:
首先,線路造價低,節(jié)省電纜費用。直流輸電只需兩根導線,采用大地或海水作回路只用一根導線,能夠節(jié)省大量線路投資,因此電纜費用省得多。
其次,運行電能損耗小,傳輸節(jié)能效果顯著。直流輸電導線根數少,電阻發(fā)熱損耗小,沒有感抗和容抗的無功損耗,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,征地費省。以同級500千伏電壓為例,直流線路走廊寬僅40米,對于數百千米或數千千米的輸電線路來說,其節(jié)約的土地量是很可觀的。
除了經濟性,直流輸電的技術性也可圈可點。直流輸電調節(jié)速度快,運行可靠。在正常情況下能保證穩(wěn)定輸出,在事故情況下可實現緊急支援,因為直流輸電可通過可控硅換流器快速調整功率、實現潮流翻轉。此外,直流輸電線路無電容充電電流,直流線路無電容充電電流,電壓分布平穩(wěn),負載大小不發(fā)生電壓異常不需并聯電抗。
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集中于換流站設備,換流站實現了直流輸電工程中直流和交流相互能量轉換,除在交流場具有交流變電站相同的設備外,還有以下特有設備:換流閥、控制保護系統、換流變壓器、交流濾波器和無功補償設備、直流濾波器、平波電抗器以及直流場設備,而換流閥是換流站中的核心設備,其主要功能是進行交直流轉換,從最初的汞弧閥發(fā)展到現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的歷史。近10多年來,可關斷的晶閘管、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)和應用,將進一步改善新一代的直流輸電性能、大幅度簡化設備、減少換流站的占地、降低造價。
【觀點】
遠距離輸電優(yōu)勢明顯
發(fā)電廠發(fā)出的交流電通過換流閥變成直流電,然后通過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。業(yè)內專家一致認為。高壓直流輸電具有線路輸電能力強、損耗小、兩側交流系統不需同步運行、發(fā)生故障時對電網造成的損失小等優(yōu)點,特別適合用于長距離點對點大功率輸電。
其中,輕型直流輸電系統采用可關斷的晶閘管、絕緣門極雙極性三極管等可關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爭力。
此外,可關斷器件組成的換流器,還可用于向海上石油平臺、海島等孤立小系統供電,未來還可用于城市配電系統,接入燃料電池、光伏發(fā)電等分布式電源。輕型直流輸電系統更有助于解決清潔能源上網穩(wěn)定性問題。
【工程應用】
1. ±660千伏寧東—山東直流輸電工程于2011年2月28日投運,山東接受外送電力的能力由350萬千瓦提升至750萬千瓦。據統計,山東因此每年可節(jié)約原煤1120萬噸。由此全省減少二氧化硫排放5.7萬噸,二氧化硫排放量降低1.1個百分點,大大促進了資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會建設。
僅2011年第一季度,山東電網就接納省外來電91.3億千瓦時,同比增長176%。
2. 錦屏—蘇南±800千伏特高壓直流輸電工程采用900平方毫米導線,節(jié)能環(huán)保效果明顯,抗自然災害能力強,可進一步促進電力技術創(chuàng)新和行業(yè)技術升級。與傳統的630平方毫米截面導線相比,錦蘇特高壓直流線路應用900平方毫米截面導線,按照年運行3000小時計算,每年每千米線路可節(jié)電4.32萬千瓦時,全線一年將創(chuàng)造直接效益4000多萬元。
按供電煤耗360克標煤/千瓦時計算,全線一年將減少標煤消耗7.735萬噸,減排二氧化碳約20.12萬噸。而在抵御自然災害方面,大截面導線的大風水平荷載降低約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1048.6千米,輸送容量300萬千瓦,若按中強度全鋁合金導線替代普通導線計算,正常功率下,如果一年的輸送小時數為4000小時,可節(jié)約電能7.98萬千瓦時/千米,全線每年可節(jié)電8372萬千瓦時。