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新基建丨“十四五”柔性直流滲透,,成就直流輸電黃金時代

2021-12-22
來源:Ai芯天下

目前已經(jīng)暴露的不足

①受端電網(wǎng)動態(tài)無功支撐不足:直流大量替代本地電源開機,,面對電壓擾動,,直流系統(tǒng)暫態(tài)響應與常規(guī)機組相反,,惡化電壓穩(wěn)定性,。

②送端短路容量不足:未來多能互補基地以風,、光電力電子裝置并網(wǎng)為主,,無法提供短路容量支撐,,在無功擾動下電壓波動巨大。

③高比例受電地區(qū)電壓支撐不足:隨著大城市等負荷中心火電逐步關停,,對外來電依賴加大,,負荷高峰期電壓穩(wěn)定問題突出。

以上可通過配置調(diào)相機,、SVG等動態(tài)無功補償設備予以部分解決,,但成本高、運維難度大,。

直流輸電是新型結構性機會

南方電網(wǎng)日前發(fā)布“十四五”電網(wǎng)規(guī)劃,,總投資額約6700億元,較“十三五”總投資增長約22%,。

目前國家電網(wǎng)預計總投資較“十三五”增長約10%,,兩網(wǎng)合計增長約15%左右。

由于我國電網(wǎng)網(wǎng)架日趨完善,,供電可靠性普遍較高,,電力供應呈現(xiàn)整體寬松態(tài)勢。

從投資額總量看,重現(xiàn)兩位數(shù)的年化增長率已無可能,。

在此前提下,,應放棄總量仍將大幅度增長的幻想,重視新型電力系統(tǒng)背景下的結構性機會,。

[多能互補電源體系+特高壓直流輸電送出通道],,是新型電力系統(tǒng)針對新能源的主流解決方案,國內(nèi)新一輪特高壓項目建設將大規(guī)模開展,。

柔性直流+常規(guī)直流]優(yōu)勢互補

柔性直流技術是直流輸電的升級和進化,,該技術在保持傳統(tǒng)直流輸電技術機床上,并依靠基于IGBT器件能關斷特性的脈寬調(diào)制技術,,能實現(xiàn)有功,、無功功率的獨立控制。

通過采用基于全控型電力電子器件(如IGBT,、GTO)的電壓源型換流器(VSC),,柔性直流輸電克服了常規(guī)直流技術的缺陷:

可向孤島供電;無換相失敗問題,;不需要無功支撐,;有功、無功可獨立控制,;可實現(xiàn)多端直流電網(wǎng),。

因此,柔性直流特別適合海島供電,、海上風電送出等場景,。

若采用柔性直流技術建設特高壓直流受端換流站,或對存量換流站行改造,,便可降低對受端電網(wǎng)電壓支撐能力的需求,,減小換相失敗的概率,提升電網(wǎng)安全穩(wěn)定性,。

國家電網(wǎng)規(guī)劃“十四五”期間特高壓交直流工程總投資3002億元,新增特高壓交流線路1.26萬公里,、變電容量1.74億千伏安,,新增直流線路1.72萬公里、換流容量1.63億千瓦,。

相對傳統(tǒng)的直流輸電,,柔性直流輸電以IGBT等高頻率、可控性電力電子器件為核心,。

在集成傳統(tǒng)常規(guī)直流幾乎全部優(yōu)點的同時兼具無功率補償,、無換相失敗、可向孤島供電及能進行多端系統(tǒng)構建等特點,更加契合清潔能源的輸送,。

而從市場空間看,,在柔性直流技術加持下,直流輸電能夠解決風電,、光伏大規(guī)模送出和并網(wǎng)問題,。

柔性直流輸電有望依托自身接近火電同步發(fā)電機組的性能特質成為未來電網(wǎng)升級方向之一。

柔性直流技術加持下,,直流輸電不再存在技術限制,,使用范圍得到擴展。柔性直流技術是直流輸電的升級和進化,。

直流輸電不但可用于遠距離(特高壓)輸電,,還可用于柔直背靠背以及深遠海上風電送出。

但通過柔直,,兩個電網(wǎng)可以不同步,,完全隔離開。不管各自出什么事故,,雙方都互不干擾,,最好的辦法就是柔性直流。

如此,,未來依托風光大基地和海上風電,,柔性直流必然快速發(fā)展。

高比例可再生能源+柔直滲透

根據(jù)目前國網(wǎng),、南網(wǎng)“十四五”規(guī)劃況,,預計2021-2025年將有10條左右的特高壓直流線路開工。

南網(wǎng)正在積極推進的中通道,、南通道柔性互聯(lián)工程將成為一批柔直背靠背工程的樣板,,在南網(wǎng)其他區(qū)域和國網(wǎng)中得到推進。

結構性變化核心在于直流輸電將大規(guī)模起量,,在柔性直流技術加持下,,直流輸電能夠解決風電、光伏大規(guī)模送出和并網(wǎng)問題,。

在特高壓混合直流,、柔直背靠背以及深遠海上風電送出三大應用場景共同驅動下,預計“十四五”期間直流輸電工程總投資規(guī)模將達4000億以上,。

其中換流閥,、IGBT、晶閘管等五年市場總需求在450億元,,為相關產(chǎn)業(yè)鏈公司帶來充足彈性,。

能夠將多個大型新能源基地接入直流系統(tǒng),,也能夠接入常規(guī)直流系統(tǒng),通過改造完成新能源接入,,以利用傳統(tǒng)的直流系統(tǒng)資產(chǎn),,提升系統(tǒng)效益。

面臨成本與技術制約

與特高壓直流輸電工程相類似,,柔性直流工程的建設需要諸如IGBT換流閥,、直流斷路器等核心設備,是工程的關鍵所在,。

其中,,柔性換流閥在總工程成本中的占比在25—30%左右,而換流閥中功率半導體組件又是換流閥中價值量占比最高的部分,,由大量晶閘管,、IGBT組成。

不過,,當下柔性直流技術依舊面臨成本和技術雙重制約,,一方面,相對傳統(tǒng)直流,,柔性輸電的成本是其1.8倍左右,;

另一方面,柔性直流技術端雖已有多個示范項目投運,,但前期項目效果差強人意,,整體仍有待進一步認證。

結尾:

可預見在未來清潔能源裝機容量不斷增加,、多場景開展應用的背景下,,發(fā)電側和用電側的改變,柔性直流將是電網(wǎng)未來升級的必然趨勢,。

部分資料參考:未來智庫:《直流輸電行業(yè)專題研究:“十四五”開啟直流輸電黃金時代》,,機器之能:《「海風」撲面,化解凜冬之中的能源危機》

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