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(jī),,面對電壓擾動,,直流系統(tǒng)暫態(tài)響應(yīng)與常規(guī)機(jī)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(bǔ)基地以風(fēng),、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(fù)荷中心火電逐步關(guān)停,對外來電依賴加大,,負(fù)荷高峰期電壓穩(wěn)定問題突出,。
以上可通過配置調(diào)相機(jī)、SVG等動態(tài)無功補(bǔ)償設(shè)備予以部分解決,,但成本高,、運維難度大。
直流輸電是新型結(jié)構(gòu)性機(jī)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(yù)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(yīng)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(yīng)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(jié)構(gòu)性機(jī)會。
[多能互補(bǔ)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(shè)將大規(guī)模開展。
[柔性直流+常規(guī)直流]優(yōu)勢互補(bǔ)
柔性直流技術(shù)是直流輸電的升級和進(jìn)化,,該技術(shù)在保持傳統(tǒng)直流輸電技術(shù)機(jī)床上,,并依靠基于IGBT器件能關(guān)斷特性的脈寬調(diào)制技術(shù),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(shù)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(fēng)電送出等場景,。
若采用柔性直流技術(shù)建設(shè)特高壓直流受端換流站,或?qū)Υ媪繐Q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(bǔ)償、無換相失敗,、可向孤島供電及能進(jìn)行多端系統(tǒng)構(gòu)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(shù)加持下,,直流輸電能夠解決風(fēng)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(jī)組的性能特質(zhì)成為未來電網(wǎng)升級方向之一,。
柔性直流技術(shù)加持下,直流輸電不再存在技術(shù)限制,,使用范圍得到擴(kuò)展,。柔性直流技術(shù)是直流輸電的升級和進(jìn)化。
直流輸電不但可用于遠(yuǎn)距離(特高壓)輸電,,還可用于柔直背靠背以及深遠(yuǎn)海上風(fēng)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(fēng)光大基地和海上風(fēng)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(yù)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(jìn)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(jìn),。
結(jié)構(gòu)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(shù)加持下,,直流輸電能夠解決風(fēng)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(yuǎn)海上風(fēng)電送出三大應(yīng)用場景共同驅(qū)動下,,預(yù)計“十四五”期間直流輸電工程總投資規(guī)模將達(dá)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(guān)產(chǎn)業(yè)鏈公司帶來充足彈性。
能夠?qū)⒍鄠€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(shù)制約
與特高壓直流輸電工程相類似,柔性直流工程的建設(shè)需要諸如IGBT換流閥,、直流斷路器等核心設(shè)備,,是工程的關(guān)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(dǎo)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(dāng)下柔性直流技術(shù)依舊面臨成本和技術(shù)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(shù)端雖已有多個示范項目投運,但前期項目效果差強(qiáng)人意,,整體仍有待進(jìn)一步認(rèn)證,。
結(jié)尾:
可預(yù)見在未來清潔能源裝機(jī)容量不斷增加、多場景開展應(yīng)用的背景下,,發(fā)電側(cè)和用電側(cè)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(jī)器之能:《「海風(fēng)」撲面,化解凜冬之中的能源危機(jī)》
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