《電子技術(shù)應用》
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智能電網(wǎng)與交直流特高壓有什么聯(lián)系

2020-06-20
來源:電子發(fā)燒友
關(guān)鍵詞: 智能電網(wǎng) 特高壓

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  特高壓分直流特高壓和交流特高壓,兩者的技術(shù)特性及其在電網(wǎng)中的作用差別很大,不可混為一談。直流特高壓用于遠距離、大容量輸電,在經(jīng)濟和技術(shù)上具有明顯優(yōu)勢。我國的水電、風電和太陽能資源較多集中在西部地區(qū),有遠距離輸電的要求,因此直流特高壓作為先進的輸電技術(shù)是建設(shè)智能電網(wǎng),實現(xiàn)我國電網(wǎng)綠色化不可缺少的手段。這一結(jié)論是明確的,也是早有共識的。

  存在爭議的是交流特高壓。電網(wǎng)的電壓等級隨著電網(wǎng)規(guī)模的擴大不斷由低向高提升,這的確是100 多年來世界各國電網(wǎng)發(fā)展走過的一條共同道路?;仡櫄v史不難看出,傳統(tǒng)電網(wǎng)的技術(shù)路線,就是以提高電壓等級的方法解決電網(wǎng)發(fā)展中出現(xiàn)的問題,從而滿足經(jīng)濟社會對電力的需求。但是事物的發(fā)展并非總是一條直線,有的規(guī)律它只在一個階段發(fā)揮作用。依靠提高電壓等級發(fā)展電網(wǎng)的路線,是在以化石能源為基礎(chǔ),能源開發(fā)傾向于越來越集中的條件下形成的,可以說是第二次工業(yè)革命的產(chǎn)物。當新能源革命,即第三次工業(yè)革命在世界范圍內(nèi)興起后,電網(wǎng)的發(fā)展實際上已經(jīng)脫離了這條路線,走上了一條新的,即建設(shè)智能電網(wǎng)的道路。

  美國未來學家杰里米˙里夫金在《第三次工業(yè)革命》一書中,介紹了美國電力研究所專家對該問題的見解。美國專家認為,智能電網(wǎng)分散式能源生產(chǎn)的發(fā)展可能會采取與計算機產(chǎn)業(yè)發(fā)展極為相似的路線:大型主機讓位于小型化、在地理上分散分布的臺式和筆記本電腦,它們相互連接、充分整合,成為一個極富彈性的網(wǎng)絡(luò)。在電力行業(yè)中,集中式電廠仍將發(fā)揮很重要的作用,但更需要小型、清潔、分散化的發(fā)電廠,能源儲存技術(shù)將支持它們的發(fā)展;為控制、處理由此形成的復雜互聯(lián)系統(tǒng)所帶來的海量信息與能源的流通問題,先進的電子控制技術(shù)是絕對不可少的。

  可以這樣說,依靠先進的信息、控制、儲能、超導等新技術(shù),注重以小型分散化方式開發(fā)清潔可再生能源,注重利用新的管理理念和技術(shù)手段提高能源利用率,實現(xiàn)能源的可持續(xù)發(fā)展,這就是第三次工業(yè)革命顯示的現(xiàn)代電網(wǎng)(即智能電網(wǎng))的發(fā)展路線。由于可再生能源分布相對均勻,分散化開發(fā)的結(jié)果將使電源的布局更合理;小型電源和微網(wǎng)可以直接接入配電網(wǎng),以較低的電壓向用戶供電;特別是超導輸電技術(shù)的不斷進步和在工程中越來越多的應用,顯示了現(xiàn)代電網(wǎng)的電壓等級不僅不會在超高壓的基礎(chǔ)上再提高,甚至還有逐漸降低的趨勢。

  電網(wǎng)的電壓等級在第二次工業(yè)革命時期由低向高發(fā)展,進入第三次工業(yè)革命后不再升高,并且呈現(xiàn)出由高向低發(fā)展的趨勢,從整個發(fā)展過程看,遵循的正是事物發(fā)展的“否定之否定”規(guī)律。那種認為電網(wǎng)會一直按照“規(guī)模越來越大,電壓等級越來越高”的規(guī)律發(fā)展的看法,是一種缺乏辯證思維的形而上學觀點。

  現(xiàn)代電網(wǎng)不再向交流特高壓電網(wǎng)發(fā)展,還因為交流特高壓自身存在著下述幾個致命的缺點:

 ?、侪h(huán)境代價大。由于交流特高壓的建設(shè)是在現(xiàn)有的500 千伏電網(wǎng)之上再疊加一個1000千伏電網(wǎng),升至該電網(wǎng)的電力送到受端后,都要先降壓為500 千伏再分配給220 千伏電網(wǎng),因此它不僅不能替代500 千伏變電容量和相應的500 千伏送電線路,還將使我國電網(wǎng)的電壓層次從現(xiàn)有的5 層增至6 層(即變?yōu)?.4/10/110/220/500/1000 千伏),成為世界上電壓層次最多的電網(wǎng)。而且交流特高壓的噪音、對環(huán)境的電磁污染遠比超高壓強,其輸變電設(shè)備都是龐然大物,需要的占地面積也更大(同塔雙回交流特高壓線路塔高約80 米,走廊寬度約70米;一座交流特高壓變電站占地9-20 公頃)。因此,建設(shè)交流特高壓電網(wǎng)意味著在電網(wǎng)復雜性增加的同時,還要為多增加一層電網(wǎng)付出難以承受的環(huán)境代價(尤其在人口密集的“三華”地區(qū)問題將更加突出)。

 ?、谕顿Y效益差。交流特高壓從技術(shù)上看,遠距離輸電不如直流特高壓,近距離輸電不如500 千伏電壓,而投資卻很大,是一種“性價比”很低的方案。南方電網(wǎng)對采用交流特高壓方案與采用直流特高壓加交流500 千伏電網(wǎng)方案進行了比較,結(jié)果前者的投資比后者多600-1000 億元,約高1.3-1.5 倍[5]。在“三華”地區(qū)建設(shè)交流特高壓同步電網(wǎng)的方案,比只建直流特高壓加交流500 千伏電網(wǎng)的異步聯(lián)網(wǎng)方案,至少要多花3000 億元的投資。除會推高電價外,還意味著要消耗更多的鋼鐵、鋁材和水泥,而這些高耗能產(chǎn)品的生產(chǎn)無疑將加重對環(huán)境的污染。

 ?、蹆杉壣龎?,既增加能損,又降低輸電能力。交流特高壓輸電,電源一般都要先升壓匯集到500 千伏變電站,再升壓至交流特高壓電網(wǎng)。由于基本沒有與之配備的發(fā)電機機組直接接入,交流特高壓電網(wǎng)實際上是一個無源的“空架子”,這種情況在其它電壓等級的發(fā)展過程中是從未出現(xiàn)過的。電網(wǎng)的最高一級電壓網(wǎng)架,對于保證整個電網(wǎng)的穩(wěn)定運行和功率平衡至關(guān)重要,它形成后一般直接接入其中的發(fā)電機容量都不會少于35%。比如截至2012 年底南方電網(wǎng)接入500 千伏電網(wǎng)的容量,廣東為36.6%,廣西為43.7%,云南為58.8%,貴州為50.6%;四川電網(wǎng)2013 年底接入500 千伏電網(wǎng)的容量約為47%。發(fā)電機經(jīng)兩級升壓接入電網(wǎng),是電力系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計中較為忌諱的做法,因為這樣必然加大系統(tǒng)阻抗,不僅導致電能損耗增加,還限制了輸電能力的提高。這種現(xiàn)象的出現(xiàn)從一個側(cè)面說明,沿著提高電壓等級的傳統(tǒng)路線前行,走到特高壓的時候,這條路已經(jīng)走不通了。

  由于存在上述問題,加之直流輸電技術(shù)的進步實現(xiàn)了電力的大容量遠距離輸送,歐美、俄羅斯、日本等發(fā)達國家,在經(jīng)過上世紀七、八十年代出現(xiàn)的那次交流特高壓技術(shù)研究和實驗熱潮后,從此放棄了交流特高壓。歐洲互聯(lián)電網(wǎng)盡管規(guī)模很大,但最高電壓卻只有400千伏(比我國電網(wǎng)普遍采用的500 千伏還低100 千伏),今后也肯定不會發(fā)展交流特高壓。

  但即便如此他們電網(wǎng)的可再生能源比例卻遠高于我國。德國規(guī)劃2020 可再生能源占比達到35%,2030 年達到50%,2050 年達到80%。說明實現(xiàn)電網(wǎng)綠色化與電網(wǎng)電壓等級的高低沒有關(guān)聯(lián)。提高電網(wǎng)可再生能源比例的主要途徑:一是大力發(fā)展各種儲能技術(shù),不斷擴大電網(wǎng)的儲能規(guī)模;二是開發(fā)、豐富、優(yōu)化電網(wǎng)調(diào)峰手段,其中包括儲備和調(diào)動需求響應資源;三是最大限度實現(xiàn)各種可再生能源的互補運行。

  至于治理霧霾的問題,由于建設(shè)交流特高壓電網(wǎng)要消耗更多本來可以不消耗的鋼鐵、鋁材和水泥,結(jié)果無疑是事與愿違?!半姀倪h方來”戰(zhàn)略主要依靠直流特高壓來實現(xiàn),但僅有這個戰(zhàn)略是不夠的,還要同時實施“電從身邊來”戰(zhàn)略,即以分散化方式開發(fā)“身邊”一切可以開發(fā)利用的清潔能源。兩者并舉,才能達到有效治理霧霾的目的。

  第三次工業(yè)革命所顯示的世界電網(wǎng)發(fā)展方向,決定了現(xiàn)代電網(wǎng)不能再走以提高電網(wǎng)電壓等級包打天下的老路,電壓等級越高不等于電網(wǎng)就越堅強。事實上,各種不斷創(chuàng)新發(fā)展的可再生能源開發(fā)利用技術(shù)、分布式電源微電網(wǎng)技術(shù)、儲能技術(shù)、超導輸電技術(shù)、多端直流技術(shù)、以及包括頁巖氣開發(fā)和核聚變在內(nèi)的其它新能源技術(shù),都是對交流特高壓的否定。

  歷史已經(jīng)證明并將繼續(xù)證明,交流特高壓是傳統(tǒng)技術(shù)路線的產(chǎn)物,它的身上帶有無法抹去的第二次工業(yè)革命的烙印。盡管它登上了傳統(tǒng)電網(wǎng)的技術(shù)頂峰,不過是為傳統(tǒng)電網(wǎng)豎起了一個更加吸引眼球的“新地標”而已。今天人們可以“創(chuàng)造條件”讓它繼續(xù)在第三次工業(yè)革命中扮演“重要角色”,也可以“順應潮流”讓它退出歷史舞臺?!奥斦呗犛跓o聲,明者見于未形”。中國電網(wǎng)的創(chuàng)新之路究竟怎么走?中國人應當有智慧作出正確抉擇。


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