全球能源互聯(lián)網(wǎng)電力技術(shù)創(chuàng)新重點(diǎn)領(lǐng)域及關(guān)鍵技術(shù)分析

陳 蓉

(國網(wǎng)四川省電力公司南充供電公司變電運(yùn)檢室，四川 南充 637000)

0 引 言

近年來，伴隨著未來能源的快速發(fā)展，技術(shù)創(chuàng)新的重要性在全球逐漸突顯，并且成為了新興產(chǎn)業(yè)。目前，全球能源互聯(lián)網(wǎng)是對已有能源生產(chǎn)方式與消費(fèi)方法的一種創(chuàng)新，保證相關(guān)技術(shù)得到有效發(fā)展，進(jìn)一步推進(jìn)了全球能源電力技術(shù)的進(jìn)步。由此可見，深入研究并分析全球能源互聯(lián)網(wǎng)電力技術(shù)，創(chuàng)新其重點(diǎn)領(lǐng)域及關(guān)鍵技術(shù)具有一定的現(xiàn)實(shí)意義。

1 全球能源互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)概述

基于全球能源互聯(lián)網(wǎng)的構(gòu)建，要求以技術(shù)問題為出發(fā)點(diǎn)，重點(diǎn)表現(xiàn)在三個(gè)方面。

第一，新型能源發(fā)電技術(shù)要與大型新能源基地開發(fā)利用的需求相適應(yīng)。全球能源互聯(lián)網(wǎng)中，風(fēng)能發(fā)電、海洋能發(fā)電以及太陽能發(fā)電是十分關(guān)鍵的源端電源。因此，必須高度重視新能源發(fā)電技術(shù)的進(jìn)一步創(chuàng)新，盡量減少新能源發(fā)電的成本，突破大容量儲(chǔ)能技術(shù)，并為新能源基地的規(guī)模化開發(fā)以及創(chuàng)造奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)[1]。

第二，全面發(fā)展大容量輸電技術(shù)與特大型電網(wǎng)安全控制技術(shù)，保障新能源基地外送與電網(wǎng)運(yùn)行的安全性和穩(wěn)定性。新時(shí)期背景下，互聯(lián)大電網(wǎng)的建設(shè)速度逐步加快，海上區(qū)域與極地區(qū)域的新能源基地開發(fā)也將實(shí)現(xiàn)大容量與高等級(jí)的發(fā)展。

第三，信息通信技術(shù)全面融合，電網(wǎng)逐漸實(shí)現(xiàn)智能化發(fā)展。要想與全球能源互聯(lián)網(wǎng)的海量信息處理需求相適應(yīng)，必須積極應(yīng)用現(xiàn)代化信息通信技術(shù)。

通過分析、研究技術(shù)創(chuàng)新的趨勢，發(fā)現(xiàn)全球能源互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)創(chuàng)新的重點(diǎn)，主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面，如表1所示。

表1 全球能源互聯(lián)網(wǎng)重點(diǎn)技術(shù)領(lǐng)域與關(guān)鍵技術(shù)

2 大容量遠(yuǎn)距離輸電技術(shù)研究

大容量遠(yuǎn)距離輸電技術(shù)主要包括特高壓直流輸電技術(shù)、柔性直流輸電與直流電網(wǎng)等。

2.1 特高壓直流輸電技術(shù)與裝備

要確保互聯(lián)網(wǎng)與偏遠(yuǎn)區(qū)域新能源基地電力成功外送，必須保證特高壓輸電技術(shù)在未來發(fā)展的過程中容量更大、電壓等級(jí)更高。同時(shí)，要求輸電距離超過3 000 km，且輸送容量不低于1×107kW。如此一來，優(yōu)化配置能力將會(huì)大大加強(qiáng)[2]。

現(xiàn)階段，特高壓直流輸電斷路器與換流器等諸多高端裝備始終無法與高電壓等級(jí)輸電技術(shù)性能相適應(yīng)。所以，未來發(fā)展過程中，一定要全面發(fā)展±1 000 kV電壓等級(jí)的直流輸電技術(shù)，并且研發(fā)高端裝備工藝技術(shù)。在此基礎(chǔ)上，還應(yīng)全面建設(shè)±1 100 kV電壓等級(jí)需求的電網(wǎng)工程，以滿足極端條件。

2.2 柔性直流輸電與直流電網(wǎng)

要想確保城市供電、分布式能源成功開展以及實(shí)現(xiàn)新能源并網(wǎng)目標(biāo)，必須高度重視柔性直流輸電技術(shù)。需要注意的是，高壓直流電網(wǎng)有效升級(jí)了柔性直流輸電，確保了大規(guī)模新能源接入的靈活性，使電網(wǎng)運(yùn)行更加安全、可靠[3]。未來，柔性直流輸電與直流電網(wǎng)技術(shù)將和特高壓電網(wǎng)等現(xiàn)代化科學(xué)技術(shù)相融合，全面建設(shè)全球能源互聯(lián)網(wǎng)，確保與新能源基地電力大規(guī)模送出的實(shí)際需求相適應(yīng)。

目前，國內(nèi)高壓柔性直流控制保護(hù)技術(shù)與絕緣材料等相關(guān)技術(shù)尚未成熟，特別是電壓等級(jí)與輸電能力，仍然需要不斷改進(jìn)與完善。為此，應(yīng)將架空線柔性直流輸電技術(shù)作為重要基礎(chǔ)，綜合考慮直流電網(wǎng)規(guī)劃和網(wǎng)架構(gòu)建理論等方面，保證成功研發(fā)高壓柔性直流輸電裝備，尤其是直流電網(wǎng)潮流控制器與高壓直流斷路器。

根據(jù)合理預(yù)測，2030年，柔性直流輸電工程直流電壓的等級(jí)會(huì)超過±800 kV，且實(shí)際容量大于5×106kW。在此基礎(chǔ)上，將成功建成若干直流電網(wǎng)。

3 大電網(wǎng)安全運(yùn)行與控制技術(shù)研究

全面發(fā)展特高壓交直流電網(wǎng)建模和仿真技術(shù)。未來發(fā)展過程中，基于特高壓交直流電網(wǎng)發(fā)展速度的不斷加快，加之新能源的大規(guī)模開發(fā)，大電網(wǎng)運(yùn)行過程中的安全性與控制將面臨極大挑戰(zhàn)[4]。其中，特高壓交直流電網(wǎng)的正常運(yùn)行，能夠確保電網(wǎng)的特性隨之改變。在交流、直流和受端的互相影響下，交直流故障的連鎖反應(yīng)將過于復(fù)雜。所以，大容量集中饋入與特高壓多直流饋入都會(huì)導(dǎo)致電壓不穩(wěn)定，不利于頻率的穩(wěn)定性。

現(xiàn)階段，電力系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行過程中采用的仿真理論、控制技術(shù)，都難以與電網(wǎng)發(fā)展需求和大規(guī)模新能源接入需求相適應(yīng)。所以，必須掌握特大型電網(wǎng)的發(fā)展規(guī)律，成功研制出能夠與超大規(guī)模交直流混聯(lián)系統(tǒng)相適應(yīng)的新技術(shù)，確保電網(wǎng)的運(yùn)行更加安全、穩(wěn)定。

4 新能源發(fā)電與并網(wǎng)調(diào)控技術(shù)研究

4.1 高效低成本太陽能發(fā)電技術(shù)

合理運(yùn)用太陽能，不斷提高實(shí)際轉(zhuǎn)化效率，可節(jié)省發(fā)電成本，實(shí)現(xiàn)大規(guī)模的商業(yè)化發(fā)展，為技術(shù)創(chuàng)新提供保障。未來發(fā)展過程中，光伏發(fā)電技術(shù)與光熱發(fā)電技術(shù)將會(huì)實(shí)現(xiàn)進(jìn)一步突破，有效推進(jìn)全球能源互聯(lián)網(wǎng)建設(shè)，充分發(fā)揮大型太陽能發(fā)電基地的作用。

根據(jù)合理預(yù)測，2030年，晶硅與薄膜電池的光能轉(zhuǎn)換率提高30%或25%。此外，鈣鈦礦型與疊層等太陽能的電池效率將大于50%。較之于從前，光伏發(fā)電平均度電成本的下降速度也將大于50%。伴隨光熱發(fā)電技術(shù)的成熟化發(fā)展與應(yīng)用，塔式系統(tǒng)將成為光熱電站的主流開發(fā)技術(shù)，而且平均度電成本會(huì)降低40%左右。

4.2 海洋能發(fā)電技術(shù)

因?yàn)槿蚝Ｑ竽苜Y源相對豐富，所以在全球能源互聯(lián)網(wǎng)創(chuàng)建過程中，海洋能資源同樣是不可缺少的源端能源。海洋能發(fā)電技術(shù)過程中，溫差發(fā)電、波浪能發(fā)電以及潮汐發(fā)電等，都是最常見的海洋能發(fā)電技術(shù)。特別是潮汐能，它的開發(fā)與利用時(shí)間較長，技術(shù)相對成熟[5]。然而，實(shí)踐中，它卻容易受到裝機(jī)規(guī)模的影響。因此，分布式利用模式始終占據(jù)主導(dǎo)地位。此外，波浪能與洋流能的技術(shù)已經(jīng)趨于成熟，且有大量技術(shù)已經(jīng)開始實(shí)施。在未來的發(fā)展過程中，海洋能發(fā)電技術(shù)可能與海上風(fēng)電基地實(shí)現(xiàn)聯(lián)合性建設(shè)與發(fā)展，進(jìn)而構(gòu)建大規(guī)模且集中性的海上可再生能源發(fā)電基地。

4.3 新能源并網(wǎng)調(diào)控技術(shù)

新能源并網(wǎng)調(diào)控保障了全球能源互聯(lián)網(wǎng)的運(yùn)行安全與穩(wěn)定。為此，后期發(fā)展中需要發(fā)展新能源發(fā)電功率預(yù)測和新能源互補(bǔ)協(xié)調(diào)調(diào)度等技術(shù)，并且系統(tǒng)化研究、分析大規(guī)模電場和太陽能電站集群控制等技術(shù)。

5 現(xiàn)代化儲(chǔ)能技術(shù)研究

創(chuàng)建全球能源互聯(lián)網(wǎng)的過程中，儲(chǔ)能技術(shù)的作用不容小覷。儲(chǔ)能技術(shù)將成為新能源發(fā)電必不可少的主力能源，為新能源基地的發(fā)展提供不竭的電力供應(yīng)。儲(chǔ)能技術(shù)研究方面，電儲(chǔ)能是重點(diǎn)、難點(diǎn)。一般情況下，電儲(chǔ)能主要包含化學(xué)儲(chǔ)能與物理儲(chǔ)能。其中，物理儲(chǔ)能體現(xiàn)在飛輪儲(chǔ)能、物理儲(chǔ)能與化學(xué)儲(chǔ)能等方面。化學(xué)儲(chǔ)能則體現(xiàn)在液流電池與鉛酸電池等方面。目前，抽水蓄能是最成熟的儲(chǔ)能技術(shù)，而前沿的電儲(chǔ)能技術(shù)則包括超導(dǎo)磁儲(chǔ)能與新型儲(chǔ)能電池等。

5.1 化學(xué)儲(chǔ)能

與物理儲(chǔ)能技術(shù)相比，化學(xué)儲(chǔ)能的安裝環(huán)境、能量密度以及地址選擇等方面優(yōu)勢十分明顯?，F(xiàn)階段，儲(chǔ)能電池處于研發(fā)與示范應(yīng)用狀態(tài)的種類多于30種。但是，儲(chǔ)能電池的成本相對較高，除電動(dòng)汽車電池之外儲(chǔ)能電池沒有達(dá)到大規(guī)模商業(yè)化應(yīng)用的目的。所以，在儲(chǔ)能電池技術(shù)創(chuàng)新發(fā)展方面，應(yīng)將重點(diǎn)放在聯(lián)合運(yùn)用可再生能源、提高安全性以及降低成本等方面。

5.2 氫儲(chǔ)能

所謂氫儲(chǔ)能，是指借助多樣化技術(shù)，將多種形式能量轉(zhuǎn)化為氫氣進(jìn)行貯存。目前，大規(guī)模新能源的發(fā)展為新能源制氫提供了極為廣闊的發(fā)展空間。

因?yàn)樾履茉粗茪淇梢杂行{過剩的新能源電力所以使得電網(wǎng)負(fù)荷更加平衡，電力供需的調(diào)節(jié)效果也更加明顯。因此，新能源制氫在未來的發(fā)展中前景廣闊。新能源制氫過程中，對于源端而言，可以借助制氫的過程，將棄光電量與棄風(fēng)電量合成天然氣，并且輸送至輸氣管道，進(jìn)一步轉(zhuǎn)化、儲(chǔ)存過剩的新能源電力，從而推動(dòng)電網(wǎng)和氣網(wǎng)的充分融合發(fā)展。而在受端，可合理運(yùn)用低谷新能源達(dá)到制氫的目標(biāo)，為終端電能的有效替代提供全新發(fā)展機(jī)遇。

6 結(jié) 論

綜上所述，全面促進(jìn)全球能源互聯(lián)網(wǎng)的可持續(xù)發(fā)展為特高壓電網(wǎng)、儲(chǔ)能和新能源等諸多領(lǐng)域提供了發(fā)展機(jī)遇，尤其是各領(lǐng)域的技術(shù)創(chuàng)新。因此，未來發(fā)展過程中應(yīng)高度重視全球能源互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展技術(shù)，在多個(gè)方面進(jìn)行技術(shù)創(chuàng)新，推動(dòng)可再生能源發(fā)展，積極建設(shè)更多示范工程，實(shí)現(xiàn)全球能源互聯(lián)網(wǎng)電力技術(shù)的進(jìn)步。