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成本低!损耗小!易接入!这个技术攻克直流变压难题!

日期:2021-01-12    来源:国际能源网

能源资讯中心

2021
01/12
19:08
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关键词: 直流配用电技术 高压输电 低压配电 柔性直流示范工程

说起直流配用电技术,大家是否有种“既熟悉又陌生”的感觉?

将时间翻回1882年,在当时的美国纽约珍珠街中央车站,爱迪生用110伏的低压直流电搭设起世界首个直流配用电系统。

托马斯·阿尔瓦·爱迪生

100余年后的今天,对于高压输电领域的直流应用我们已然司空见惯,但在低压配电领域,针对直流的探索也正在兴起。

美国、欧洲和日本等发达国家和地区对直流配用电技术的研究开展较早,但近几年,中国也已经开始呈现赶超态势,杭州江东新城、海宁尖山、深圳宝龙工业城、珠海唐家湾科技园、贵州大学、苏州工业园等柔性直流示范工程相继投入运行。

2020年11月30日,丽水景宁县成功投运了浙江省第一条长距离±375伏直流配用电线路,曾经“高压特供”的直流电能传输技术,在丽水逐步走向“低压普及”。

丽水景宁中继站航拍全景图

开始下个话题前,我们先要了解什么是直流配用电系统。

直流配用电系统,是以柔性直流等技术为基础,以区域直流母线为基本结构单元,可以便捷智能地接入各种电源、负荷和储能装置的电能互联传输系统。

19世纪的“交直流电力之战”,最终以交流电战胜收场。很大一部分原因,是因为在那个特定的年代,直流电无法方便地改变电压,直接限制了它的供电半径和供电容量。

技术发展至今,由于绝缘栅双极型晶体管(IGBT)等一众高效电力电子器件的诞生和控制技术的发展,直流变压的难题被逐步攻克。现在,使用直流-直流变换器(DC-DC变换器)可以方便地改变直流电的电压等级。

丽水景宁中继站DC-DC转换装置实景图

短板被弥补后,直流配用电技术原本就具备的优势,便更加可观地展现了出来。

直流线路运行损耗更小

节约的能源是最清洁的能源。无论是直流还是交流线路,运行中都会产生损耗。直流线路的损耗仅为电阻损耗,而交流线路还要考虑线路电抗、电容及与大地的分布电容等无功损耗,且在实际运行中由于集肤效应,交流线路的电阻会变得更大,因此交流线路的损耗也更大。

以丽水景宁的±375伏直流配用电线路为例,在不同工况下,其线路的损耗为同等条件下380伏交流线路的15%至50%。

换言之,在同等损耗规模下,直流线路的供电半径也比交流线路更大。

直流线路造价成本更低

节省的投资是最高效的投资。交流配电线路一般采用三相四线制(ABC三相+零线),即一股导线中实际有四根线,而低压直流配电线路一般可用两根线传输电能,有色金属消耗量小,在同等容量下,单位长度的造价更低。

据了解,丽水景宁投运的直流配用电线路,综合成本约为同级电压交流配电线路的三分之二,体现了良好的经济性。

直流配用电系统有助于分布式能源接入

唤醒的资源是最优质的资源。随着新能源日渐普及,如今很多低压终端用户接入了光伏、电池储能等直流设备,而直流配用电系统,可以让他们的接入过程更加便捷,同时也能进一步唤醒他们的潜能,为外部电网提供服务。

仍以丽水景宁的直流工程为例,它所服务的电力用户是一座信号中继站,站内有大量使用直流电源的光通信设备,同时配有光伏发电和电化学储能系统。在同样为直流的配电线路接入后,这座中继站原本的光伏系统、储能电池及直流通信负荷之间的能量交换变得更为灵活。

能量路由器系统

现在,光伏发电不仅可以给站内储能电池充电,还可以通过直流线路直接回馈给外部电网;而储能电池也可以有序开展充放电检测,同样通过直流线路将原本浪费的电能回馈给外部电网。如此一来,原本仅作为备用电源投入的光伏-电池系统,便可唤醒“经济”潜能,通过向电网“卖电”,产生一定的经济效益。

正如上述所讲,随着分布式新能源、直流负载以及储能设备的广泛发展和利用,接入配电网的源(供能)、荷(用能)及储(储能)设备有了越来越多的直流属性,而作为连接源、荷、储的网端,目前仍然是以交流电为绝对主力。

打个比方说,一件商品,明明厂家、用户和商店都习惯讲中文,但它的包装盒上却印的是英文说明书,结果导致厂家、用户和商店都得请翻译,使用上总是不太方便。

如果配电网也采用直流技术,就可省去大量整流和逆变装置(即省去“翻译”环节),将具有直流属性的设备便捷地互联互通,这也是近年来发展直流配用电技术的呼声在业界和学界中日渐走高的重要原因。

但是我们也要清醒地看到,直流配用电技术在当前遇到的问题。直流配用电发展存在的主要问题有设备造价高体积大、技术性能指标参差不齐、缺乏系统的标准指导、实用化水平低、市场模式模糊等几个方面。此外,由于现有工程以示范建设为主且接入的直流负荷少,直流配用电的实际运行经验还较为缺乏。

预计到2030年,我国可再生能源装机占比将达到54%(风电21%、光伏15%),电动汽车保有量将增至1亿辆,电能占终端能源消费的比重将超过30%。未来,配用电系统将呈现出超高比例直流设备分布式接入的特点,集源网荷储于一体的直流配用电系统将更具竞争优势。

来源:浙电e家

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