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新型储能技术:多能互动能源网络的重要支撑

作者:中国储能网新闻中心 来源:国家电网报 发布时间:2016-10-01 浏览:

中国储能网讯:能源开发利用正进入以“互联网+”新能源为特征的新时代,积极发展能源互联网,是我国应对能源革命的主要策略。随着全球能源互联网不断推进,电网的形态将更加智能灵活,必须开展技术创新与突破,才能匹配各类需求。全球能源互联网研究院在新型交流输电技术研发方面迈出了坚实步伐,为推动全球能源互联网更好发展提供技术支撑。

电网互联互通已成世界课题

在刚刚结束的G20峰会上,建立全球基础设施互联互通联盟的倡议引起各界关注。这个体现中国担当与智慧的倡议,也为全球能源互联网发展指明了清晰可行的实施路径。

电网互联互通涉及政策、科技、市场、环境等诸多方面,要解决好能源问题,必须以全球化视野、可持续理念、前瞻性思维、战略性举措和创造性技术着力转变能源发展方式,构建安全、高效、清洁的现代能源体系。

中国倡议构建全球能源互联网以来,各项工作稳步推进。而电网互联互通的例子,不仅仅是中国的特例。

为应对全球气候变化及可持续发展问题,西欧和北美发达国家相继提出了建设欧洲超级电网(Supergrid)和2030年北美大电网(Grid 2030)的愿景计划。根据这些计划,欧洲北海沿岸国家将以丰富的北海海上风力资源为基础,利用直流电网技术整合各国的风力发电、太阳能发电和水力发电资源,建设连接北海沿岸清洁能源项目的超级电网,并进一步扩展到非洲,把沙哈拉沙漠的太阳能(沙漠计划)输送到欧洲。

2011年,美国提出了2030年电网预想(Grid 2030),即美国未来电网将建立由东岸到西岸,北至加拿大、南至墨西哥,主要采用超导技术、电力储能技术和更先进输电技术的骨干网架。

在中国,根据规划,到2020年国家电网公司将形成以特高压为骨干的坚强智能电网。而构建全球能源互联网规模将更大,技术要求也会更高。未来,电网的灵活性、智能性、友好性都需要相应技术支撑。

创新是推动能源转型的“金钥匙”

重大技术突破对于推动全球能源互联网建设意义重大,将大幅提高能源供应的安全性、经济性。输电技术进一步开发和创新,为全球能源互联网的规划与建设奠定了坚实基础。

建设全球能源互联网,需全面掌握主要可再生能源资源分布及可开发潜力;提高全球能源互联网消纳可再生能源的效率,需要掌握洲际和区域负荷特性及其与可再生能源出力的互补性。

随着新一轮能源革命的逐步深化,能源大国在能源技术领域投入越来越大,能源和电力技术的需求和创新呈爆发式增长。欧洲、美国、日本等地区和国家在清洁能源、分布式电源、电动汽车、储能装置等方面不断取得突破,巴西、印度正在积极发展特高压输电。

在全球能源互联环境下,能源与电力技术创新,尤其是新材料、新型输电技术、新型发电技术等技术变革将有力推动全球能源互联的建设进程。

运用灵活交流输电解决电网互联关键技术问题

全球能源互联网研究院作为国家电网公司重要研发平台,紧密围绕全球能源互联网构建与发展,推动战略创新和技术创新,实现系列重大关键技术突破。这些技术,将深刻改变未来电网形态。

新型灵活交流输电技术——支撑跨国、跨洲远距离输电

在全球能源互联的大背景下,新型灵活交流输电技术将有效支撑跨国、跨洲远距离输电,解决传统交流输电受制于输送功率极限、无功电压控制、系统安全稳定等因素带来的安全问题。

在新型灵活交流输电装置关键技术方面,国外重点研究可控串补、静止同步补偿器、统一潮流控制器、可转换静止补偿器、分布式串联补偿器等FACTS技术并产业化,实现了在超高压电网的应用。

全球能源互联网研究院在基于晶闸管器件的FACTS技术研究、装置研制和工程应用等多项技术均处于国际领先水平。2015年4月,国网联研院成功研制了代表灵活交流输电技术制高点的UPFC换流阀和控制保护系统,通过了中国电机工程学会的技术鉴定,填补了我国统一潮流控制器技术空白,实现了从“中国制造”到“中国创造”的重大跨越。

半波长输电——大大减少输电设备,跨区输电竞争力强

半波输电(HWACT,halfwavelength AC transmission)是指输电的电气距离接近1个工频半波,即3000千米(50赫兹)或2600千米(60赫兹)的超远距离的三相交流输电。作为一种新的点对点、超远距离、大容量输电形式,半波输电线路无需安装无功补偿装置,全线无需设置中间开关站,输电设备数量可大大减少,因而造价很低、经济性好,对于跨洲、跨国输电以及偏远地区供电具有很强竞争力。

国外方面,巴西为把亚马孙河流域的大水电送到负荷中心,把半波输电技术作为一种备选方案开展详细理论研究和仿真计算,并制定了500千伏半波输电“北电南送”的工程方案。韩国也曾经研究过用半波输电将西伯利亚的水电送到韩国。

中国自2006年以来已开始研究半波输电,并以1000千伏特高压半波输电、±800千伏直流输电、±1000千伏直流输电作为西电东送的备选方案开展经济性分析。但对于输电线路调谐、潜供电流抑制、绝缘配合、沿线取电、保护安控等,均没有成熟的研究成果。

目前,国网联研院半波输电方案基于无源PI型或T型网络开展输电线路调谐,项目提出采用电力电子换流技术对输电线路开展柔性化调谐,未来有望在解决偏远地区超远距离供电问题上实现突破。

柔性变电站——实现不同国家、地区不同电制电网的互联互通

能源互联网的智能控制,关键在于对枢纽变电站的控制。

柔性变电站是以电力电子广泛应用为特征的新一代变电站。在技术上,柔性变电站以电力电子技术、控制保护技术及信息通信技术等融合为特征;在设备形态上,设备功能高度集中,设备界限逐渐模糊;在角色定位上,不仅是能量传输节点,而且是电网调控节点,还是一个负荷调控节点;在运行方式上,变电站既可以接入大电网并网运行,亦可以脱离大电网孤立运行。在信息交互上,变电站不但可以作为接收和执行信息的节点,而且可以实现电气设备与信息的深度融合。

柔性变电站作为电网能量交换控制节点,旨在提高电网状态参数及潮流的精确灵活控制;具有灵活的连接与协同控制能力,能实现交直流电网柔性互联、变电站“即插即用”、分散协同调控等站点综合控制功能;具有继电保护快速响应、快速灵活拓扑重构能力,实现故障限流、故障快速切除与自愈。

随着电力电子技术的发展和器件的成熟,将推动柔性变电站向更高电压、更大容量、全面半导体化方向发展。

未来的柔性变电站可实现不同国家、地域的不同电制电网的互联互通,实现潮流高效灵活控制,更大范围优化配置能源,全面支撑全球能源互联网建设。

新型储能技术——多能互动能源网络的重要支撑

构建全球能源互联网,多种类、大规模波动性强的清洁能源接入电网,安全性与能源转化率格外重要。总体上,通过各类新型储能技术的应用和推广,将有效提高能源综合利用效率与经济性,为能源互联网的构建提供有效技术支撑,支撑“两个替代”,实现电网、能源网和热(冷)网互联互通,为构建配置能力强、安全可靠性高、绿色低碳的全球能源互联网提供有效的技术支撑。

在新型储能技术领域,国网联研院在氢能储存、储热和大规模压缩空气储能等领域均已开展大量研究工作。在氢能储存方面,突破了波动性新能源电解制氢技术、氢能系统热电综合利用技术,并开发了氢能利用技术示范平台,目前正在开展电能、热(冷)能综合应用方案研究;在储热技术方面,开发了高储能密度的复合相变储热材料,可满足700摄氏度以上的高温储存,为可再生能源消纳清洁供暖和电网友好型可控太阳能光热电站提供技术支持;在大规模压缩空气储能方面,开展大容量新型压缩空气储能技术研究,开发低成本、高能量密度、无地理条件限制的深冷液化空气储能技术装置,为清洁能源大规模发展和电网安全经济运行提供保障。

未来的能源互联网,储能技术将在电力系统的应用中具有前景广阔。在新能源发电领域,大容量深冷液化空气储能装置,配置于可再生能源基地,为全球能源互联网提供低成本、不受地理条件限制的储能技术,促进全球能源互联网清洁调峰与大规模新能源消纳;高温高密度的储热技术应用于太阳能光热系统,实现太阳能光热的稳定可调,提升清洁能源比例;规模化氢利用技术,有效消纳过剩电力,提高电网调峰能力和可再生能源利用率,实现电网和气网互联互通;在能源终端用户领域,深冷液化空气储能技术可用于城市商业综合体与大数据中心,提供冷、热、电等多种能源供应和调峰服务,促进能源结构优化。

可以畅想,未来各种电网、新能源、储能技术井喷式发展之时,必将推动全球能源互联网更好更快发展,推动人类社会不断向着更加绿色、智能、可持续的方向前进。

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