8月13日-14日,在北京举办“中国电力新基建及能源互联网论坛”,国家电网全球能源互联网研究院原院长 邱宇峰作《支撑电力新基建的柔性交直流输电和储能技术电网》主题演讲。
现在我们电网主要的问题和发展方向就是“双高”电网,双高”电网?就是高比例清洁能源、高比例电力电子装置。为什么是“双高”电网?它的背景就是能源革命这个大背景。为什么需要能源革命?大的背景还是化石能源的短缺,气候变化、环境污染,所以必须要求能源要进行一场革命。这场能源革命它的主要特征是什么呢?就是“双高”。
越来越多的清洁能源会成为电网动力来源的主要部分,我列举一些数字,2019年,清洁能源发电装机占比是40%,预计到2030年希望这个比例要倒过来,现在是四六,然后变成倒的六四。大家都知道清洁能源的特点是间歇性、波动性和相当的不稳定、不确定性,清洁能源要想接入电网,我们要想把清洁能源发电用好,就需要两个大的技术来做支撑。
一个是柔性交直流输电技术,它解决了清洁能源并网的问题。清洁能源的消纳、吸收、利用,各种分布式的能源接入电网也需要电网具备更好的友好性,清洁能源能够即插查即用,同时要有更好的潮流调节控制和变换的能力。我们要具备更好、更灵活的电源供应的能力,比如用户需要直流,可以直接给你直流。你需要的是什么样的交流,直接给你什么交流。未来接入的不像现在就是一般的交流电站只接交流,以后柔性变电站,就是靠柔性交直流技术。
另一个是储能技术,清洁能源的消纳、吸收、利用好,储能技术也是必须的,没有储能技术,我们没有办法大规模的利用清洁能源。
今天讲的是灵活交直流输电,也叫柔性交直流输电FACTS,最早提出这个概念的是美国电科院的Hingorani博士,通过在电力系统中装电力电子装置,增强对电压功角和阻抗的调节控制能力。直流不管是柔性直流也好,常规直流也好,以及FACTS技术,根本上就是电力电子技术,它的发展历程是随着功率半导体器件的发展而逐步发展和演进的。
我们很熟悉最早一代所谓常规直流,就是采用基于晶闸管的LCC换流器的直流,基本是50Hz、60Hz。目前大量的主流器件形式已从半控器件转全控器件,如IGBT、GTO。
再下一步,会从器件的材料上做根本的一些转变,目前正在发展的是碳化硅器件。这些器件的发展就会对装置拓扑带结构来巨大的影响,有半控器件,才有LCC。到了有全控器件,才有了今天所谓VSC的换流器,才有了像STATCOM,以及MMC的柔性直流,这是当前这一代技术的主流。
再往下一代发展,开关频率会进一步提高,发展成碳化硅器件,这个时候功率密度会进一步加大,电压会进一步的提升,从现在千伏级的器件提升到万伏级的器件,到那时候又会有很多新型的拓扑,所以我们常说包括直流技术和FACTS在内的电力电子技术发展规律是一代器件决定一代拓扑从而决定一代应用。
简要介绍一下我们储能现在在电网中的一些技术,主要包括机械储能,还有超导储能,化学储能,各种电池,还有氢储能也是非常重要的一个方向。在氢储能基础上发生了合成燃料,把电解水制氢之后,用氢可以变成甲烷,冷热的储能技术。
总之不管是柔性交流输电还是柔性直流输电,以及储能技术,都是面向未来能源革命,面向能源互联网也好还是智能电网也好,这都是必须的技术,能够支撑未来电网的发展。