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信平变压器:电网走向分布式和扁平化是不可阻挡的潮流

2018-03-03 08:30:53 德州信平电子有限公司 阅读

有三股无法抗拒的力量,同时向着一个方向,推动传统电网的变革。

第一股是能源转型革命的力量。以可再生能源替代化石能源的转型,是人类实现自身可持续发展的必然要求,而建设能源互联网则是实现能源转型的必由之路。智能电网是能源互联网的核心和基础,也是未来电网的雏形。随着能源清洁化、绿色化程度的不断提高,能源互联网的建设将由量变到质变,最终完全改变传统电网的面貌。

第二股是能源技术革命的力量。大致来自四个方面的技术创新,将对传统电网的变革产生重大影响:一是低成本长寿命的各种储能技术,以及氢能的生产和利用技术;二是低成本高效率的太阳能和与电网更加友好的风能等可再生能源发电技术;三是直流电网以及超导输电等技术;四是核聚变、可燃冰、干热岩等新能源的开发利用技术。任何一方面技术的重大突破,都具有颠覆传统电网的力量。国家发展改革委等5部委于2017年9月印发的《关于促进储能技术与产业发展的指导意见》,规划了我国未来10年储能技术发展的蓝图,人们有理由相信,传统电网的变革正在提速。

第三股是电网分区就近平衡规律的力量。任何一个电网要想具有更好的经济性和更高的可靠性,必须遵守分区就近平衡的规律,不可舍近求远。互联网背景下由能源转型推动的电网变革,分区就近平衡的规律不仅没有过时,而且还将达到一个更高的水平。电网自身的客观规律产生的力量是不可抗拒和经久不衰的,它将执着地推动电网向着分布式和扁平化“归真返璞”。

杰里米˙里夫金在《第三次工业革命》一书中说:集中型的超级电网与分散式的智能网络之争,将决定子孙后代究竟要从今天人们的手中继承一个什么样的经济和社会的问题。里夫金先生以经济学家和未来学家的眼光观察问题,也得出了电网正在向着分布式和扁平化方向发展的结论。

能源互联网尽管与未来的电网不能划等号,但它显示了电网发展的基本方向。可以判断,未来的电网将在分布式和扁平化的基础上,最终形成多分区自治、互联互动、且支持多能互补的网络格局。

2、交流特高压输电是应当尽量避免采用的技术方案

交流特高压代表了传统电网技术的最高水平,这一点在认识上基本没有异议。世界电网100多年的历史,就是一部沿着“单机容量越来越大、电源越来越集中、电压等级越来越高”的路线前进的历史。交流特高压技术在工程应用上的成功,表明了我国的高电压绝缘、电气设备制造、电网运行控制等技术走在了世界前列。但在感到骄傲的同时,也不能不令人遗憾,由于交流特高压有一些天生的不足,加之社会的进步和新技术的飞速发展,尤其是能源互联网的建设,已使交流特高压输电成为一种在工程上应当尽量避免采用的技术方案。

这种方案至少存在以下四个方面的问题:

一是与电网正在进行的变革趋势严重不一致。电网的电压等级越高,表明电网的集中度越高,这恰恰与电网分布式和扁平化的发展方向背道而驰。事实上,交流特高压不仅在未来的电网里找不到自己的位置,就是在能源转型的过渡期也不需要。理论和实践都表明,只要对各类电源的发展进行合理的统筹规划和布局,无论国外还是国内,电网最高电压保持为超高压等级,都可以满足能源转型前电网发展的需要。而当能源互联网建设的大幕开启后,交流特高压事实上已经成为了能源技术革命的对象。

二是增加电网的复杂性和安全风险。采用交流特高压方案,需要在现有500千伏电网之上再叠加一个1000千伏电网,结果使我国电网的电压层次从现有的5层增至6层(即变为0.4/10/110/220/500/1000千伏),成为世界上电压层次最多最复杂的电网。更严重的问题是,当风电和太阳能等可再生能源比例越来越高的时候,整个电网的转动惯量将变得越来越低,此时的交流特高压电网就像一些粗壮的横梁,架在变得越来越少的支柱上一样,其脆弱性、稳定性可想而知。面对将来数以千百万计的无惯量和低惯量分布式电源,如何保证电网的稳定运行和可靠供电,交流特高压电网已经力不从心了。

三是需要付出更高的环境代价。传统电网是一个“立体”结构,每一级电压基本都对应着一层电网,各层电网间是叠加的关系,用户接在电压等级最低的一层网上。从某种意义上说,高电压等级电网是对低电压等级电网的“重复建设”,因为上一级电网基本不能替代下一级电网(变电容量的建设尤其如此)。1000千伏交流特高压的输电线路和变电站占地面积都相当大,建设交流特高压电网意味着要为多增加一层电网付出更大的环境代价。

四是造价高,能损大,经济效益差。由于多了一层电网,整个电网的投资,以及总的能损都增加了。研究表明,“交流特高压电网+直流特高压+500千伏电网”与“直流特高压+500千伏电网”两种方案相比,前者的“性价比”很低。由于电压太高,交流特高压的建设过程中还会碰到很多无法预计的问题,引发投资爆炸性增长。如华东交流特高压环网跨长江工程,最初设计采用铁塔线路从江面跨过,由于影响航运改为GIL管道从江底穿越,长度约6千米,投资47.6亿元人民币(单位千米投资是普通交流特高压线路的45倍以上)。如此大的投资成为电网的“准许成本”后,想要降低输电电价的愿望恐怕就很难实现了。

如果全国真的建成一个交流特高压同步电网,除了成为全世界电压等级最高的电网外,还将成为全世界最大、最复杂、风险最高、输电网占地最多、输电电价最高的电网,显然是十分不明智的。


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