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国家电网公司2016年度国家重点研发计划项目简介

2016-08-15 00:09
月城清浅
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  近日,工信部产业发展促进中心、科技部高技术发展中心公示2016年度国家重点研发计划项目申报结果。国家电网公司组织牵头申报的14个项目中,共有12个项目获准立项。这也是国家项目申报改革后公司取得的最好成绩。

  国家重点研发计划由原来的973计划、863计划、国家科技支撑计划、国际科技合作与交流专项、产业技术研究与开发基金和公益性行业科研专项等整合而成。国家重点研发计划项目的申报成功,对于强化公司基础性、前瞻性问题研究,突破重大共性关键技术,提升核心竞争力和自主创新能力具有重要意义。

  为超远距离、超大容量电力输送提供解决方案

  ——“±1100千伏特高压直流输电工程关键技术研究与示范”项目简介

  特高压直流输电技术具有输电距离远、容量大、损耗低等突出优势,适用于大范围优化配置能源资源。目前,国际上在运直流输电工程最高电压等级为±800千伏,经济输电距离约为2000千米。按照规划,我国能源基地开发逐步西移、北移,新疆煤电和新能源基地、西藏水电基地到东中部的距离超过3000千米;正在论证的“一带一路”经济带输电走廊工程输电距离将超过4000千米,需要研发更高电压等级、更高输电效率的直流输电技术。±1100千伏高压直流输电技术是国际上电压等级最高、容量最大、距离最远的输电技术,经济输电距离可达3000~5000公里,每千公里损耗率仅为1.6%,输电容量可达1200万千瓦,是实现我国巨型能源基地超远距离、超大规模电力外送的核心技术,国内外尚无相关研究成果和工程实践。

  为了解决±1100千伏特高压直流输电关键技术难题,在国家科技部和工信部的组织下,中国电力科学研究院、国家电网公司、国网经济技术研究院、清华大学、西安交通大学、华北电力大学、华中科技大学、重庆大学、武汉大学、中南电力设计院、特变电工集团、西电集团、天威保定变压器有限公司、北京电力设备总厂、江苏神马电力公司等15家单位组成联合攻关团队。

  项目总体目标是解决±1100千伏特高压直流输电工程电气绝缘与电磁环境特性、核心装备研制、系统成套设计关键技术,支撑示范工程建设。项目需要开展多项技术研究,主要包括:过电压抑制和绝缘配合技术研究、外绝缘特性研究、电磁环境控制技术研究、核心设备研制和系统成套设计方法研究。过电压抑制和绝缘配合技术主要是优化换流站设备和线路绝缘设计,研究系统分层接入下的过电压深度抑制、空间电荷对线路雷击特性。外绝缘特性研究主要是考虑高海拔、污秽、覆冰、淋雨等特殊环境对绝缘设计的综合影响,开展全尺寸、全工况复杂环境下的试验研究。电磁环境控制技术主要是研究多分裂大截面导线可听噪声预测公式,研究直流线路对无线电台站、输油输气管道的影响及防护。核心设备研制主要开展换流变压器、平波电抗器和绝缘子等主设备关键设计参数研究,研制设备样机,通过试验验证,掌握设备核心技术。系统成套设计主要研究接入不同受端交流系统下的成套设计方法。

  项目预期在如下几方面取得效益:一是提升电力科技技术水平,引领国际输电技术发展。项目的实施将解决目前世界最高电压等级、最大输送容量输电技术的关键问题,为国际上超远距离、超大容量电力输送提供解决方案,将进一步提升我国在国际电工领域的学术影响力和话语权。二是提升重大设备自主创新能力,推动电工制造产业升级。项目实施将研制目前国际上参数最高、制造难度最大的±1100千伏核心设备,有利于提高我国电力装备自主创新能力,促进国内主要电工装备制造企业产业升级和跨越式发展。有力带动电源、电工装备、用能设备、原材料等上下游产业跨越发展。三是促进能源清洁转型,优化能源资源配置。项目的实施将有力促进新疆等新能源基地集约化开发,推进火电、风电、太阳能发电联合外送,有利于实现大范围的能源资源配置,满足中东部地区电力需求。以依托工程±1100千伏准东—华东特高压直流输电工程为例,预计年输送电量750亿千瓦时,减少受端二氧化碳排放5880万吨,具有显著的经济社会效益。四是推动构建全球能源互联网。±1100千伏特高压直流输电距离可达5000千米,可为跨区电网互联和全球能源互联网构建提供有效解决方案。

  支撑大电网柔性互联建设

  ——“柔性直流输电装备压接型定制化超大功率IGBT关键技术及应用”项目简介

  柔性直流输电技术是大电网柔性互联及大规模新能源接入的主要方法之一。压接型超大功率IGBT(InsulatedGateBipolarTransistor,绝缘栅双极晶体管)是实现柔性直流输电技术向超高压、超大容量及多端化、网络化方向发展的核心器件,具有短路失效、双面散热的特殊优点。

  国外研究机构和器件厂商在高压大功率压接型IGBT技术方面开展了大量研究。ABB公司研制出4500V/2000A压接型IGBT器件,并已经在工程中得到应用验证,4500V/3000A的器件正在试用和推广阶段;东芝的压接型IGBT器件主要面向大功率机车牵引,与柔性直流输电装置的结合性较差;德国开姆尼茨大学、丹麦奥尔堡大学、荷兰代尔伏特理工大学等研究机构侧重焊接型器件,对压接型器件的技术支撑不足。

  高端芯片技术长期被ABB等国际公司垄断,严重阻碍我国电网技术的自主创新发展;另一方面区别于市场上的常规IGBT器件,柔性直流输电技术对IGBT器件提出了特殊需求,亟需针对不同的输电装置进行定制化开发。

  因此,在国家科技部的大力支持下,由国家电网全球能源互联网研究院牵头,联合株洲中车时代电气股份有限公司、中国科学院微电子研究所等国内电力电子器件高水平研发机构,共同开展2016年国家重点研发计划《柔性直流输电装备压接型定制化超大功率IGBT关键技术及应用》项目的研发工作,重点攻克芯片—器件—装置联合仿真方法与协同优化设计技术、定制化IGBT/FRD芯片设计与大规模芯片压接并联封装压力和电流均衡控制技术、基于电压电流过冲抑制的驱动保护与封装一体化技术、定制化IGBT长期可靠性等效试验方法、基于定制化IGBT器件的柔性直流输电装备优化设计技术等难点,力求突破国际技术的垄断和封锁,实现核心器件的自主化研制。

  高压大功率IGBT器件具有极为广阔的市场空间,实现压接型超大功率IGBT器件自主研制将为我国高端制造产业带来巨大的经济效益。截至2016年4月,世界上已建设柔性直流输电工程24项,在建13项;国内已经建设并投运柔性直流工程4项,正在建设3项。按照欧洲超级电网规划、美国Grid2030计划以及全球能源互联网规划需求,预计未来20年全球规划建设柔性直流输电工程220多条,累计需求3300V/3000A及以上IGBT器件约300多万只,市场容量将达1000亿元。

  通过该项目的研究开发,将实现压接型超大功率IGBT器件自主研制,打破国际公司的技术和市场垄断,促进国产高压大功率IGBT器件产业化和规模应用;同时支撑我国电网装备技术创新发展和电网系统的安全稳定运行,为国家高端制造产业的发展贡献力量。

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