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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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  构建柔性直流电网助推全球能源互联

  ——“高压大容量柔性直流电网关键技术研究与示范”项目简介

  随着资源紧张、环境污染等问题日益突出,能源生产和消费必须由化石能源为主向绿色低碳方向转变,世界各国纷纷制订了相应的发展目标和规划。但是清洁能源必须依赖于输电网络才能实现大规模开发和远距离输送,而此前世界上的输电网络配置范围有限、能力不足,亟待建立以清洁能源为主导、以电为中心、更高效环保的能源配置网络平台。

  柔性直流输电是继交流输电、常规直流输电后的新一代输电技术,构成电网络后,可以实现大规模可再生能源的高效接入,提供适应性更强的接纳、传输模式,是推进能源结构转型和实现大范围能源互联的重要手段。

  2015年9月,习近平主席在联合国发展峰会上提出了“探讨构建全球能源互联网,推动以清洁和绿色方式满足全球电力需求”的倡议,得到国际社会广泛认可。国家随后瞄准柔性直流电网重大技术和装备,开展了相关部署。

  2016年2月,国家重点研发计划智能电网技术与装备专项“高压大容量柔性直流电网关键技术研究与示范”项目工作正式启动。由全球能源互联网研究院牵头,联合我国在柔性直流领域的多家专业科研院所和产业公司,成功完成了该项目的申报并获批。

  该项目将围绕高压大容量及直流构网的应用需求,自主研制满足±500千伏、3000MW柔性直流电网工程的换流阀样机,构建不低于4000独立节点的阀控系统实时闭合数字仿真测试平台,建成世界首个电压等级±500千伏、单端容量最大(3000MW)的张北柔性直流电网示范工程。

  工程通过两端3000兆瓦换流站汇集张北地区的风电,另一端1500MW换流站接入当地抽水蓄能,并通过一端3000MW换流站接入北京电网,有效解决了该地区高比例可再生能源的高效接纳和外送问题,践行2022年冬奥会“绿色奥运”的办会理念。

  届时,该工程每年可为北京地区提供26亿千瓦时的清洁能源,同时还可有效缓解张北地区高比例可再生能源的高效接纳和外送问题,预计可减少因弃风、弃光造成的经济损失达3亿元以上,将对我国直流电网高端电力装备的发展和实现由“中国制造”向“中国创造”转变起到促进作用。

  项目通过高压大容量柔性直流关键技术研究与工程示范等创新工作的开展,旨在实现以“重大科技项目推动重大工程建设,重大示范工程推动重大科技进步”的总体目标。所取得系列具有完全自主知识产权的创新成果,必将为我国电网技术升级、能源结构转型提供重要技术支撑,也为实现全球能源互联、落实“一带一路”战略规划奠定坚实基础。

  碳化硅技术引领输电系统变革

  ——“高压大功率碳化硅材料、器件及其在电力电子变压器中的应用示范”项目简介

  第三代半导体器件代表了未来高压电力电子器件发展方向,在全球掀起了竞争热潮,其中,碳化硅(SiC)电力电子器件具有高电压、大电流、快速开关、低损耗等独特优势,对未来电网形态和能源战略调整将产生重大影响。

  传统电网正向以电力电子技术广泛应用为代表的智能电网方向发展,其智能、灵活、互动、兼容、高效等功能实现依赖于电网设备的智能化水平。其中,柔性变电站柔性可控、智能调控,融合电力电子、控制保护、信息通信以及先进计算技术,实现电气隔离、电压变换、一次设备与控制保护系统融合、电能质量协调、分布式能源即插即用等多种功能的集成与优化。电力电子变压器是柔性变电站中的核心设备,除了具有传统变压器的电气隔离、电压等级变换功能,还可以实现进出潮流柔性可控的能源路由功能、有功和无功复合支撑的虚拟同步发电机功能,对电能质量进行隔离。

  基于硅IGBT的电力电子变压器在小功率领域实现了部分应用,但是由于损耗大、体积大,在高压大功率的输电领域尚无法应用。基于碳化硅器件的电力电子变压器处理电压可以达到原来的10倍,功率增加5倍,体积与重量减小40%以上,损耗降低60%,从技术角度解决实用化问题。

  全球能源互联网研究院承担的国家重点研发计划项目《高压大功率碳化硅材料、器件及其在电力电子变压器中的应用示范》,联合国内优势单位,计划研制国际先进水平的6500V/25A碳化硅MOSFET芯片、6500V/400A全碳化硅模块,研制全碳化硅电力电子变压器,并首次实现35KV/5MVA柔性变电站中的示范应用,材料—器件—封装—装备应用全产业链协同发展,实现我国电力电子器件及输电装备领域的原始创新。

  碳化硅制备技术日益成熟、产业规模迅速扩大,成本降幅每年达到20%左右,目前,基于1200V碳化硅二极管的光伏逆变器成本已经与传统逆变器相当,预期4~5年之后,本项目研制的高压碳化硅器件成本将会下降到产业可以接受的水平。届时,碳化硅器件规模应用于固态断路器、换流阀、有源滤波等已有装备,大幅减小体积、降低损耗、提高转换效率,或者开发新装备,支撑更高电压、更大输送容量的柔性直流输电、灵活交流输电等输变电技术,为实现坚强智能电网、加速我国能源战略转型提供核心元器件及关键装备支撑。

  同时,基于碳化硅电力电子技术的柔性直流输电技术的将会有更高的输电电压、输送容量,满足全球能源互联网的超高电压、超长距离输电重大需求,有效配合“一带一路”战略。

  电力光纤到户助力“宽带中国”建设

  ——“电力光纤到户关键技术研究与示范”项目简介

  近日,国家重点研发计划“智能电网技术与装备”重点专项2016年项目陆续完成项目评审,即将进入实施阶段。其中,由国网辽宁省电力有限公司牵头的项目团队,成为由专业机构评出的“电力光纤到户关键技术研究与示范”项目研究团队,并获得国家科技专项资金支持。

  政策引领,挑战与机遇并存。随着国家一系列政策的出台,国务院做出了加快推进电信网、广播电视网和互联网三网融合的重大部署。能源和信息作为服务社会公众的重要内容,电力光纤到户示范工程将实现两者的同步传输,有效整合企业和社会的通信信息资源,打造开放的新型公共服务基础平台。

  面对新形势和新挑战,“电力光纤到户关键技术研究与示范”项目将按照“中国制造2025”和“互联网+”行动计划等相关政策的要求,开展光纤复合低压电缆(OPLC)成套和电力光纤到户关键技术的研究,利用电力通道资源,实现电网和通信网基础设施深度融合,满足能源互联网信息通信需求。

  产业升级,科研与示范先行。随着信息通信产业的升级和广泛应用,已经逐渐带动各行各业飞速发展。电力光纤到户作为优质的网络资源,能更好的适应未来多样化信息服务的需要,满足用户多元化的信息服务需求,具有广阔的应用空间。“电力光纤到户关键技术研究与示范”项目团队具有强大的技术攻关能力,团队由产学研用各个环节的优势单位组成。该项目将以建设T级电力光纤到户系统为目标,开展自主创新研究,研制1000Gbps高速接入系统,揭示热场环境OPLC中光纤衰减变化机理,研制高速虚拟化PON系统,制定电力光纤到户系列标准,创建国内首套T级电力光纤到户系统,建设示范应用工程,为电力光纤到户规模化应用奠定坚实基础,形成可复制、可推广的电力光纤到户整体解决方案。

  效益提升,企业与社会共赢。电力光纤到户采用OPLC作为传输介质,充分利用电力通道资源,对比传统的光纤到户建设,节省工程投资约11.6%,避免资源重复建设与浪费,提高社会整体资源利用率,实现节能减排。在节约社会资源、降低建设成本及提高运营效率方面优势明显。

  “电力光纤到户关键技术研究与示范”项目的落地,将强力支撑智能电网建设,有力推动“互联网+智慧能源”的资源整合和应用创新,优化城市信息通道资源,创新城市管理模式,实现“宽带中国”、“互联网+”国家发展战略,奠定我国在电力光纤到户领域的国际引领地位,同时带来巨大的经济和社会效益。

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