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構(gòu)建以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)，是推動電力清潔低碳發(fā)展的必然選擇。在此背景下，針對大規(guī)模清潔能源并網(wǎng)、傳輸、消納等問題，高壓直流輸電、直流配用電、直流微網(wǎng)相較傳統(tǒng)的交流輸配電技術(shù)更具經(jīng)濟性、穩(wěn)定性、可靠性。因此，直流輸配電將是進一步提升清潔能源利用率、充分滿足未來電力需求、助力新型電力系統(tǒng)建設(shè)的必要手段。
一、直流輸電成為清潔能源輸送的主要方式
南方電網(wǎng)制定“十四五”電力發(fā)展規(guī)劃，支持新能源大規(guī)模接入。到2025年，具備支撐新能源新增裝機1億千瓦以上的接入消納能力，非化石能源占比達到60%以上；到2030年，具備支撐新能源再新增裝機1億千瓦以上的接入消納能力，推動新能源成為南方區(qū)域第一大電源，非化石能源占比達到65%以上。高壓直流輸電成為水電、風電、核電等清潔能源電力的主要傳輸方式。
1、水電傳輸
我國“西電東送”工程把西部省區(qū)豐富的清潔能源轉(zhuǎn)化成電力資源，輸送到電力緊缺的東部沿海地區(qū)或負荷較集中區(qū)域。“西電東送”通道距離長，適宜采用常規(guī)高壓直流輸電方式，相對于傳統(tǒng)的交流輸電具有更高的經(jīng)濟性。
2、風電傳輸
發(fā)展風電是我國能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型的重要戰(zhàn)略支撐，需要采取“集中開發(fā)、遠距離輸送”與“分布式開發(fā)、就地消納”并舉的模式，來應(yīng)對出現(xiàn)的供需矛盾。
一般認為，架空線路超過600-800km，電纜線路超過40-60km時，直流輸電較交流輸電更具經(jīng)濟性。與傳統(tǒng)輸電方式相對比，柔性直流輸電技術(shù)憑借其控制靈活、便于組網(wǎng)、諧波含量低、無換相失敗、換流站間無需通信等優(yōu)點，在高壓大容量輸電、大規(guī)模風電場并網(wǎng)、孤島供電、異步互聯(lián)等方面具有較強的技術(shù)優(yōu)勢。因此，遠距離陸上風電和遠距離海上風電更適合采用柔性直流輸電方式，這也是改變大電網(wǎng)發(fā)展格局的戰(zhàn)略選擇。
3、核電傳輸
核電是我國今后電源結(jié)構(gòu)調(diào)整的主攻方向，其在電力系統(tǒng)中所占的比重將越來越大。截至2020年9月，我國投入運行的核電機組共49臺，裝機容量達5102.7萬千瓦。需要注意的是，核電事故的危害十分巨大，歷史上發(fā)生的十幾起核電事故，都導(dǎo)致了大面積的核污染和人員傷亡。因此，核電更適宜建設(shè)在偏僻荒蕪的地區(qū)，采用高壓直流輸電的方式將電能送出。
二、直流配電逐步成為新能源的消納方式
隨著新能源的大量并網(wǎng)，最大化消納新能源將是電網(wǎng)運行長期面臨的一項艱巨任務(wù)，也是未來電力現(xiàn)貨市場的核心目標。建立網(wǎng)源協(xié)調(diào)機制，充分挖掘潛力，優(yōu)化市場規(guī)則，提升消納能力，是適應(yīng)新能源快速發(fā)展形勢亟待解決的問題。我國各區(qū)域的資源分布、裝機、負荷特性均存在一定的差異及互補性，采取集中式、分布式相結(jié)合，并創(chuàng)新直流建筑用電模式，協(xié)同消納潛力巨大。
1、集中式清潔能源電力的消納方式
集中式清潔能源電站裝機容量較大，出力更易調(diào)控，保護配置完備，相比分布式電源，在電網(wǎng)支撐性上有很大優(yōu)勢，逐漸成為電網(wǎng)發(fā)展的重要組成部分。推進集中式清潔能源發(fā)電的技術(shù)應(yīng)用，降低發(fā)電出力隨機性，對于大型水電、核電，可由直流輸電經(jīng)逆變后接入電網(wǎng)。
2、分布式新能源電力的消納方式
常見的分布式電源主要有光伏電池、燃料電池、風力機等。南方電網(wǎng)“十四五”電力發(fā)展規(guī)劃將重點推進云南大滇中地區(qū)以及貴州黔西、黔西北地區(qū)等新能源工程的建設(shè)，支持分布式新能源的接入。到2025年，南方電網(wǎng)計劃實現(xiàn)新增5600萬千瓦以上的光伏接入。
直流配電網(wǎng)線損小、可靠性高，且不涉及相位、頻率控制和無功功率等問題，同時，接納分布式電源的能力較強，為分布式電源的大量接入提供了有利條件。分布式電源產(chǎn)生的電能為直流電（或經(jīng)過簡單整流后即可變?yōu)橹绷麟姡虼耍植际诫娫床⑷胫绷髋潆娋W(wǎng)將節(jié)省大量的換流環(huán)節(jié)，具有顯著的經(jīng)濟性。
3、直流建筑用電新模式
各種建筑用電裝置的發(fā)展和技術(shù)進步的方向均為由交流驅(qū)動轉(zhuǎn)為直流驅(qū)動，如光伏和蓄電池即要求直流接入，而建筑用電系統(tǒng)中不斷地進行交流和直流間的轉(zhuǎn)換，多次轉(zhuǎn)換就要重復(fù)地接入轉(zhuǎn)換裝置，不僅增加設(shè)備投入和增加故障點，還造成接近10%的轉(zhuǎn)換損失。
目前，電力電子器件可以實現(xiàn)高效可靠的直流/直流變壓和直流開關(guān)。對1千瓦以內(nèi)的小功率裝置，其成本已低于交流變壓器；對1兆瓦以內(nèi)的裝置，其成本也在可接受范圍內(nèi)，且目前這些器件成本都在按照摩爾定律的規(guī)律發(fā)展。建筑內(nèi)的直流微網(wǎng)通過智能控制，可以有效吸收負載瞬態(tài)變化的沖擊，維持系統(tǒng)的穩(wěn)定可靠。因此，當前的技術(shù)條件已滿足建筑內(nèi)采用直流供配電系統(tǒng)的要求，并兼具穩(wěn)定性、可靠性、經(jīng)濟性。
三、結(jié)語
新能源電力的輸送和消納是建設(shè)新型電力系統(tǒng)的重要組成部分。對于大規(guī)模清潔能源電力，例如水電、核電、遠海風電等，適宜采用高壓直流輸電的方式，經(jīng)逆變后接入交流電力系統(tǒng)；對于分布分散式新能源電力，例如光伏、陸上風電等，適宜直接接入直流配電網(wǎng)，節(jié)省大量的換流環(huán)節(jié)，具有顯著的經(jīng)濟性；另外，直流建筑用電模式也是消納分布式新能源的一種創(chuàng)新方式，有可能成為新建建筑和既有建筑改造需要重點考慮的內(nèi)容之一。
