高壓直流輸電技術(shù)的節能探索

自上世紀80年代以來(lái)，電力傳輸技術(shù)的發(fā)展步伐明顯加快，提高傳輸能力的辦法不斷涌現，既有直流輸電技術(shù)、柔性交流輸電技術(shù)、分頻輸電技術(shù)等高新技術(shù)，同時(shí)也有對現有高壓交流輸電線(xiàn)路的增容改造技術(shù)，如升壓改造、復導增容改造、交流輸電線(xiàn)路改為直流輸電技術(shù)等。直流輸電，對于提高現有傳輸系統的傳輸能力，挖掘現有設備潛力，具有十分重要的現實(shí)意義，實(shí)施起來(lái)可收到事半功倍的效果。

經(jīng)濟性三大特性突出節能效果

從經(jīng)濟方面看，直流輸電有以下三個(gè)主要優(yōu)點(diǎn)：

首先，線(xiàn)路造價(jià)低，節省電纜費用。直流輸電只需兩根導線(xiàn)，采用大地或海水作回路只用一根導線(xiàn)，能夠節省大量線(xiàn)路投資，因此電纜費用省得多。

其次，運行電能損耗小，傳輸節能效果顯著(zhù)。直流輸電導線(xiàn)根數少，電阻發(fā)熱損耗小，沒(méi)有感抗和容抗的無(wú)功損耗，且傳輸功率的增加使單位損耗降低，大大提高了電力傳輸中的節能效果。

最后，線(xiàn)路走廊窄，征地費省。以同級500千伏電壓為例，直流線(xiàn)路走廊寬僅40米，對于數百千米或數千千米的輸電線(xiàn)路來(lái)說(shuō)，其節約的土地量是很可觀(guān)的。

除了經(jīng)濟性，直流輸電的技術(shù)性也可圈可點(diǎn)。直流輸電調節速度快，運行可靠。在正常情況下能保證穩定輸出，在事故情況下可實(shí)現緊急支援，因為直流輸電可通過(guò)可控硅換流器快速調整功率、實(shí)現潮流翻轉。此外，直流輸電線(xiàn)路無(wú)電容充電電流，直流線(xiàn)路無(wú)電容充電電流，電壓分布平穩，負載大小不發(fā)生電壓異常不需并聯(lián)電抗。

提升空間大功率電力電子器件將改善直流輸電性能

直流輸電最核心的技術(shù)集中于換流站設備，換流站實(shí)現了直流輸電工程中直流和交流相互能量轉換，除在交流場(chǎng)具有交流變電站相同的設備外，還有以下特有設備：換流閥、控制保護系統、換流變壓器、交流濾波器和無(wú)功補償設備、直流濾波器、平波電抗器以及直流場(chǎng)設備，而換流閥是換流站中的核心設備，其主要功能是進(jìn)行交直流轉換，從最初的汞弧閥發(fā)展到現在的電控和光控晶閘管閥。

晶閘管用于高壓直流輸電已有很長(cháng)的歷史。近10多年來(lái)，可關(guān)斷的晶閘管、絕緣門(mén)極雙極性三極管等大功率電子器件的開(kāi)斷能力不斷提高，新的大功率電力電子器件的研究開(kāi)發(fā)和應用，將進(jìn)一步改善新一代的直流輸電性能、大幅度簡(jiǎn)化設備、減少換流站的占地、降低造價(jià)。

【觀(guān)點(diǎn)】

遠距離輸電優(yōu)勢明顯

發(fā)電廠(chǎng)發(fā)出的交流電通過(guò)換流閥變成直流電，然后通過(guò)直流輸電線(xiàn)路送至受電端再變成交流電，注入受端交流電網(wǎng)。業(yè)內專(zhuān)家一致認為。高壓直流輸電具有線(xiàn)路輸電能力強、損耗小、兩側交流系統不需同步運行、發(fā)生故障時(shí)對電網(wǎng)造成的損失小等優(yōu)點(diǎn)，特別適合用于長(cháng)距離點(diǎn)對點(diǎn)大功率輸電。

其中，輕型直流輸電系統采用可關(guān)斷的晶閘管、絕緣門(mén)極雙極性三極管等可關(guān)斷的器件組成換流器，使中型的直流輸電工程在較短輸送距離也具有競爭力。

此外，可關(guān)斷器件組成的換流器，還可用于向海上石油平臺、海島等孤立小系統供電，未來(lái)還可用于城市配電系統，接入燃料電池、光伏發(fā)電等分布式電源。輕型直流輸電系統更有助于解決清潔能源上網(wǎng)穩定性問(wèn)題。

【工程應用】

1. ±660千伏寧東—山東直流輸電工程于2011年2月28日投運，山東接受外送電力的能力由350萬(wàn)千瓦提升至750萬(wàn)千瓦。據統計，山東因此每年可節約原煤1120萬(wàn)噸。由此全省減少二氧化硫排放5.7萬(wàn)噸，二氧化硫排放量降低1.1個(gè)百分點(diǎn)，大大促進(jìn)了資源節約型、環(huán)境友好型社會(huì )建設。

僅2011年第一季度，山東電網(wǎng)就接納省外來(lái)電91.3億千瓦時(shí)，同比增長(cháng)176%。

2. 錦屏—蘇南±800千伏特高壓直流輸電工程采用900平方毫米導線(xiàn)，節能環(huán)保效果明顯，抗自然災害能力強，可進(jìn)一步促進(jìn)電力技術(shù)創(chuàng )新和行業(yè)技術(shù)升級。與傳統的630平方毫米截面導線(xiàn)相比，錦蘇特高壓直流線(xiàn)路應用900平方毫米截面導線(xiàn)，按照年運行3000小時(shí)計算，每年每千米線(xiàn)路可節電4.32萬(wàn)千瓦時(shí)，全線(xiàn)一年將創(chuàng )造直接效益4000多萬(wàn)元。

按供電煤耗360克標煤/千瓦時(shí)計算，全線(xiàn)一年將減少標煤消耗7.735萬(wàn)噸，減排二氧化碳約20.12萬(wàn)噸。而在抵御自然災害方面，大截面導線(xiàn)的大風(fēng)水平荷載降低約10%，15毫米覆冰垂直荷載減小約7%。

3. 三峽—上海±500千伏直流輸電工程線(xiàn)路全長(cháng)1048.6千米，輸送容量300萬(wàn)千瓦，若按中強度全鋁合金導線(xiàn)替代普通導線(xiàn)計算，正常功率下，如果一年的輸送小時(shí)數為4000小時(shí)，可節約電能7.98萬(wàn)千瓦時(shí)/千米，全線(xiàn)每年可節電8372萬(wàn)千瓦時(shí)。