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新兴技术占44%的市场份额和50%的利润份额,传统新兴技术占17%的市场份额和22%的利润份额。
智能电网新兴技术大部分处于示范阶段,但示范工程规模越来越大,市场空间也在快速增加。
从2009年两网提出“智能电网”到现在的三年半时间,新兴技术领域的市场空间主要体现在示范项目中,随着两网和部分龙头企业在新兴技术领域整体产业化的推进,示范项目的规模越来越大,这对产业化的推进极为重要。
例如,2009-2011年的配网自动化示范工程一般都局限在市一级电网公司划定的小范围内,一般投资规模在2000-4000万元不等;
而2012年山东省电网公司推进全省配网自动化示范工程,总投资约30-40亿元左右。
二、直流具备改造和替代交流输电/电网的趋势
随着广域交流大电网的形成,交流电网的技术问题也不断涌现。
包括:
1、同步问题;
2、稳定性问题;
3、输电距离问题;
4、输电效率问题;
5、输电走廊问题。
为了加深对重点交流大电网停电事故中失去负荷的理解,可对比国内情况,2013年截至,浙江电网最高负荷为5,463万千瓦,2012年7月30日,印度大停电事故损失4,000万千瓦负荷,相当于最高点时浙江电网73%的负荷,影响之大,不难想象。
据统计,这次印度大停电造成约6亿人受灾,直接经济损失约十亿美元。
直流技术能够解决交流技术带来的问题。
1、交流输电技术存在着一些无法客服的固有缺陷;
2、现代直流输电技术客服了交流输电技术的一些固有缺陷;
3、随着电力电子等技术的发展,制约现代直流输电发展的主要技术难题,有望在未来3-10年内得到解决。
直流(常规直流)与交流的经济性对比。
直流输电线路的造价和运行费用均低于同等级的交流输电,而换流站的造价和运行费用则高于交流变电站;
对同样的输送容量,输送距离越远,则使用直流输电比交流输电的经济性越好。
目前,国外架空线路的等价距离约为600-800千米,而国内的架空线路的等价距离为800-1000千米。
我们将直流输电线路和换流站的造价与交流输电线路和变电站的造价相当时的输电距离定义为等价距离。
核心阀器件技术进步推动直流技术发展。
直流技术的发展阶段主要依据其阀器件类型来决定的,直流技术分别经历了汞弧阀换流、晶闸管阀换流、电压源换流阶段,目前在我国以晶闸管阀换流为特征的常规直流技术已进入大规模商业应用阶段,以电压源换流为特征的柔性直流技术正处于技术示范和逐步进入商业应用阶段。
三、常规直流商业运营经验丰富,已进入特高压、大容量时代
我国常规直流输电技术基本都用于远距离输电和背靠背联网工程方面。
目前,我国已经投运的用于远距离输电的常规直流输电线路有15条,用于背靠背联网的有3个。
常规直流较常规交流的输送距离更远、容量更大。
我国的能源分布远离负荷中心,能源基地集中在西部,负荷中心集中在中部和东部,发展常规直流的优势明显。
在国网管辖范围内,适宜发展更长输电距离的特高压直流输电技术。
全国未来西电东送的变化趋势预测。
1、在可预见的将来,我国将始终存在大容量远距离输送电力的基本需求。
我国西部水电、西部和北部超大规模荒漠太阳能电站、北部西北部大规模风电等在未来将仍然有很大发展;
2、未来西电东送输电网将由目前满足水电和煤电的大容量远距离外送为主,同时逐步转变为水电、煤电、大规模风电和荒漠太阳能电力外送并重,即:
未来的西电东送还肩负着大型新能源电站电力的消纳。
我国常规直流技术进入特高压、大容量时代。
国家电网的“西电东送”中常规直流输电技术发展规划介绍。
国网2013年年初工作会议中提到规划从今年起的8年间,投资约1.2万亿元,投产特高压线路9.4万公里、变电容量3.2亿千伏安、换流容量4.6亿千瓦,到2020年建成27回特高压直流工程。
其中,关于换流容量的数据出现了明显的上调,上调幅度约39.4%,原来规划是3.3亿千瓦。
南方电网的“西电东送”中常规直流输电技术发展规划介绍。
2013年9月16日,《南方电网发展规划(2013—2020年)》(以下简称《规划》)正式出炉。
《规划》明确了南方电网发展以直流为主的西电东送技术路线,形成适应区域发展、送受端结构清晰、定位明确的同步电网主网架格局。
现有的五省(区)同步电网将逐步形成规模适中、结构清晰、相对独立的2个同步电网,区域内电压等级以500千伏为主;
规划到2015年,南方电网建成“八交八直”的西电东送输电通道,送电规模达到3980万千瓦;
预计到2020年,再建设6-8个输电通道,满足云南、藏东南和周边国家水电向广东、广西送电要求。
经过25年的发展,我国已经成为常规直流输电工程和技术领域的强国。
按照截止2013年9月份的统计数据,我国已投运的常规直流容量占全球投运容量的79%左右;
经发改委鉴定的已投运特高压直流线路国产化率情况来看,2010年投运的±
800kV向家坝-上海特高压直流线路的国产化率为68.52%。
我国常规直流技术是在与外资ABB等企业合作基础上引进、消化和吸收,并独立自主研发特高压常规直流技术。
为了迅速提升包括直流输电设备制造业在内的国内装备制造业技术水平,国家对引进技术确立了以技术换市场的基本原则。
在实际操作中出现了两种方式,一是建立中外合资企业,一是在项目实施过程中,外方必须将技术出让给中方。
第一种方式的效果并不理想,合肥ABB公司合资时间长达10多年,但核心技术依届掌握在ABB手中,中方技术人员不可能真正掌握。
不仅如此,类似的合资企业中中方的股权不断被稀释,差不多快变成独资的了。
直流输电设备国产化在第二种方式上艰难行进,三峡工程与“西电东送”工程成了这种方式的依托工程。
在三常直流工程中,国产化率只有30%,到了三广直流工程国产化率就已经达到了50%,按照要求,在建的三上直流和贵广二回项目国产化率将达到70%。
在大型项目上与国外大公司合作,转让和消化技术的同时,国家还在一些中小型项目上做试验。
2003年投建的灵宝背靠背直流输电工程就是这样一个考试型工程,该直流工程双极±
120kV,设备完全国产化。
三峡直流输电工程(三常线和三广线)的建设,是我国直流输电技术实现国产化的重大里程碑,为我国电网建设的发展做出了重大贡献。
我国已经实现了关键设备直流换流阀、阀控设备和保护监控的自主化。
直流换流阀是实现交、直流电能形式转换的电器装置,是直流输电系统中的核心装备,涉及高电压技术、电力电子技术、热力学、结构材料力学等十余个学科体系的综合系统,具有技术难度高,集成度大,跨学科领域多、可靠性要求高等技术特点。
曾经在国际范围内,ABB、SIMENSE和Alstom三家跨国公司垄断着换流阀的设计、制造和控制技术,并具备换流阀试验能力。
目前,国内的许继电气、中国西电、中电普瑞已经实现了换流阀的自主化,并自主研发出±
800kV和±
1100kV特高压换流阀,目前±
800kV换流阀已经应用于国内多条±
800kV特高压线路上,±
1100kV换流阀即将应用±
1100kV特高压线路上。
另外,许继电气和南瑞继保已经实现了换流站保护监控的自主化。
四、柔性直流加快示范,未来全球发展前景广阔
电压源换流技术。
国际学术界将此项技术称为“基于电压源换流器的高压直流输电”(VSC-HVDC);
ABB将该项输电技术命名为“轻型直流输电”(HVDC-Light);
西门子命名为“新型直流输电”(HVDC-Plus);
Alstom命名为“HVDC-MaxSine”;
国内将其命名为“柔性直流输电”(HVDC-Flexible)。
柔性直流的发展情况:
1、随着换流器技术的发展,柔性直流输电工程的电压等级和容量迅速增大;
2、随着系统损耗和工程造价的不断降低,极大的促进了柔性直流工程的应用。
柔性直流较常规直流技术更先进,单位容量占地面积少,电气结构更加简练,控制策略更加灵活。
柔性直流能够自换相,向无源网络供电,无功功率可由自身产生或吸收等等,比常规直流具有更多的技术优势和应用领域。
目前,柔性直流由于其电压源换流技术特点(参考图表17中与常规直流技术对比),可以广泛应用与可再生能源接入、城市电网扩容、远距离海上风电并网、海上采油平台供电、海岛互联等等方面。
柔性输电领域发达国家技术起步早,目前主要的工程应用基本都在海外。
从发展水平来看,国外柔性直流的电压等级和换电容量越来越高,换流器设计技术越来越先进,ABB技术已经具备了商业化运行的条件。
柔性直流应用领域较多,已投运项目目前主要集中在电网互联、风电接入等方面。
未来,我们预计在此两个方面的依然会较大的发展。
可以参考后面的英国、德国和美国的柔性直流规划。
随着技术的发展,柔性直流工程造价已降至同等容量常规直流的1.1-1.5倍,损耗降低至1.4%以下。
自2009年来,全球柔性直流工程在建容量增长近十倍,超过10,000MW,经过前期的各类示范工程,柔性直流在发达国家已经逐步开始进入大规模实用化阶段。
发达国家的柔性直流已经逐步进入大规模商业化推广应用阶段。
英国海上风电联网规划。
为了实现可再生能源的大规模开发,未来的十几年英国电网计划大力发展海上风电场的建设;
到2025年,英国国家电网在东海岸和北海区域规划了数十个大型海上风电场,以及近50条柔性直流输电工程,构成柔性直流输电网络。
德国直流联网规划。
德国为了实现海上可再生能源的大规模开发利用,以及陆上风电场之间的路线和能源分配,也规划了大量的直流输电工程;
到2020年,德国在北海上的直流输电工程将超过20个,单个工程容量均在1,000MW以上;
而德国本土的直流输电工程总容量将超过5.2GW。
美国2030电网规划。
美国电网面临系统规模庞大、可靠性低、技术陈旧、新能源利用率低等问题;
2011年美国发布“创建海上风电产业”的海上风电战力,推动美国提单出到2035年全国80%的电力来自可再生能源的目标;
在未来20年,美国本土计划建设60多条柔性直流线路,形成于现有交流电网并存的网架结构。
我国柔性直流技术是在自主化的常规直流基础上完全独立自主研发。
柔性直流输电技术是当今世界电力电子全控技术的制高点,是具有颠覆意义的技术革命。
外资企业ABB、西门子对该项技术严格保密,不发表一份图纸、一张照片,不在刊物上发表学术文章,也不允许参观。
对于这样的前沿科学,我国的攻关难度可想而知,唯有坚持自主创新这一条路可走。
依据经验,我国研究机构确立了前期研究——基础理论研究——核心技术研究——关键设备研制——设备批量生产的研发思路。
许继电气和中电普瑞已经完成了全球最高电压等级的±
320kV/1000MW柔性直流换流阀自主化研制。
2013年3月5日,国家能源局在京主持召开了由国网智能电网研究院中电普瑞电力工程有限公司、辽宁省电力有限公司共同研制的“±
320kV/1000MW柔性直流换流阀及阀控设备”技术成果鉴定会。
鉴定专家一致认为,中电普瑞产品性能优异,具有完全自主知识产权
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