柔性直流电缆前景看好:中天科技超高压直流电缆技术跻身全球第一阵营

责任编辑:光电通信 2017/08/17 作者:carrie 来源:北极星输配电网

       当前化石能源逐渐枯竭,环境问题愈发严重,众多因素导致能源转型成为国际热议话题。开发利用清洁能源成为共识,靠近用户端的分布式能源渐成燎原之势,全球能源互联网建设迫在眉睫,所有这些都需要更远输送距离、更高性能、更灵活可控制的电力传输手段,因此拥有超高电压等级、超大容量的柔性直流输电技术备受青睐。

       日前,中天科技举行新闻发布会宣布:世界最大输送容量、我国第一根±525kV交联聚乙烯绝缘柔性直流电缆系统研制成功。中天的成功不仅标志着我国超高压直流电缆技术跻身全球第一阵营,更为我国能源转型发展提供了更多可能,为输电方式变革和构建未来电网提供了一个崭新的解决方案。




       柔性直流输电成未来电网发展方向

       柔性直流输电技术是20世纪90年代发展起来的一种新型直流输电技术,它应用先进的电力电子技术为电网提供灵活的控制手段,将半控型电力电子器件升级为全控型电力电子器件,响应速度快、可控性好、运行方式灵活。

      随着1997年第一个柔性直流输电工程的出现,世界范围内关于柔性直流输电的研究一直处于十分活跃的状态。国内关于柔性直流输电技术的研究虽然开始的比较晚,但发展迅猛。

      2011年,上海市电力公司建设的上海南汇风电场柔性直流输电工程投运,这是亚洲首个具有自主知识产权的柔直工程,直流电压±30千伏,换流站容量18兆瓦。

      2013年,广东南澳±160千伏多端柔性直流输电示范工程投运,该工程攻克了多端柔性直流输电控制保护这一世界难题,使我国在世界上率先掌握了多端柔性直流输电成套设计、建设、调试和运行全系列核心技术,站在了世界输电技术的最前沿。

      2014年,国家电网公司在浙江舟山建设了世界首个五端柔性直流输电工程,采用±200千伏直流电压,分别在定海、岱山、衢山、洋山、泗礁建设一座换流站,实现多个海上风电场同时接入和电力输送。

      2015年,世界首个双极柔性直流输电工程——厦门±320千伏柔性直流输电科技示范工程正式投运,标志着我国全面掌握了高压大容量柔性直流输电关键技术和工程成套能力,实现了柔性直流输电技术领域的国际引领。该工程在浙江舟山±200千伏柔性直流工程的应用基础上,将电压等级首次提升至±320千伏,从伪双极提升至真双极接线。




       从上海南汇风电场到广东汕头南澳岛,从浙江舟山五端柔直再到厦门320千伏双极柔直,标志着我国全面掌握了高压大容量柔性直流输电关键技术和工程成套能力,我国柔性直流输电正在快速向高电压、大容量、多端、双极等多个研究方向开展实践和探索,柔性直流输电技术逐渐成为未来电网形态重要的发展方向。

       我国超高压直流电缆技术跻身全球第一阵营

      我国柔性直流输电技术建设已进入快速发展阶段,与此同时,可关断器件、直流电缆制造水平也迈上了新台阶。

      近年来,我国超、特高压技术不断走出国门并在国际市场获得认可,与此同时,超、特高压关键设备制造技术还掌握在国外巨头手中,尤其是直流输电技术的连接技术,我国迫切需要突破直流电缆技术发展瓶颈。

      世界最大输送容量、我国第一根±525kV交联聚乙烯绝缘柔性直流电缆系统的成功,是中天科技继成功研制±160kV、±200kV和±320kV直流电缆,及500kV交流海底电缆后的又一突破性创新,也标志着中国超高压直流电缆技术与欧洲、日本等发达国家处于同一先进水平。

      江苏中天科技股份有限公司(以下简称中天科技)是中国企业500强,中国主板上市公司价值百强,起家于光纤通信,随着国家信息产业高速发展,并经过两次产业转型,现已形成通信、电力、新能源、海洋系统、新材料和精工装备等多元产业格局。

      据介绍,本次研制成功的±525kV柔性直流电缆系统是由中天科技股份有限公司全资子公司中天科技海缆有限公司自主完成的,在此之前,中天海缆还参与过国家三项柔直工程的直流海缆和直流陆缆的研制工作。±525kV柔性直流电缆是在实现了我国高压直流电缆从±160kV到±200kV再到±320kV的“三级跳”之后的又一次自我超越,再次彰显了中天科技的中国高压直流电缆领航者地位。



      ±525kV柔性直流电缆的创新及意义

      据南方电网科学研究院高级技术专家、国家“千人计划专家”傅明利博士介绍,目前,只有瑞典、意大利、挪威、日本等少数几个国家的电缆行业巨头掌握了±525kV直流电缆系统技术,但产品研制成功后也还没有完整的系统应用到实际工程中。但随着欧洲、美国等电力公司海上风电的发展,以及以柔性直流输电为骨干的超级电网的规划,为高压直流电缆提供了巨大的市场前景。而中天科技亦是唯一受德国电力公司邀请参与其规划的首条上千公里的±525kV直流电缆线路工程联合研发的中国厂家。

      傅明利博士认为,当中国的电力设备尤其是超高压、特高压直流输电设备的发展已经像中国高铁技术一样成为中国名片的时候,恰恰我们缺少一个关键技术,直流输电技术的连接技术,这次的重大突破我觉得对超、特高压直流输电走出国门,参与国际市场的竞争具有非常重大的意义。

       中天科技此次开发的±525kV柔性直流电缆代表国内挤包绝缘直流电缆的最高水平,主要有四大创新:

        一是自主开发研制成功目前世界上最大的截面达3000mm²的型线阻水导体,这又开辟了一种新型电缆导体技术,电压等级最高达525kV,是国内最高的;

       二是输电容量可达3000MW,比目前运行的±320kV直流电缆容量提升了135%,是世界一流的;

      三是实现电力传输+光纤通信+同步测温的光电一体化功能;

      四是超大尺寸电缆新型金属屏蔽结构的工艺突破,使得本次研发的±525kV直流电缆外径比相同电压等级和规格的皱纹铝套型电缆减小了10%。

      中天科技研究院院长兼海缆研究所所长、教授级高工谢书鸿介绍说,公司决策层于2015年底决定启动研制工作,与上海交通大学、上海电缆研究所、全球能源互联网研究院、长缆电工等建立产、学、研、用研发机制,经过一年半的刻苦攻关,终于在2017年7月顺利通过国家电线电缆质量监督检验中心的全性能型式试验。

      据谢书鸿介绍,中天科技研制成功±525kV直流电缆系统是践行“两提升、两延伸”指导方针的最好案例。中天科技董事长薛济萍在2017年《新年献词》提出中天科技经营指导方针:“提升工业生产力、提升产品附加值”、“产业向高端延伸、产能向国际延伸”。超、特高压电缆是电缆行业技术制高点,我国尚未取得群体性突破,我国超高压电缆难以取得国际市场通行证。此次中天科技受德国电力公司邀请参加德国电力±525kV直流电缆联合研发计划,并且顺利通过型式试验,表明我国超高压电缆技术正式跻身国际一流水平。

      上海电缆研究所首席专家毛庆传教授级高工强调,创新是中天科技不断取得突破的重要原因。企业在发展过程中,重视创新的企业相当多,勇于创新的剩一半,善于创新的再减一半,有创新结果的企业就少之又少了,像中天这样,能持续不断的创新,并且能几年上一个台阶的,在电缆工业中为数不多。我认为其中的可借鉴之处在于,产学研用一体化,借助社会资源把企业在短时间内推向新阶段,并且时刻瞄准市场,瞄准客户需求。

       柔性直流电缆前景分析

      柔性直流输电系统可以快速跟踪交直流电网各类参数的变化并根据指定的控制策略迅速做出相应调整。这种调整不仅迅速,而且平滑,对系统的影响较小。

      与传统直流输电相比,柔性直流输电的优势主要体现在孤岛供电、有功功率与无功功率控制等方面。如在孤岛供电中,常规直流输电是点对点单向输电,不能实现双向互通,因此不能向没有电源点的电网送电;采用柔直输电技术,可实现电能灵活双向调配,直接向无电源电网供电。在有功和无功控制方面,可以对有功和无功功率进行独立控制,不再需要配置容量巨大的无功补偿装置,运行方式更加灵活,系统可控性获得了极大的提升。

      与交流输电相比,柔性直流输电的优势主要体现在长距离输电、新能源消纳、成本控制等方面。如在长距离电缆输电中,交流电缆越长,电能损耗越高,输送的有效电能越少,而柔性直流输电即使到末端,其电能都是恒定的。更为重要的是,柔性直流输电可携带来自多个站点的风能、太阳能等清洁能源,通过大容量、长距离的电力传输通道,到达多个城市的负荷中心,这为新能源并网、大城市供电等领域提供了一种有效的解决方案。

      鉴于柔性直流输电技术特点,由其构成的系统可广泛应用于可再生能源接入、孤岛供电、城市供电、能源互联、分布式等领域。随着新能源的快速发展,全球对柔性直流输电技术呈现出强劲的市场需求。

       可再生能源接入
       
      未来风电、光伏等清洁能源占比将会逐渐提高,采用柔性直流输电技术来进行风电、太阳能等功率输出波动较大的可再生能源接入,可以缓解由可再生能源输出功率波动引起的电压波动,改善电能质量。当交流系统发生短路故障时,柔性直流输电系统能够有效地隔离故障,保证风电场的稳定运行。
       


       海上风电


      拿国内海上风电市场来说,《风电发展“十三五”规划》明确指出,到2020年,风电累计并网装机容量确保达到2.1亿千瓦以上,其中海上风电并网装机容量达到500万千瓦以上,而2016年我国海上风电装机容量仅仅增加了59万千瓦,这预示着“十三五”期间,海上风电拥有很大市场。国际市场来看,欧洲多岛国,欧洲电网的海上风电需求大,且欧洲风电机组较大,因此,海上风电场输出电力时,就需要更高电压等级、更大容量的电缆。据CIGRE测算,在距离大陆60km以上的海上风电场,柔性直流输电系统是唯一技术上可实现、经济上可接受的解决方案。

       全球能源互联网

      构建全球能源互联网,实施清洁替代和电能替代,提高电气化水平,让化石能源回归原材料属性,是解决当前世界能源资源紧张、环境污染、气候变化等问题的根本途径。目前构建全球能源互联网的技术条件已经具备,我国特高压交直流技术趋于成熟,尤其是全球能源互联网需要远距离输电,因此,发展超、特高压直流输电技术是解决远距离大容量电能输送问题的有效手段。




       中天科技海缆有限公司总经理薛建凌表示,在我国提出建设全球能源互联网的倡议后,作为全球能源互联网建设的四大电网支撑技术之一,超高压直流电缆(海缆)技术研究受到国家科技部和国家电网公司、南方电网公司的高度重视。“±500kV直流电缆关键技术研究”被确定为2016年度国家重点研发计划,“±500kV柔性直流海缆设计及制造关键技术研究”被国家电网公司确立为重大科技项目。中天科技作为以上两个国家级科研计划的重要研发单位,本次成功研发±525kV直流电缆系统为我国±500kV直流电缆(海缆)的应用奠定了坚实的基础。

      国网电力科学研究院副总工程师、教授级高工杨黎明说:“±525kV直流电缆系统是电力行业的急需品,中天研制成功,可以说为全球能源互联网和一带一路提供了很好的产品,也打下了很好的物质基础。”

      全球能源互联网研究院电工新材料研究所、教授级高工陈新感慨万千,他认为±525kV直流电缆系统的成功不仅推进了国产直流装备的研发技术水平,打破了未来真正全球能源互联的技术瓶颈,也为更高电压等级的研发奠定了基础,具有现实意义。对于国内直流装备真正走出去特别是走向高端市场打下了一个非常好的基础,柔直装备想要走出去,没有电缆作为辅助和支撑的话是非常难的,中天真正把高电压直流电缆研制出来,对于装备联合打包走出去是现实的,这也是一件非常了不起的事情。

      谢书鸿表示:在“一带一路”大形势下,走高端道路,每个企业都有发展路径,我国电缆工业大而不强,这是事实,所以仅仅只有中天也不能代表中国电缆制造业,中国电缆行业必须要群体性突破才能代表电缆制造业的突破,才能让人充分地感受到中国电缆制造业的强大。此次中天科技±525kV直流电缆系统研制成功不仅是企业自身的事,更是整个电缆行业的骄傲!


扩展阅读