区域高压直流电网将建成

整理撰稿人：中科院国家科学图书馆武汉分馆先进能源团队

张军（E-mail:zhangjun@mail.whlib.ac.cn）、陈伟、李桂菊

审稿专家：中科院电工所肖立业研究员

1 高压直流电网技术是适应规模化可再生能源发电的关键

中国可再生能源发电具有大规模发展的资源基础，将在未来发挥主流甚至主导能源的作用。据统计，每年全国陆地接收的太阳辐射总量相当于24000亿吨标煤。离地10米高的风能资源总储量约为32.26亿千瓦，可开发利用风能储量约10亿千瓦。水能资源理论蕴藏量近7亿千瓦，占中国常规能源资源量的40%。

截至2011年底，全国并网可再生能源发电装机容量达到5159万千瓦，占总装机容量的4.89%，其中并网风电4505.11万千瓦，约占并网可再生能源发电装机的87.33%；并网太阳能光伏装机214.30万千瓦，约占4.15%。2011年我国并网可再生能源发电量933.55亿千瓦时，约占总发电量的2%。其中并网风电发电量为731.74亿千瓦时，约占并网可再生能源发电量的78.38%；并网太阳能发电量9.14亿千瓦时，约占0.98%[1]。

但受限于电力系统消纳能力，大部分可再生能源未得到有效利用，甚至出现“弃风”、“弃光”现象；另一方面风电、太阳能等可再生能源发电具有间歇性、波动性、分散性的特点，其发电模式完全不同于常规能源发电模式。随着我国可再生能源基地建设步伐的日益加快和规模的迅速扩大，现有的交流电网越来越难以消纳，传统的电力装备、电网结构和运行技术等在接纳超大规模可再生能源方面也越来越力不从心，对电网动态安全稳定性带来革命性挑战。为此必须采用新技术、新装备和新电网结构来满足未来能源格局的深刻变化。

基于常规直流及柔性直流的多端直流输电系统和直流电网技术是解决这一问题的有效技术手段之一。近年来，直流输配电网技术研究得到了越来越多的关注，欧洲和美国等发达国家和地区已经启动了直流电网的建设和相关技术研发。实现电网从交流运行模式向交直流组合运行或完全直流运行模式的转变，将提高电网的安全性、稳定性，并对能源生产、输配和利用方式、电气行业的产业结构产生重大影响，孕育一批高新技术产业。

2 中国高压直流电网发展与技术需求

中国高压直流电网技术发展起步较早。1990年8月，葛洲坝—上海南桥±500千伏直流输电工程建成，这是我国第一项大型直流输电工程。工程输送距离1054公里，额定输送容量120万千瓦。之后又陆续建设了三峡—常州、三峡—上海、三峡—广东±500千伏直流输电工程，直流线路全长2900余公里。

近年来以建设强交强直的交直流互联电网架构为指导思想，我国开始推动特高压直流输电工程建设。2010年7月8日向家坝—上海特高压直流输电示范工程成功投运，并正在推进锦屏—苏南、哈密—郑州、溪洛渡—金华等特高压直流输电工程建设。根据国家电网规划，拟构建华北—华东—华中1000kV交流主网架，与西北和东北送端电网通过直流异步相联，所需的区外来电分别通过特高压直流和特高压交流输入。山西、蒙西、陕北、宁夏、锡盟等大型煤电、风电和四川水电以及沿海核电通过特高压交流接入，西北、东北等地大型煤电、风电和西南大型水电通过特高压直流输电通道送入[2]。

中国现有电网以交流为运行模式，已经形成一个庞大与之相适应的电工与电气装备制造产业链。在以直流为主导运行模式的电网研究上，中科院电工所对我国未来直流电网建设的合理性、网络架构和广域可再生能源资源互补利用模式及超导直流输电技术等开展了研究，并启动了基于多种能源互补（含多种储能系统）的直流电网示范系统的建设，建成了360米、万安培级的超导直流输电示范工程。

从未来发展来看，我国要在直流电网的理论体系和关键技术等方面实现系统性整体突破，还需要解决一批关键科技问题：在信息层面，包括新型高性能传感器及其网络、功率预测与预报技术、广域海量数据快速传输、直流电网的建模与仿真技术、直流电网云计算和海计算技术、广域直流网通用信息平台的构造及信息安全技术等；在物理层面，包括电网的演化及未来直流电网的构造、直流电网的安全稳定性理论、新型电力电子器件、高压大功率电力电子装备、直流断路器及限流技术、广域直流网协调调度与优化运行控制、故障定位与网络重构、分布式电网及其接入、储能技术、超导电力技术、新型电工材料等。

3 未来发展目标及可突破的技术点

发展直流电网来解决中国未来可再生能源规模接入电网的问题是紧迫的任务。预计中国将在直流电网基础理论和多端直流输电技术方面取得突破，并在西北部可再生能源资源丰富地区建成区域直流电网，实现区域可再生能源的规模化应用，提高可再生能源的比例。

根据《国家能源科技十二五发展规划》，“十二五”期间，主要的柔性交流输电FACTS装置实现国产化；研制成短路故障限流器、直流断路器、电力电子变压器、超导储能系统、超导直流输电等示范系统；VSC-HVDC直流换流器在100kV系统得到应用。

我国直流电网发展的预期目标是：在2020年前，建立与中国国情相适应的直流电网理论体系和技术体系以及标准体系，全面突破直流电网的关键技术，为今后中国新一代电网发展奠定坚实基础。

未来电网向直流运行模式的革命性转变，将催生大量的科技创新机遇和一大批战略性新兴产业，直流电网科技的系统性突破，将为中国未来清洁能源体系的整体建立提供技术保障。

1 中国电力企业联合会统计信息部.2011年电力工业统计快报，2012.

2 刘振亚，张启平.国家电网发展模式研究.中国电机工程学报，2013，33（7）:1-10.