世界首创柔性交直流配电网示范工程正式投运

在全球能源革命的背景之下,电源加快向清洁及低碳化转型,分布式发电、储能及综合能源等迅速发展;再电气化进程加速,以电动汽车、数据中心为首的新型负荷大量涌现,对配电网提出了更为复杂多样的需求。


基于此,电网公司正在联合新能源发电企业及用户,多方共同探索配电网未来的发展方向与能源互联网的发展路径。


12月26日,国网冀北电力公司协同全球能源互联网研究院、南瑞集团中电普瑞等单位,与阿里巴巴集团、亿利集团合作建成的世界首个基于柔性变电站的交直流配电网——张北柔性变电站及交直流配电网示范工程(下称“示范工程”)正式投入商用。


“柔性变电站就是对不同形式的电压和电流进行高效变换,并以灵活可控即插即用方式接受和分配电能。主要具备工频交流、直流乃至非工频、低频输电柔性接口,具备柔性控制能力、故障隔离与快速恢复功能,具备一站多能等特点。”全球能源互联网研究院院长邱宇峰表示。


据邱宇峰介绍,示范项目的首创性在于,首次提出基于波动功率平衡新技术的少电容紧凑化新型拓扑,成功研制了纯固体绝缘的高频变压器及紧凑型换流阀等关键部件,提高了柔性变电站换流阀的性能指标,直流电容配置降低95%,能量密度提升200%。集成了直流断路器、交直流变换器、变压器、无功补偿装置等多个设备功能,实现了配电网设备的“多合一”,从而降低设备的占地和造价。


简要而言,该项示范工程建设10kV柔性变电站和10kV光伏直流升压站各一座,将阿里巴巴数据中心和亿利扶贫光伏发电互联,为阿里巴巴数据中心提供750伏及240伏直流、380伏交流等三种清洁能源供电方式。


第一财经记者在投运现场了解到,从今年1月建成并带电并网,到8月通过168小时试运行。示范项目经过近11个月的试运行,历经来自“双11”及“双12”期间的大负荷考验,实现了张北地区新能源并网消纳及阿里巴巴数据中心的平稳运行的双重需求。


“常规的数据中心使用的是双路交流电,阿里从2011年起就开始使用一路高压直流电,高压直流的优势在于没有中间的逆变环节,减少能效损耗。柔变项目正好匹配我们的业务需求。最大的好处是就近消纳了光伏发电的直流电。”阿里巴巴数据中心的工作人员对第一财经等记者表示。


第一财经在采访过程中了解到,示范项目选址于此的原因是,张北地区新能源资源丰富,此外还具备空气清洁、气温低、电价低等特点,而看重这些特点的阿里巴巴数据中心一方面对使用绿色能源具有一定的需求,同时对于电力的可靠性也具有极高的要求,但新能源目前存在不稳定的问题,且当前光伏+储能造价成本太高,尚不具备经济性,通过示范项目则可将新能源和常规电网无缝连接,能够较好地衔接发电企业与用户的需求。


“在阿里巴巴张北云计算数据中心,通过直流升压的方式,将光伏发电输送至数据中心,接入系统,作为备用,可以实现绿色能源的就近消纳,余量还可上网。这套设备在一定程度上代表配电网的发展方向,是电网公司、发电企业、用电客户之间相互沟通,以需求做驱动的项目。”国网冀北公司相关工作人员表示。


“简而言之,基于柔变电站的交直流配电网减少了转换过程,缩小设备体积,降低能耗折损,同时也保证数据中心的用电可靠性。”全球能源互联网研究院电力电子研究所所长邓占锋表示:“数据中心对用电的质量有较高的要求,而电网本身由于接入用户众多而存在诸多干扰因素,经过这套装置,电网的干扰不会传导过来,进一步保证了数据中心的用电可靠性。同时,数据中心产生的干扰也不会传导至电网,通过这套装置进行了有效的隔离。”


“常规的数据中心使用的是双路交流电,阿里从2011年起开始使用一路高压直流电,高压直流的优势在于没有中间的逆变环节,减少能效损耗。柔变项目正好匹配业务需求。最大的好处是就近消纳了光伏发电的直流电。”阿里巴巴数据中心的工作人员告诉记者。


对于新能源发电企业而言,基于柔性电站的配电网能够降低能耗折损,保证新能源的就近消纳,增加电站收益。


“光伏发电一般而言需要将直流电通过逆变器变成交流电,再上网,用户侧需要将交流电变成直流电进行使用,过程中存在能耗损失。”亿利集团张家口亿源新能源有限公司副总经理戚洪林表示。


据戚洪林介绍,基于柔变电站的交直流配电网解决了分布式光伏电站就地消纳的问题,实现了光伏发电兆瓦级容量不经逆变环节,直接高压直流并网,缩短了变换环节,降低了过程中的损耗,按照市场常见光伏逆变器效率折算,该项目降低变换损耗约为2%,每年为亿源德胜光伏扶贫电站增加7万余元收益。


据了解,冀北公司隶属国家电网公司,于2012年2月9日正式独立运作,管辖河北省唐山、张家口、秦皇岛、承德、廊坊五个地市,截至2018年11月底,冀北电网新能源累计装机容量1728.3万千瓦,同比增加17.2%,占统调装机容量56.9%,居各省级电网之首。今年前11月,冀北电网新能源弃电率为4.8%,同比减少2.1个百分点,全网新能源弃电率已连续六年下降。


(文章来源:第一财经)


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