直流配用電還是個“新生兒”

信息來源:南方電網報  發布時間2020-09-04

  提起用電,幾乎所有人都知道,家庭使用220/380伏交流電壓。將電壓等級一步步抬升會發現,我們正身處一個為交流電網所覆蓋的世界。雖說高壓輸電網有交直流共存,但到了配用電環節,交流仍占據無可爭議的“統治地位”。

  可是,我們身邊的很多電子產品,最終使用的卻是直流電,比如電腦、手機、電視機……設備通過電源適配器內的電流轉換裝置,將交流轉成直流,實現正常使用。因歷史原因,交流用電格局已形成并固化,直流電難以全面進入社會生產生活。但在當下,電網行業已經作出努力,嘗試推廣直流電。畢竟,少了電流轉換環節,電力就更加節能環保。

  在未來,直流配用電的應用會更廣泛嗎?

  技術不是大問題,體系破立才是

  8月,廣東電網公司成立了直流配用電研究中心,研究探索在配用電環節推廣直流電。

  廣東電網公司三級技術專家曾杰,成為研究中心成員之一。他參與過多個直流配用電項目。從現狀看,直流配用電多用于示范項目,真正投入市場競爭中的鳳毛麟角。畢竟,這是一個主要被交流所編織的龐大電網系統。

  原因是歷史造成的。電網發展早期,特斯拉與愛迪生的交直流之爭,因輸電距離遠近分出高下——推崇交流的特斯拉,戰勝了直流捍衛者愛迪生。從此,交流架設的電力線路逐漸蔓延至世界電力的每個角落。

  近來,隨著電力電子技術的發展,直流電在輸電距離上已足夠與交流分庭抗禮。我國開創性地將直流輸電電壓等級提升至±800千伏的特高壓級別,實現了遠距離大容量的西電東送。

  去年9月,準東—皖南±1100千伏特高壓直流輸電工程投運,線路全長達到創紀錄的3324公里。今年7月,烏東德電站送電廣東廣西特高壓多端直流示范工程提前實現階段性投產,柔性直流首次應用至特高壓領域。

  特高壓直流輸電技術已經成為中國對外的一張名片,是世界上公認的我國領先世界的技術。

  從電力技術難度看,一般電壓等級越高,難度越大。因此,如果連特高壓等級都能應用直流輸電,那么在低電壓等級的配用電環節,就更不應存在技術上的難題。

  “如果僅僅考慮純理論技術,直流配用電的應用沒有難度。”東莞理工學院電力工程與智能化學院教授康麗也認同這種觀點。

  但是,考慮到配用電環節電網線路相較主電網更多,用電設備場景更多樣,曾杰認為,將主電網技術移植過來,并不能解決所有問題,還需根據具體情況作適當調整,“理論可以完全照搬,具體應用技術方面,要做些調整。”但不管怎么說,技術難度不大。

  他舉了個設備降噪的例子:主網建的換流站都在深山老林里,降低噪音裝個隔音墻就好,反正周邊也沒什么人,影響不大;但配用電就不一樣了,很多設備就在小區旁邊,對降噪要求特別高,必須采用其他手段。

  直流配用電應用最棘手的問題,由電網行業的天然壟斷屬性造成:既然建成了交流電網,再去轉改用直流電,拋開安全性不說,光是成本投入就非常巨大。

  “交流電網早就形成了一套完善成熟的體系,產業鏈上下游也都遵循這樣的體系,來建設電源、用電設備,很難打破了。”曾杰說。

  像家庭或是辦公場所很多用電設備,最終使用直流電,但限于交流電網,設備廠家在長期的實踐中形成了制作換流設備的產業鏈。“電腦、手機都用直流電,所以它們的充電頭里邊就安裝著換流器件。”廣東電科院能源技術公司電力電子裝備事業部高級經理陳銳說,“假如換成直流電,就可以直接充了,省去了安裝換流器的成本。”

  或迎合未來趨勢,但推廣難度不小

  實際上,在一些示范項目中,已經有直流配用電的全面嘗試。

  位于深圳市大梅沙的深圳未來大廈項目,一期5000平米的面積采用了低壓直流配電技術,照明、空調、辦公等全部用電設備裝置實現直流化。設計方深圳市建筑科學研究院官方網站介紹,與傳統交流系統相比,裝機容量降低80%,系統能效提升10%—20%。

  “最重要的是,用電器的直流電壓只有48伏,完全是人體可承受的范圍,非常安全。”深圳市建筑科學研究院直流建筑實驗室副主任李雨桐稱。

  中國工程院院士、清華大學建筑節能研究中心主任江億也曾撰文稱,變革建筑用能方式,建議驅動方式由交流轉為直流,電力負載由剛性轉為柔性,這是電力系統應對能源革命、實現新型用電模式的重要任務。

  在東莞松山湖園區,設計的一套交直流混合運行系統裝置,能夠將10千伏交流電轉變成380伏交流、±10千伏直流以及±375伏直流多種形態,供易事特工廠、東莞理工學院教學樓、安化數據中心等用戶不同交直流設備使用。

  “直流型充電樁、光伏儲能、空調、電熱水器等等,都能接入直流電,極大降低了交直流轉換過程中的電力消耗。”廣東電網東莞供電局實驗研究所專責何文志表示。

  由于直流設備產業鏈尚未形成,產品需要“私人定制”。像供東莞理工學院教學樓的13臺直流空調,就是由格力公司特別供貨的。

  供貨商東莞市晟世欣興格力貿易有限公司產品經理何潤華稱,雖然格力公司有設備生產線,但平時訂單太少,無法做到量產。而且生產直流設備難度較交流高,需要專業的技術人員,因此成本高得多。“但我們還是有意愿跟電力企業合作,投入直流設備的生產,這應該是未來的大趨勢。”他說。

  這種大趨勢是與全球能源變化趨勢緊密相關的。國內外研究機構都會對未來能源電力發展趨勢作展望。從一些知名機構展望報告的共性看,以光伏、風電為主的可再生能源在未來大有可為。

  光伏發出的電是直流電;風電裝機未來向遠海發展,采用柔性直流技術送出也成為業內較為認可的方向。兩大可再生能源都要用直流電,電網如果也是直流,那就完全不用考慮交直流轉化的問題,對于能耗是極大節約。

  江億還在撰文中指出,我國未來建筑年用電量將在2.5萬億千瓦時以上,還將有2億輛充電式電動小轎車,二者之和所消耗的電力將達到用電總量的35%以上。如果未來建筑全部成為帶有充電樁的柔性建筑,則可以吸納接近一半由風電、光電所造成的發電側波動,并有效解決用電變化導致的峰谷差變化。“光伏+直流+智能充電樁”的建筑供配電系統雖然增加了投資,但中低壓電網輸配電的容量降低到目前的四分之一以下,所對應節省的投資一般也會超過建筑內增加的投資。

  “或許是未來的趨勢和方向,但還有很長的路要走。直流配用電還是個新生兒,遠沒到長大成熟的年紀。”曾杰如此看待未來可能的交直流之爭:競爭也是一種促進。把兩者置身歷史的長河中,它們共同推動著電力行業螺旋式上升發展。

  >>鏈接

  直流配用電概況

  直流配用電技術是構建安全、可靠、綠色、高效的智能電網的核心技術,可實現直流型源、荷靈活接入和高效匹配,是能源生態系統的關鍵環節。

  相比較交流配電系統,直流系統具有供電容量更大、供電半徑更長、運行效率更高、電能質量問題不突出,不存在無功補償問題,可閉環運行、可節省走廊資源25%—30%等優勢。同時,直流配電系統也具有一定缺點:一是直流系統整體造價較高,主要體現在電力電子裝備成本;二是部分交流負荷及交流電源仍需經變流器接入,無法進行直流化改造,難以省去所有設備的轉換環節;三是直流電火花更大,且難以滅弧,對絕緣破壞更嚴重;四是直流設備內部結構復雜,維護工作量大;五是直流系統存在大量可控硅器件,導致過載能力低。

  目前國內已經建成了一系列直流配用電示范工程,但直流配電網設備缺乏相關的技術標準,國內相關廠家在直流配電網的設備方面尚無成熟產品,僅在部分示范工程中得到應用,相關功能和性能指標有待實際工程的檢驗。

  南網傳媒全媒體記者 帥泉 通訊員 許昌永

河南22选5大星彩票网 陕西11选5怎么买 11选5博彩真经下载 微信股票分析群 腾讯分分彩真假改单 香港五分彩怎么玩稳赚 新疆新11选5开奖结果 上海期货配资 宋钱 稳定的极速赛车网址 淘股吧官方网站 河南快三投注网站 江西时时彩号码 广西十一选五开奖结果查询 山西快乐10分三码预测 体彩上海十一选五奖金 河南快三遗漏预测 安徽十一选五专家推荐