系统工程

千里送绿电 究竟难在哪?

2020-07-22 09:12:11 国家电网报 作者:李亚琛 王娟、霍鑫对本文亦有贡献

7月15日,入伏前一天,河南郑州迎来一个高温艳阳天。在郑州市民像往常一样享受着空调带来的凉爽时,清凉一夏的源动力正在渐渐变“绿”。

这一天,世界首个以输送清洁能源为主的特高压通道——±800千伏青海—河南特高压直流工程启动送电。这条全长1578千米,途经青、甘、陕、豫四省的“电力高速公路”,把绿色电力从高原输送到中原大地。

仅15日一天,这条特高压大动脉就输送了3199万千瓦时的电量。按照一台1匹空调标准工况下每小时耗电0.735千瓦时来算,这些电量可供河南省181.3万台空调运行一整天。

出题:为什么是青海、河南?

世界首条以输送清洁能源为主的“电力高速公路”,为什么花落青、豫?

从青海到河南,沿途平均海拔3900米以上,施工人员需要吸氧克服严重的高原反应。工程30%的塔位处于沼泽中,全线涉及国家级水土流失重点预防区,“午后起大风、夜来风雪袭”是家常便饭,工程建设难度挑战极大。

但从供需来看,答案一目了然。

青海清洁能源丰富,是西北水能资源最富集的地区,是风、光、水兼具的“全能型选手”。目前,青海清洁能源装机2801万千瓦,占全省总装机规模的88%。新能源装机占比达50.5%,是全国新能源装机占比最高的省份。2017年开始,青海绿电供应从7日到9日再到15日,到今年正在开展的三江源地区“绿电百日”,从“风生水起”走向“风光无限”。

另一边,河南经济持续快速增长带来旺盛的用电需求,电力负荷占华中电网负荷的40%。河南的能源结构以煤为主,从改善生态角度来说,增加绿电供应十分必要。

一边有“绿电15日”的底气,一边有中部崛起的旺盛需求,青豫千里一线牵。

难点:绿电如何稳定输送?

一边有绿电,另一边要绿电,看起来水到渠成的事,除了施工困难,还有另一个难点:输送的主要是清洁能源发电,怎样保证特高压线路稳定运行?

风电和光伏发电日间出力变化大,给电力电量平衡、大电网安全稳定运行带来考验。

要弥补新能源发电波动性的缺陷,并不是没有办法。常见的一招就是将火电和新能源发电搭配输送。比如,2017年投运的祁韶直流就是“风火互济”。

从这个角度说,“老实听话”“指哪打哪”的火电是新能源电力输送的“最佳拍档”。这次却不行了。一则,青海火电装机容量只占全省总装机的12%;二则,配置火电,就违背了“以输送清洁能源为主”的工程建设初衷。

那么,就地取材,用青海丰富的水电来配合新能源电力输送行不行?毕竟,水电装机容量占青海电力总装机的38%。也不太行,或者说不完全行。水电多,也很清洁,但却不能完全像火电那样“随时能顶上、很快就退下”,还有枯水期这个掣肘因素。这样看来,输送清洁能源不难,但要做到“以输送清洁能源为主”,绝非易事。

破题:“3+X”千里护送

破题的思路是按规律办事。

风电、光伏发电一起输送,能起到一定的互补作用。长期耕耘在新能源消纳一线的青海电力调度控制中心主任方保民用两个成语总结了当地光伏发电、风电的日间发电规律——“风和日丽”和“风起云涌”:风小的时候阳光强,光伏发电多;风大的时候阳光弱,风电大发。风电和光伏发电有此消彼长的趋势。

新能源发电也有季节规律。每年3~5月、9~11月是青海光伏发电和风电大发期,6~8月则是水电大发期。掌握了这个规律,电网调度人员就能做到心中有数。

另外,水电搭配也有例可循。北欧丰富的水电资源对丹麦风电消纳起到了良好的调节作用。

所以,青豫直流可以采用“风光水互济”的模式。

除了三种清洁能源电力“互济”,还需要额外助力。

方保民介绍:“除了黄河水电,整个青海的新能源都可以参与调峰,还有更大范围的西北电网来支撑。”虽然新能源发电具有不确定性,但在西北电网这个“大水池”里,通过大电网调节、省间互济、电力市场交易等方式,这个问题也能得到部分解决。

先进技术也让“电力高速公路”运行得更平稳。

国网青海电力在500万千瓦的配套新能源电站部署了18台5万千乏小型调相机,可有效改善电网功率因数,维持电网电压水平,抑制直流系统故障发生。4月9日,河南漯河邵陵调相机工程投运。这些调相机就像“稳压器”,保障特高压工程安全稳定运行。

制约青豫直流送电能力的主要因素是双极闭锁后750千伏变电站的过电压问题和新能源电站末端的“翘尾巴”(指风机机端过电压水平高于变电站过电压水平)问题。国网青海电力开展变电站耐压改造、新能源场站加装分布式调相机等措施,避免风机脱网,降低过电压水平,从而进一步提升特高压直流输送能力。

“千里送绿电”,光从调度运行角度来说就不是一件简单的事。其中的智慧、背后的努力,可以视为青豫直流“创造多项世界第一”的一个最好注脚。


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