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国家电网公司2016年度国家重点研发计划项目简介

圣未来V享天下2018-11-07 16:47:52
导 读  ID:saintsung01  
近日,工信部产业发展促进中心、科技部高技术发展中心公示2016年度国家重点研发计划项目申报结果。国家电网公司组织牵头申报的14个项目中,共有12个项目获准立项。这也是国家项目申报改革后公司取得的最好成绩。


  近日,工信部产业发展促进中心、科技部高技术发展中心公示2016年度国家重点研发计划项目申报结果。国家电网公司组织牵头申报的14个项目中,共有12个项目获准立项。这也是国家项目申报改革后公司取得的最好成绩。

  国家重点研发计划由原来的973计划、863计划、国家科技支撑计划、国际科技合作与交流专项、产业技术研究与开发基金和公益性行业科研专项等整合而成。国家重点研发计划项目的申报成功,对于强化公司基础性、前瞻性问题研究,突破重大共性关键技术,提升核心竞争力和自主创新能力具有重要意义。

  为超远距离、超大容量电力输送提供解决方案

  ——“±1100千伏特高压直流输电工程关键技术研究与示范”项目简介

  特高压直流输电技术具有输电距离远、容量大、损耗低等突出优势,适用于大范围优化配置能源资源。目前,国际上在运直流输电工程最高电压等级为±800千伏,经济输电距离约为2000千米。按照规划,我国能源基地开发逐步西移、北移,新疆煤电和新能源基地、西藏水电基地到东中部的距离超过3000千米;正在论证的“一带一路”经济带输电走廊工程输电距离将超过4000千米,需要研发更高电压等级、更高输电效率的直流输电技术。±1100千伏高压直流输电技术是国际上电压等级最高、容量最大、距离最远的输电技术,经济输电距离可达3000~5000公里,每千公里损耗率仅为1.6%,输电容量可达1200万千瓦,是实现我国巨型能源基地超远距离、超大规模电力外送的核心技术,国内外尚无相关研究成果和工程实践。

  为了解决±1100千伏特高压直流输电关键技术难题,在国家科技部和工信部的组织下,中国电力科学研究院、国家电网公司、国网经济技术研究院、清华大学、西安交通大学、华北电力大学、华中科技大学、重庆大学、武汉大学、中南电力设计院、特变电工集团、西电集团、天威保定变压器有限公司、北京电力设备总厂、江苏神马电力公司等15家单位组成联合攻关团队。

  项目总体目标是解决±1100千伏特高压直流输电工程电气绝缘与电磁环境特性、核心装备研制、系统成套设计关键技术,支撑示范工程建设。项目需要开展多项技术研究,主要包括:过电压抑制和绝缘配合技术研究、外绝缘特性研究、电磁环境控制技术研究、核心设备研制和系统成套设计方法研究。过电压抑制和绝缘配合技术主要是优化换流站设备和线路绝缘设计,研究系统分层接入下的过电压深度抑制、空间电荷对线路雷击特性。外绝缘特性研究主要是考虑高海拔、污秽、覆冰、淋雨等特殊环境对绝缘设计的综合影响,开展全尺寸、全工况复杂环境下的试验研究。电磁环境控制技术主要是研究多分裂大截面导线可听噪声预测公式,研究直流线路对无线电台站、输油输气管道的影响及防护。核心设备研制主要开展换流变压器、平波电抗器和绝缘子等主设备关键设计参数研究,研制设备样机,通过试验验证,掌握设备核心技术。系统成套设计主要研究接入不同受端交流系统下的成套设计方法。

  项目预期在如下几方面取得效益:一是提升电力科技技术水平,引领国际输电技术发展。项目的实施将解决目前世界最高电压等级、最大输送容量输电技术的关键问题,为国际上超远距离、超大容量电力输送提供解决方案,将进一步提升我国在国际电工领域的学术影响力和话语权。二是提升重大设备自主创新能力,推动电工制造产业升级。项目实施将研制目前国际上参数最高、制造难度最大的±1100千伏核心设备,有利于提高我国电力装备自主创新能力,促进国内主要电工装备制造企业产业升级和跨越式发展。有力带动电源、电工装备、用能设备、原材料等上下游产业跨越发展。三是促进能源清洁转型,优化能源资源配置。项目的实施将有力促进新疆等新能源基地集约化开发,推进火电、风电、太阳能发电联合外送,有利于实现大范围的能源资源配置,满足中东部地区电力需求。以依托工程±1100千伏准东—华东特高压直流输电工程为例,预计年输送电量750亿千瓦时,减少受端二氧化碳排放5880万吨,具有显著的经济社会效益。四是推动构建全球能源互联网。±1100千伏特高压直流输电距离可达5000千米,可为跨区电网互联和全球能源互联网构建提供有效解决方案。

  支撑大电网柔性互联建设

  ——“柔性直流输电装备压接型定制化超大功率IGBT关键技术及应用”项目简介

  柔性直流输电技术是大电网柔性互联及大规模新能源接入的主要方法之一。压接型超大功率IGBT(InsulatedGateBipolarTransistor,绝缘栅双极晶体管)是实现柔性直流输电技术向超高压、超大容量及多端化、网络化方向发展的核心器件,具有短路失效、双面散热的特殊优点。

  国外研究机构和器件厂商在高压大功率压接型IGBT技术方面开展了大量研究。ABB公司研制出4500V/2000A压接型IGBT器件,并已经在工程中得到应用验证,4500V/3000A的器件正在试用和推广阶段;东芝的压接型IGBT器件主要面向大功率机车牵引,与柔性直流输电装置的结合性较差;德国开姆尼茨大学、丹麦奥尔堡大学、荷兰代尔伏特理工大学等研究机构侧重焊接型器件,对压接型器件的技术支撑不足。

  高端芯片技术长期被ABB等国际公司垄断,严重阻碍我国电网技术的自主创新发展;另一方面区别于市场上的常规IGBT器件,柔性直流输电技术对IGBT器件提出了特殊需求,亟需针对不同的输电装置进行定制化开发。

  因此,在国家科技部的大力支持下,由国家电网全球能源互联网研究院牵头,联合株洲中车时代电气股份有限公司、中国科学院微电子研究所等国内电力电子器件高水平研发机构,共同开展2016年国家重点研发计划《柔性直流输电装备压接型定制化超大功率IGBT关键技术及应用》项目的研发工作,重点攻克芯片—器件—装置联合仿真方法与协同优化设计技术、定制化IGBT/FRD芯片设计与大规模芯片压接并联封装压力和电流均衡控制技术、基于电压电流过冲抑制的驱动保护与封装一体化技术、定制化IGBT长期可靠性等效试验方法、基于定制化IGBT器件的柔性直流输电装备优化设计技术等难点,力求突破国际技术的垄断和封锁,实现核心器件的自主化研制。

  高压大功率IGBT器件具有极为广阔的市场空间,实现压接型超大功率IGBT器件自主研制将为我国高端制造产业带来巨大的经济效益。截至2016年4月,世界上已建设柔性直流输电工程24项,在建13项;国内已经建设并投运柔性直流工程4项,正在建设3项。按照欧洲超级电网规划、美国Grid2030计划以及全球能源互联网规划需求,预计未来20年全球规划建设柔性直流输电工程220多条,累计需求3300V/3000A及以上IGBT器件约300多万只,市场容量将达1000亿元。

  通过该项目的研究开发,将实现压接型超大功率IGBT器件自主研制,打破国际公司的技术和市场垄断,促进国产高压大功率IGBT器件产业化和规模应用;同时支撑我国电网装备技术创新发展和电网系统的安全稳定运行,为国家高端制造产业的发展贡献力量。

  构建柔性直流电网助推全球能源互联

  ——“高压大容量柔性直流电网关键技术研究与示范”项目简介

  随着资源紧张、环境污染等问题日益突出,能源生产和消费必须由化石能源为主向绿色低碳方向转变,世界各国纷纷制订了相应的发展目标和规划。但是清洁能源必须依赖于输电网络才能实现大规模开发和远距离输送,而此前世界上的输电网络配置范围有限、能力不足,亟待建立以清洁能源为主导、以电为中心、更高效环保的能源配置网络平台。

  柔性直流输电是继交流输电、常规直流输电后的新一代输电技术,构成电网络后,可以实现大规模可再生能源的高效接入,提供适应性更强的接纳、传输模式,是推进能源结构转型和实现大范围能源互联的重要手段。

  2015年9月,习近平主席在联合国发展峰会上提出了“探讨构建全球能源互联网,推动以清洁和绿色方式满足全球电力需求”的倡议,得到国际社会广泛认可。国家随后瞄准柔性直流电网重大技术和装备,开展了相关部署。

  2016年2月,国家重点研发计划智能电网技术与装备专项“高压大容量柔性直流电网关键技术研究与示范”项目工作正式启动。由全球能源互联网研究院牵头,联合我国在柔性直流领域的多家专业科研院所和产业公司,成功完成了该项目的申报并获批。

  该项目将围绕高压大容量及直流构网的应用需求,自主研制满足±500千伏、3000MW柔性直流电网工程的换流阀样机,构建不低于4000独立节点的阀控系统实时闭合数字仿真测试平台,建成世界首个电压等级±500千伏、单端容量最大(3000MW)的张北柔性直流电网示范工程。

  工程通过两端3000兆瓦换流站汇集张北地区的风电,另一端1500MW换流站接入当地抽水蓄能,并通过一端3000MW换流站接入北京电网,有效解决了该地区高比例可再生能源的高效接纳和外送问题,践行2022年冬奥会“绿色奥运”的办会理念。

  届时,该工程每年可为北京地区提供26亿千瓦时的清洁能源,同时还可有效缓解张北地区高比例可再生能源的高效接纳和外送问题,预计可减少因弃风、弃光造成的经济损失达3亿元以上,将对我国直流电网高端电力装备的发展和实现由“中国制造”向“中国创造”转变起到促进作用。

  项目通过高压大容量柔性直流关键技术研究与工程示范等创新工作的开展,旨在实现以“重大科技项目推动重大工程建设,重大示范工程推动重大科技进步”的总体目标。所取得系列具有完全自主知识产权的创新成果,必将为我国电网技术升级、能源结构转型提供重要技术支撑,也为实现全球能源互联、落实“一带一路”战略规划奠定坚实基础。

  碳化硅技术引领输电系统变革

  ——“高压大功率碳化硅材料、器件及其在电力电子变压器中的应用示范”项目简介

  第三代半导体器件代表了未来高压电力电子器件发展方向,在全球掀起了竞争热潮,其中,碳化硅(SiC)电力电子器件具有高电压、大电流、快速开关、低损耗等独特优势,对未来电网形态和能源战略调整将产生重大影响。

  传统电网正向以电力电子技术广泛应用为代表的智能电网方向发展,其智能、灵活、互动、兼容、高效等功能实现依赖于电网设备的智能化水平。其中,柔性变电站柔性可控、智能调控,融合电力电子、控制保护、信息通信以及先进计算技术,实现电气隔离、电压变换、一次设备与控制保护系统融合、电能质量协调、分布式能源即插即用等多种功能的集成与优化。电力电子变压器是柔性变电站中的核心设备,除了具有传统变压器的电气隔离、电压等级变换功能,还可以实现进出潮流柔性可控的能源路由功能、有功和无功复合支撑的虚拟同步发电机功能,对电能质量进行隔离。

  基于硅IGBT的电力电子变压器在小功率领域实现了部分应用,但是由于损耗大、体积大,在高压大功率的输电领域尚无法应用。基于碳化硅器件的电力电子变压器处理电压可以达到原来的10倍,功率增加5倍,体积与重量减小40%以上,损耗降低60%,从技术角度解决实用化问题。

  全球能源互联网研究院承担的国家重点研发计划项目《高压大功率碳化硅材料、器件及其在电力电子变压器中的应用示范》,联合国内优势单位,计划研制国际先进水平的6500V/25A碳化硅MOSFET芯片、6500V/400A全碳化硅模块,研制全碳化硅电力电子变压器,并首次实现35KV/5MVA柔性变电站中的示范应用,材料—器件—封装—装备应用全产业链协同发展,实现我国电力电子器件及输电装备领域的原始创新。

  碳化硅制备技术日益成熟、产业规模迅速扩大,成本降幅每年达到20%左右,目前,基于1200V碳化硅二极管的光伏逆变器成本已经与传统逆变器相当,预期4~5年之后,本项目研制的高压碳化硅器件成本将会下降到产业可以接受的水平。届时,碳化硅器件规模应用于固态断路器、换流阀、有源滤波等已有装备,大幅减小体积、降低损耗、提高转换效率,或者开发新装备,支撑更高电压、更大输送容量的柔性直流输电、灵活交流输电等输变电技术,为实现坚强智能电网、加速我国能源战略转型提供核心元器件及关键装备支撑。

  同时,基于碳化硅电力电子技术的柔性直流输电技术的将会有更高的输电电压、输送容量,满足全球能源互联网的超高电压、超长距离输电重大需求,有效配合“一带一路”战略。

  电力光纤到户助力“宽带中国”建设

  ——“电力光纤到户关键技术研究与示范”项目简介

  近日,国家重点研发计划“智能电网技术与装备”重点专项2016年项目陆续完成项目评审,即将进入实施阶段。其中,由国网辽宁省电力有限公司牵头的项目团队,成为由专业机构评出的“电力光纤到户关键技术研究与示范”项目研究团队,并获得国家科技专项资金支持。

  政策引领,挑战与机遇并存。随着国家一系列政策的出台,国务院做出了加快推进电信网、广播电视网和互联网三网融合的重大部署。能源和信息作为服务社会公众的重要内容,电力光纤到户示范工程将实现两者的同步传输,有效整合企业和社会的通信信息资源,打造开放的新型公共服务基础平台。

  面对新形势和新挑战,“电力光纤到户关键技术研究与示范”项目将按照“中国制造2025”和“互联网+”行动计划等相关政策的要求,开展光纤复合低压电缆(OPLC)成套和电力光纤到户关键技术的研究,利用电力通道资源,实现电网和通信网基础设施深度融合,满足能源互联网信息通信需求。

  产业升级,科研与示范先行。随着信息通信产业的升级和广泛应用,已经逐渐带动各行各业飞速发展。电力光纤到户作为优质的网络资源,能更好的适应未来多样化信息服务的需要,满足用户多元化的信息服务需求,具有广阔的应用空间。“电力光纤到户关键技术研究与示范”项目团队具有强大的技术攻关能力,团队由产学研用各个环节的优势单位组成。该项目将以建设T级电力光纤到户系统为目标,开展自主创新研究,研制1000Gbps高速接入系统,揭示热场环境OPLC中光纤衰减变化机理,研制高速虚拟化PON系统,制定电力光纤到户系列标准,创建国内首套T级电力光纤到户系统,建设示范应用工程,为电力光纤到户规模化应用奠定坚实基础,形成可复制、可推广的电力光纤到户整体解决方案。

  效益提升,企业与社会共赢。电力光纤到户采用OPLC作为传输介质,充分利用电力通道资源,对比传统的光纤到户建设,节省工程投资约11.6%,避免资源重复建设与浪费,提高社会整体资源利用率,实现节能减排。在节约社会资源、降低建设成本及提高运营效率方面优势明显。

  “电力光纤到户关键技术研究与示范”项目的落地,将强力支撑智能电网建设,有力推动“互联网+智慧能源”的资源整合和应用创新,优化城市信息通道资源,创新城市管理模式,实现“宽带中国”、“互联网+”国家发展战略,奠定我国在电力光纤到户领域的国际引领地位,同时带来巨大的经济和社会效益。

  共建新能源汽车发展命运共同体

  ——“电动汽车基础设施运行安全与互联互通技术”项目简介

  近年来,我国电动汽车及其基础设施呈现爆发式增长,产业发展进入快车道。然而一直困扰该行业的运行安全与互联互通问题,也越来越突出。例如:在安全运行方面,国内纯电动汽车仅自燃事件就达到24例,运行安全问题严重大规模集中充电导致停电的供电安全问题严重;在互联互通方面,中国电力企业联合会组织的接口一致性测试通过比例直流不足10%,目前全国不同运营商的充电网络间互联互通尚未开展,导致跨区域、跨平台充电困难;电动汽车与智能电网、分布式能源深度融合的实用案例也未开展。因此本项目研究对我国电动汽车大规模发展具有重大战略意义。

  2016年国家科技部会同有关部门启动了国家重点研发计划“新能源汽车”重点专项,在第六个技术方向“纯电动力系统”中设置了本专项唯一一个充电设施项目,旨在解决电动汽车充电安全尤其是充电自燃事故以及电动汽车互联互通的关键问题。国电南瑞科技股份有限公司牵头团队在20余家申报竞争团队中以综合总分第一成功申报。

  项目团队对指南内容进行了认真分析,紧密围绕安全运行、互联互通两个方面拟定了相对解耦的6个子课题。从理论层面上构建电池、充电与供电一体化安全防护体系;从标准层面上制定一体化安全防护和互联互通技术规范及相关标准;从应用层面上开发电动汽车充电设施互联互通平台,并在此平台基础上开发部署“电动汽车与智能电网、分布式能源融合系统”和“电动汽车一体化安全预警与智能保护控制系统”;从示范层面上建立覆盖长三角区域的电动汽车与智能电网融合及互联互通综合示范工程,并验证研究成果的正确性。通过本项目的研究将为我国电动汽车充电一体化安全防护以及充电设施的互联互通建立坚实的理论支撑和技术支持,有效推动我国电动汽车的健康快速发展。

  本项目研究团队由国电南瑞科技股份有限公司(牵头)、清华大学、中国科学院电工研究所、比亚迪汽车工业有限公司等15家单位组成,研究团队涵盖了电动汽车、充电设施及智能电网等相关技术专业的产/学/研/用领域。

  本项目通过跨界融合电动汽车、充电设施、智能电网、分布式能源、互联网+等技术,将显著提升电动汽车基础设施安全性和使用方便性,加快电动汽车产业发展。通过建立电动汽车基础设施互联互通数据平台,全力支撑我国电动汽车及基础设施发展与运营保障,并推动“互联网+电动汽车”商业模式的创新。

  描绘我国高比例可再生能源并网蓝图

  ——“高比例可再生能源并网的电力系统规划与运行基础理论”项目简介

  当前,全球能源问题突出、环境污染严重。大力发展可再生能源,实现能源生产的清洁化转型,是能源可持续发展的重要途径。近十年来,我国可再生能源发展迅猛,目前已经成为世界上风电和光伏装机容量最大的国家。到2030年至2050年,我国可再生能源的发电量占比达30%以上,“高比例可再生能源并网”将成为未来电力系统的重要特征。

  国家科技部启动了国家重点研发计划“智能电网技术与装备”重点专项,2016年首批在5个技术方向启动17个项目。在第一个技术方向“大规模可再生能源并网消纳”中设置的第一个项目就是基础前沿类项目“高比例可再生能源并网的电力系统规划与运行基础理论”。项目紧密围绕两大科学问题展开:一是高比例可再生能源并网对电力系统形态演化的影响机理和源-荷强不确定性约束下输配电网规划问题,二是源—网—荷高度电力电子化条件下电力系统多时间尺度耦合的稳定机理与协同运行问题。

  本项目将从未来电力系统结构形态演化模型及电力预测方法、考虑高比例可再生能源时空分布特性的交直流输电网多目标协同规划方法、高渗透率可再生能源接入下考虑柔性负荷的配电网规划方法、源—网—荷高度电力电子化的电力系统稳定性分析理论、含高比例可再生能源的交直流混联系统协同优化运行理论五个方面进行深入研究,形成高比例可再生能源接入下未来电力系统形态构建、协同规划和优化运行的基础理论体系。

  项目研究具有显著的经济与社会效益,其成果将引领电力系统向低碳、绿色、智能的方向发展,促进电力能源结构转型,降低电力工业对资源以及环境问题的影响,提升我国智能电网相关产业的自主创新水平,提高我国能源企业的国际竞争力和影响力。项目将建立自主知识产权的核心技术体系,打造具有较强创新能力、以中青年学者为主力的科研团队,培养智能电网领域具有国际影响力的学术领军人物和研究骨干人才。

  本项目由中国电力科学研究院牵头,18家实力雄厚的大学和科研院所组成研究队伍。团队将借助十三五的春风,同心协力,众志成城,研究高比例可再生能源并网下电力系统规划与运行的重大课题,建立电力行业实现高比例可再生能源发电并网的技术体系,为政府相关部门制定能源政策、发展战略和技术路线提供强有力的决策支持,为我国电力能源事业实现高效绿色可持续发展的美好未来提供强大的科技驱动力!

  引领世界大电网控制技术发展

  ——“大型交直流混联电网运行控制与保护研究”项目简介

  大型交直流混联电网运行控制与保护(基础理论研究)获科技部批准立项。该项目的设立标志着我国面对现代大型交直流混联电网安全运行重大需求的科学研究拉开了帷幕。

  世界上规模最大、电压等级最高的交直流混联电网已在我国形成。截止2015年底,电网装机容量15亿千瓦,各大区域电网已通过超/特高压交直流输电线路实现互联,跨区输电功率达到2.1亿千瓦,其中23回直流输电线路承担了三分之一的传输功率;到2020年,16回直流输电线路和世界上最高电压等级的柔性直流环网还将投入运行,电网规模、直流输电占比以及交直流混联深度将进一步增大。如何有效保障大型交直流混联电网安全运行是重大和紧迫的国家需求。

  大型交直流混联系统状态变量广域耦合,各元件动态时间常数差异巨大。交直流混联系统连续、离散、逻辑变量交织,多种类型约束相互制约,不同控制变量交互影响,控制目标存在耦合和冲突的可能,运行控制难度大。交直流混联电网中交流同步电源混合非线性受控开关电源、三相交流网络与两极直流网络拓扑互联,故障特征发生改变,基于线性等效电路的传统故障分析方法和保护原理不能简单沿用。

  围绕上述问题,本项目将开展大规模交直流混联电网全电磁暂态建模和仿真理论、多换流站与交直流混联电网稳定控制理论与技术、大型交直流混联电网故障特性分析与保护、交直流混联电网连锁故障预警与主动保护、含高密度新能源发电的电网源荷端动态响应与自愈控制等事关混联电网安全运行的重大基础理论和关键科学技术研究。

  项目团队由国内20家著名高校、科研院所和设备制造厂商共同组成,覆盖了电气工程领域全部的5个国家一级学科、10个相关国家重点实验室;集合了国内在大电网控制、保护和仿真研究领域经验丰富、勇于探索的优秀人才,项目参加人员319人,其中固定研究人员129人,高级职称94人;项目还聘请本行业领域国内外著名专家组成指导小组指导并监督项目的实施。项目团队陈容强大、研究实力雄厚,有望在大电网安全运行领域取得重大突破。

  项目将首次开发出大型全电磁暂态仿真软件、提出并实现柔性直流输电线路超高速保护技术以及具有毫秒级响应速度的交直流混联电网协同控制方式和系统稳定控制方法。项目成果将为我国大型交直流混联电网安全高效运行提供坚实的理论支撑和技术指导,并引领世界大型交直流混联电网运行控制和保护技术的发展。

  有序接入、灵活并网、优化调度

  ——“分布式可再生能源发电集群灵活并网集成关键技术及示范”项目简介

  当今世界已经逐步进入到可再生能源时代,作为世界能源发展的一个重要趋势,分布式可再生能源的并网已成新能源革命和智能电网建设的重要组成部分。在国家“光伏扶贫”等系列政策激励下,我国分布式电源的并网呈现出区域化和园区化的快速发展态势,大规模、集群化分布式发电并网成为未来重点发展方向。

  然而大量具有间歇性、随机性的分布式发电接入电网,极大地增加了电网复杂性和管控难度。如何保障分布式发电能够规模有序、安全可靠、灵活高效地接入电网,已成为能源与电网领域的重大科学命题。为了推动分布式新能源的发展,设立国家重点专项“分布式可再生能源发电集群灵活并网集成关键技术及示范”,以期解决大规模、集群化分布式电源并网的技术难题。

  围绕分布式可再生能源发电集群灵活并网集成重大需求,项目组聚焦大规模分布式发电集群有序接入、灵活并网、优化调度三大科学与关键技术问题,重点从高渗透率分布式发电集群优化规划设计方法、高效灵活并网关键技术与装备、分层分级群控群调关键技术与系统、分布式发电集群数模混合仿真测试四个方面开展研究,创新集群规划方法、突破并网与运行控制关键技术、研发系列关键装备与系统、实施仿真测试验证,进而建设安徽金寨“区域分散式”和浙江海宁“区域集中式”两种典型应用模式分布式发电集群灵活并网示范工程。

  该项目将从共性关键技术研究、核心系统和装置研发到典型应用示范全链条布局,产出一系列具有自主知识产权的国际领先/先进水平的重大成果,研制出高功率密度、高效变流、即插即用并网关键设备(功率密度≥1.0w/cm3、转换效率>98%)与智能测控保护装置,开发区域群控群调系统,建成具有国际领先水平的区域分散型和区域集中型两种典型模式的分布式可再生能源发电集群示范工程(所有并网点THDi≤5%,反孤岛保护动作时间≤2s),实现多种类(风/光/生物质)、多容量(瓦-兆瓦)、大规模(>200兆瓦)、高渗透率(>100%)分布式能源集群的有序接入、灵活并网和优化调度。

  该项目将于2019年完成,其研究成果将大幅提高我国分布式能源的消纳水平,实现大规模可再生能源并网关键技术与装备的国产化,探索我国未来分布式电源的开发利用可行道路,切实支撑能源结构清洁化转型和能源消费革命,实现我国在智能电网技术领域整体处于国际引领地位等方面,具有广阔的市场前景和巨大的经济、社会、生态效益。

  架起能源互联的桥梁

  ——“±500kV直流电缆关键技术”项目简介

  高压直流电缆作为柔性直流输电技术的关键装备具有低碳环保和安全可靠的优点,适用于环境敏感区域及城市电网的电缆化增容改造,增强电网抵抗自然灾害危害的能力。±500千伏直流电缆代表目前挤包绝缘直流电缆的国际最高水平,其传输功率密度约为±320千伏直流电缆的2倍,可满足新能源规模化利用和区域互联中长距离、大容量、低损耗电力传输的需求。±500千伏直流电缆关键技术已成为当前国际智能电网技术与装备研发领域的前沿热点,也是制约我国大电网柔性互联的技术瓶颈之一。因此,发展±500千伏直流电缆关键技术,对保障我国电力能源安全和可持续发展具有十分重大的战略意义。

  2016年国家重点研发计划“智能电网技术与装备”专项“±500千伏直流电缆关键技术”项目的总体目标是通过研究±500千伏直流电缆制造及应用技术,掌握国产绝缘材料和屏蔽材料批量化制备工艺,完成样机研制并通过试验验证。

  项目团队由高校、研究院、制造企业和电网运行企业等15个单位的专家学者组成,高校负责设计基础理论及材料开发,研究院及企业负责材料批量化制备、装备研制及试验应用技术,构成了一支理论基础扎实、实践经验丰富、具有国际视野的“产、学、研、用”协同创新研究团队。项目组将围绕±500千伏直流电缆开发及应用的关键技术与难点,重点开展直流电缆绝缘设计基础、绝缘料与屏蔽料、电缆及附件设计与制造、电缆应用及环境适应性、电缆系统试验及运维技术等方面的系统研究。通过理论分析、仿真计算、实验研究、加工制造和试验评价,在直流电缆系统设计、材料开发、装置研制和试验评价技术方面取得突破,支撑±500千伏直流电缆产品制造及应用,为未来大电网柔性互联提供技术保障。

  近三年,我国先后在南澳、舟山和厦门柔性直流输电工程中实现了国产挤包绝缘直流电缆的工程应用,最高电压达到±320千伏。直流电缆从±320千伏提升到±500千伏,面临着需要耐受更高场强、传输更大容量和制造更大尺寸电缆系统的挑战:例如,电缆在高场强和高温度梯度下的绝缘设计,高场强、高温度稳定性国产材料开发及批量化制备,多物理场下的电场设计与大尺寸电缆系统制造工艺,直流电缆试验及运维方法有效性等。面对以上问题与挑战,需要开展深入系统的研究。

  通过该项目的研究开发,将形成我国±500千伏直流电缆核心技术;打破国外技术垄断,提升国产高压直流输电装备的核心竞争力;推动国产高端电力电缆技术开发,增强我国高压直流关键技术整体自主创新能力;为我国清洁能源应用、地区及洲际电网互联和国家能源安全提供有力保障。

  以友好互动开启电力供需新纪元

  ——“城区用户与电网供需友好互动系统”项目简介

  日前,国网江苏省电力公司牵头申报的2016年度重点研发计划项目“城区用户与电网供需友好互动系统”成功获批立项。该项目是对电改9号文的一次深度解读和实践探索,项目将结合互联网技术,推动电力供需关系从“网随荷动”向“网荷互动”转变,提高电力供给侧体系质量和效率,引领售电侧市场化改革的发展方向。

  顺应能源发展形势,促成源荷友好互动

  从能源供需形势看,我国主要城市群夏季空调负荷已超过最高负荷的1/3,电网峰谷差不断拉大。若继续建设电厂和电网设施来满足短时的高峰负荷需求,将造成社会资源的极大浪费;而传统的有序用电手段,也将极大干扰工商业用户的正常生产。实现城区用户与电网友好互动,短时降低非生产性负荷,可以更好地满足电能供应和需求平衡。

  从能源利用效率看,我国单位GDP能耗远高于发达国家水平,导致能源总量需求不断增高,而终端用户用能方式的不合理是重要原因之一。实现城区用户与电网友好互动,引导用户主动改变用能习惯,可以更好地控制能源需求总量。

  掌握项目核心技术,创新友好互动手段

  项目从模型与机制、设备与系统、工程示范等三个角度开展技术攻关。

  互动模型与机制设计研究市场竞争机制下用户用电和行为特征,设计面向需求侧主动响应的市场机制框架,建立特殊情况下的电力需求侧应急响应协调机制。

  互动设备与系统开发研究支持用户与电网双向互动的核心设备,开发基于互联网的家庭能效管理系统,研制电力供需互动服务平台及互动终端。

  互动工程示范验证研究示范建设方案,探索系统及设备测试方法,提出示范工程相关评价指标,形成用户与电网供需友好互动示范工程推广运营模式和建设指导意见。

  推进示范工程建设,凸显友好互动成效

  项目将在苏州与常州选择两个常住人口超过30万的城市区域开展示范验证,预计实现示范互动家庭用户综合能耗降低5.5%以上,示范区负荷峰谷差降低5.8%以上。

  项目成果具有巨大的推广价值。2014年全国城区用户家庭综合能耗约为3亿吨标准煤,综合能耗降低5.5%将产生经济效益近百亿元。以峰谷差每降低100万千瓦减少调频电源及输配电网配套投资85亿元估算,降低负荷峰谷差5.8%将在全国范围内产生千亿元以上的经济效益。

  新一轮电力体制改革已经拉开帷幕,电网企业只有不断适应电力用户新需求、新变化,才能更好地实现转型。本项目顺应互联网技术和电改发展潮流,成果将极大地提升用户与电网供需友好互动水平,产生显著的经济和社会效益。

  打造智能电网典范践行低碳冬奥

  ——“支撑低碳冬奥的智能电网综合示范工程”项目简介

  近年来,以可再生能源为支点的能源转型已成为我国能源发展的新趋势,国家战略明确提出大力发展可再生能源的发展目标。2015年张家口被确认为我国首个国家级可再生能源示范区,2022年绿色低碳冬奥会对可再生能源的开发利用提出了更高要求。

  在此背景下,国家科技部在2016年重点研发计划“智能电网技术与装备”专项中专门设置了“支撑低碳冬奥的智能电网综合示范工程”项目,以张家口可再生能源示范区建设和筹备低碳冬奥会为契机,着力打造覆盖智能电网全环节的综合示范工程,探索解决大规模可再生能源“并得上”和“送得出”难题,以及在可再生能源全额供电的前提下奥运专区的连续高可靠供电和低碳交通难题。

  为此,项目在综合集成我国智能电网研究成果的基础上,分别从发、输、配、用、调等环节设置5项研究课题,拟重点突破:大容量储能系统应用相关技术、大型可再生能源基地多种能源汇集外送的柔性直流和交直流混联送出技术;可再生能源高精度功率预测技术、多能源互补协调调度与控制技术;多能互补的分布式能源与微网系统及其相关技术、交直流混合配电网技术;与可再生能源发电融合的电动汽车充电设施网络关键技术。

  项目于2016年8月获批,执行周期4年半,由国网冀北电力牵头,国网北京市电力,清华大学、华北电力大学等8家高校,国网经研院、中国电科院、联研院3家电力科研机构,国电南瑞、许继集团、北京四方3家电力设备制造企业共同组成“产—学—研”结合的高水平研究团队。

  项目的实施有助于构建支撑大规模可再生能源接入和送出的新型电网形态,探索重大活动由100%可再生能源支撑的高可靠供电模式,攻克融合可再生能源的新型充电技术,实现电动汽车充电设施网络覆盖半径达到0.9公里以内。

  项目将促进大规模可再生能源的开发利用,减少弃风、弃光,根据测算,应用项目成果后的年弃风/弃光率较应用前可降低3%,等效每年多消纳新能源电量2.4亿度。项目通过解决张家口千万千瓦级可再生能源送出难题,达到显著的节能减排目的,预计2020年张家口新能源高效消纳可节煤16.2万吨,等效减少二氧化碳排放59.4万吨。

  项目通过示范最先进的电力生产、传输、转换、使用和运行控制技术,践行“绿色奥运、低碳奥运”理念,充分展示我国智能电网领域的创新成就,为世界可再生能源的高效利用和绿色用电提供可复制的成功经验,引领世界能源技术创新发展方向。

本文转载自:国家电网报
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