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繪就祖國智能電網藍圖
時間:2014-12-11 中國電力電工網
中國電力電工網訊:2006年,西安交大作為“先進直流電力技術與裝備協同創新中心”牽頭單位,聯合重慶大學、中國電力科學院、南方電網科學研究院、中國西電集團公司、平高集團有限公司等單位,針對直流電力系統開展關鍵性技術和設備的研究探索,特高壓交直流系列套管等一批重大科研成果不斷涌現并且使之及時融入到國家經濟建設和社會發展洪流當中。2013年,該中心入選“陜西省2011協同創新中心”。
  新型直流電網:靈活、可靠、經濟
  能源緊缺、環境污染是全球“通病”。世界各國當下都在大力開發和利用可再生清潔能源,期望一舉解決能源和環境兩大問題。截至2013年底,中國風電裝機容量已達到9122萬千瓦,為世界第一風電大國,風電也成為繼煤電和水電之后的中國第三大主力電源。然而,無論是大規模風電,還是荒漠太陽能,與傳統的、固定的電廠相比,具有分散性、小型性、遠離負荷中心等特點,能源資源與負荷需求的地域矛盾進一步加劇,電網在能源資源綜合優化配置中的作用變得更為重要。
  我國“西電東輸”“北電南送”的電力流格局在未來相當長的時期內很難改變,西部、北部富余電力的20%將源源不斷地送往中東部負荷中心。目前主要采用的超/特高壓交直流輸電網的技術有待進一步提高,新型高壓直流輸電網相關技術亟待取得重大突破。與交流輸電相比,高壓直流輸電具有傳輸容量大、傳輸距離遠、線路損耗小、可實現非同步互聯、運行穩定性高等優點,在我國進行電能輸送、加強電網互聯、提高電力系統的穩定性和電能優化配置方面具有廣闊的應用前景。我國“十二五規劃綱要”和“國家中長期科學和技術發展規劃綱要(2006-2020)”中將高壓直流輸電系統的建設列為能源工作的重點。
  在舟山群島、南麂島,我國已分別建成五端、三端的多端高壓直流輸電網示范項目。傳統的兩端系統的直流輸電工程僅能實現兩點之間的能量傳輸,當使用直流輸電向多個負荷中心送電或多個交流系統間采用直流互聯時,需要建設多條直流輸電線路,極大增加輸電走廊的投資成本和運行費用。而新型多端高壓直流輸電系統不僅保持了傳統優勢,同時實現了多端供電、多落點受電的功能,靈活、可靠而又經濟。特別是海上風電場等跨海電力傳輸、大規模可再生能源電力有效接入和傳輸、城市和島嶼等“孤島”負荷供電等迫切需要發展電壓源型多端高壓直流輸電技術。
  在輸電骨干網架和區域電網中都存在直流線路的情況下,將二者聯接構建直流電網是大勢所趨。近年來,歐美等發達國家已提出了構建直流電網的想法,如歐洲的“超級智能電網”計劃、美國所提出的2030年電網預想(Grid 2030)。我國電網面臨著遠距離大容量電能輸送和輸電走廊緊缺、大規模可再生能源接納、區域供電品質提升、電力需求響應、復雜大規模電網安全性等問題,先進直流電網是我國未來電網建設的必然趨勢。
  西安交大先進直流電力技術與裝備協同創新中心正是瞄準了新型高壓直流輸電系統和輸電設備的關鍵科學和技術問題展開協同研究。以裝備、系統、安全三個層面的重大科學問題和關鍵技術為突破口,研制高壓直流斷路器、高壓直流套管、高壓直流電纜、DC-DC變換器等關鍵直流裝備以及開發裝備集成、組網技術和系統安全技術,為我國新型高壓直流輸電系統和設備的研制與應用建立理論基礎,支持我國電力能源戰略需求和持續發展。
  協同創新體:持續、穩定、高效
  盧彥輝是平高集團派駐交大的四名青年科研人員之一。2013年底雙方共同建立平高集團—西安交大電力裝備技術研究院。短短三個月后,兩個研發項目成功立項并投入運行。據介紹,研究院運行的項目主要有兩方面,一是應用性較強的前沿技術難題,一是具有潛力的基礎研究課題,研究院每年會不斷立項。
  目前,盧彥輝和同事們分成兩個組,正緊張推進兩個項目,其中一項已完成評審正在繪制圖紙,另一項將于年底評審,進展都非常順利。盧彥輝在交大的辦公室位于電氣學院所在的東一樓,項目組的老師和研究生們也在同一層辦公和開展實驗,有了問題隨時可以交流。而在過去,企業遇到問題先要打電話給項目組老師,電話里解釋不清楚的老師再趕過去,耗時耗力。
  “平高集團—西安交大電力裝備技術研究院”是協同創新機制下的產物之一,今年10月28日西安交大與西電公司又簽約成立了“西電—交大電氣技術研究院”。中心副主任李盛濤教授說,協同創新體把高校、科研院所、企業有機聯系在了一起,研究方向上瞄準國家需求,技術創新上結合生產需求,體制機制上實現優勢互補,徹底改變了過去“點對點”的校企合作模式和“作坊式”的高校科研工作方式,形成了持續的、穩定的、高效的合作機制,有利于匯聚創新要素,產生重大科研成果。
  在先進直流電力技術與裝備協同創新體中,西安交大、重慶大學都擁有國內老牌的電氣工程優勢學科,在國家重點實驗室等科研平臺、創新群體等人才隊伍、電氣工程學科方面擁有特色優勢,并在科研主攻方向上彼此互補。兩所高校在近年來共同研討制定本科生課程計劃、培養方案等工作的基礎上,正在醞釀推動本科生專業課程學分互認工作,讓學生間的交流學習更加通暢。此前,兩校從2011年起與四川省電力公司電力科學研究院研究生工作站建立了穩定的合作關系,共同將全日制工程碩士派進工作站,進行為期半年的實踐和交流。
  中心整合了成員單位現有的6個研究平臺和實驗基地、1000多臺/套近兩億元產值的大型儀器設備等科技創新資源,并制定了共享制度,保證資源得到有效共享。中心設立了高壓直流開斷、高壓直流電力設備絕緣 、直流輸電系統 、直流電力設備全壽命周期管理 、直流電力系統及裝備電磁安全等6個研究部,擁有100余人的關鍵技術開發及工程應用方面的人才隊伍。
  創新成效:成果、人才、機制
  2012年底,西安交大—西電集團特高壓套管科研攻關組自主研制成功的系列特高壓套管順利通過國家能源局組織的專家鑒定,綜合技術性能達到國內領先、國際先進水平。其中,±800kV換流變套管解決了特高壓直流套管制約我國直流輸電發展的瓶頸問題,打破了國外技術壟斷,對中國實現特高壓直流重大裝備國產化具有重要意義;1100kV油-SF6膠浸紙套管是目前國際首支電壓等級最高的干式套管,綜合技術性能達到國際領先水平。
  中心組建伊始便瞄準國家重大需求,開始了自主研發、聯合攻關之路。雙方采取“產、學、研、用”聯合攻關的研發模式,形成了一套完整的產業鏈。2006年,成功研制國內首支百萬伏油紙變壓器套管,產品于2007年6月帶電運行于武漢特高壓試驗基地;2007年成功研制“晉東南—南陽—荊門”特高壓試驗示范工程用1100kV電抗器套管,可完全替代進口,申請國內專利2項,修訂國家標準2項;2010年,西電集團投資近5個億,組建了國內領先、世界一流的高壓套管制造公司,干式套管開始走向產業化。近三年間,校企合作先后研制出具有自主知識產權的±20kV、±90kV、±150kV、±320kV干式直流穿墻套管;±186kV、±200KV、±500kV干式換流變套管;550kV及以下級各類干式變壓器套管;126kV、252kV、363kV干式油-SF6套管、油-油套管等,部分產品已經掛網運行且狀態良好。
  中心培育組建階段取得的科技成果,已陸續在企業中示范應用。結合在研國家科研項目,中心聯合研究團隊在特高壓直流套管、直流電纜、直流轉換開關、高壓DC-DC變換裝置、分頻風電、海上風電、直流裝備外絕緣、直流系統運行與控制等方面取得了一系列創新成果。以西安交大榮命哲教授為首席科學家的“高壓直流短路電流開斷機理及其應用基礎”獲得“973”計劃2015年度項目立項資助。
  與此同時,中心在體制機制創新、人才培養等方面產生了積極的實踐效果,有效推動了我國先進直流電力技術及裝備研究的快速發展與人才培養,有力提升了高校人才、學科、科研三位一體的創新能力,并通過與相關國外企業建立協作關系,形成了國際化的產學研用相結合的協同創新體系。培育組建以來,中心新增國家重大科技計劃項目(973項目)1個,國家能源局重點實驗室1 個,國家創新群體1個,教育部創新團隊1 個,吸引“千人計劃”學者5 人,獲得國家級科技成果4 項。
  西安交通大學先進直流電力技術與裝備協同創新中心主任榮命哲教授談到中心遠期目標和使命時說到:我們將致力于實現我國在先進直流電力技術及裝備領域基礎研究、應用研究對世界電力技術及裝備研發的引領和示范;加速推進我國電力技術及裝備向高端先進直流電力技術及裝備領域的順利轉型,為從“中國制造”向“中國創造”推進的創新型國家戰略做出貢獻。
  榮命哲教授這樣描繪2020至2030年我國電網的發展藍圖:“多端高壓直流輸電網就好比是高速公路,有多個出口,這就改變了傳統的‘點對點’的單向高壓直流電力輸送方式,大大提高了電力輸送的靈活性,并能有效緩解我國輸電走廊緊缺的問題。而區域的智能化直流電網就好比是繞城高速,實現電力需求側響應、分布式能源、儲能與電網的有機融合,實現覆蓋城鄉的能源、電力、信息綜合服務體系。”
(來源:科技日報)
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