除了这些小功率的直流输电,对于那些大型的水电项目还需要另一种长距离大功率的直流输电模式,即正负800的直流特高压传输。2012年12月,锦屏到苏南的直流特高压线路开通,每天1亿千瓦时的清洁水电从四川源源送抵2059公里外的苏州吴江,这已经是继云广、向上之后的第三条正式送电的直流特高压输电线路。
直流特高压的拉动最明显不过了。“现在已经建成的这几条只是小份额,根据规划,还有20条直流线路待建设,这是多大的市场?从需求讲,后期要投运的量比已经建设的要多得多。”刘东升说。
对于特高压直流的需求,白建华认为,从能源基地出来的大量电力,除了三华周边用些交流外,几乎都要用直流,包括新疆、广东,以及国外电力的传输也要用直流,这将是很大的需求。在欧洲,超级电网的话题已经讨论多年,它可以将来自斯堪的那维亚堤坝水电站、德国风力发电场,以及西班牙甚至北非的大型太阳能发电场实现电力集中。美国也在规划2030年的直流骨干网,包括美国电力科学院也提出很多直流电网方面的构想,而且启动了直流电网的建设步伐,用直流电网把海上风电厂有机结合起来,再接入现有的电网。
“随着可再生能源的比重不断增加,将来直流电网的比重也会成正比例越来越大,最后就逐步演变成一个新兴的电网模式。”中国科学院电工研究所所长肖立业推测道。
除了新能源的巨大拉动力,高科技发展对直流电的需求也不容小觑。比如,管理互联网和通信网络的数据中心就是个很好的例子。当前,大型计算机站消耗的电力占全球耗电量的1.3%,以后还会更多。现在的模式是要把交流电进行转换。为了节能,一些公司自发地安装大型中央变压器,向服务器站传输380伏的直流电,以代替传统的在每台计算机上都装上变压器的模式。试想一下,如此麻烦的程序,能否直接建成一座直流数据中心?答案是可行的,日本电信巨头NTT就在位于东京西南的厚木市建成了一座使用直流电的数据中心。
其实,现在越来越多的电子产品都在依靠直流电运行,例如电脑、手机以及LED灯等等。目前,这些电子产品和电器均使用自带整流器,将交流电转换为直流电。
那么,这些高科技企业为何要把交流电转化为直流电?这就涉及到了另一大类的需求——节能。如果利用更大型的整流器在电力进入每座建筑物之前对其进行转换,这将是一个更为高效的解决方案。ABB集团预计,在建筑楼宇中使用直流电而非交流电可节省成本约10%至20%。
英特尔[微博]估计,在美国的直流中型数据中心每年可以节约的电能价值达120万美元。而东京的NTT公司也公开表示,直流电数据中心能够比传统的交流电配置节约15%的能耗。
为了更为直观的表述,法克把交流和直流做了这样的对比:“传统的交流供电系统,从配电到用电设备需要经过三次的交流电和直流电的转换,即使每次转换效率都能达到90%,三次转换后电能的利用率也只有73%。如果导入直流供电的供电系统,从配电到用电设备仅仅需要经过一次交流-直流的转换,电能的利用率会达到90%以上。”
随着直流电的需求继续升温,一些新的标准也应用而生,在美国,一家位于加州桑雷蒙的“崛起联盟”企业联合体大力支持商用建筑中的直流输电,该联盟已经制定出了24伏天花板直流电路的标准,并且称使用直流线路的LED顶灯,能比通过固定设备进行交流-直流转换最多节能15%。
直流电“新技术反击”
追溯历史,不难发现,直流电和交流电的交替大战更换看似人为,实则是新技术的不断推动。电力发明之初,直流输电就是权威的代表,后来由于不能直接给直流电升压,三相交流发电机和变压器被相继发明,自然,交流输电就开始逐步取代直流输电。当前,直流输电的反击依然是依靠技术的更新。
“直流在一百多年前败给交流就是由于当时的技术条件所限,一是远程传输技术难点,二是当时半导体技术并未像目前一样发展,三是直流的灭弧问题没办法解决。”法克说道。
其实,这种更替就类似于辩论,关键是要找准对方的死穴。交流电主导了上百年,问题自然也会暴露出来。比如,当前新能源的大批量接入,能源结构的调整,造成电力系统的规模迅速扩大,使得交流大电网的安全稳定性问题日益突出。而这恰恰是直流输电的优势。
刘东升认为,直流输电技术革新应该从高压直流和轻型直流两部分同时进行,“水电基地和火电基地的大规模外送属于特高压直流输电范畴,而刚刚兴起的新能源短距离、小功率输送则为轻型直流输电,有不同的技术路径”。
准确地说应该是,自直流特高压的相关技术被攻克后,直流输电才有了更大的空间。“原本高端产品均由国外公司承揽,国内企业只做低端产品,后来,随着国内这几条直流线路的建成,国内企业也成熟起来,实现了自主研发。”按照刘东升的介绍,这样就降低了高端产品的生产成本,对于大规模的发展直流输电奠定了技术基础。
天威保变刚刚中标了哈密至郑州的特高压直流输电项目,但中标的只是低端产品,在高端产品的投标中失败了。连续中标三条正负800直流的高端产品后,这一次缘何没了份额?“产能!”刘东升重重地抛出了两个字。
当前,特高压直流输电中的高端产品只有ABB这些跨国公司和国内几家技术领先的企业可以承接,天威保变就是其中之一,当合同越签越多的时候,天威保变突然发现,生产线不够了。刚交付的锦苏直流输电项目国网又提前了工期,天威保变没有足够的生产线造成了交付的延误,“我们现在正在加速扩充设备、生产线和厂房,以快速补充产能”。
仅仅有了这些促进发展的新技术还不够,直流电的反攻重点还在于交流电的弊端,即安全稳定性,哪怕是一点点的进展都令业界振奋。ABB最新研制的直流断路器可以在5毫秒内切断相当于整个核电站输出功率的巨大能量流动。该断路器最突出的特点是可以用来几乎瞬间改变功率在直流电网中的流动,以绕开出现的问题,从而允许电网保持运行。“如果任何地方出现问题,所有电力都要切断,这款断路器可以切除故障线路并保持其余部分正常运行。”ABB首席技术官克莱斯·瑞图夫(ClaesRytoft)说。
而这点恰恰是当初直流电失败的关键技术之一,这种一百多年来一直困扰技术人员的设备可以接入高压直流输电线路以形成柔性电网。“下一步就是利用直流技术创建‘电网’,有效地平衡电力供需并确保其电力可靠性。”ABB集团对外传播部负责人托马斯·施密特表示。








