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第246场中国工程科技论坛——全球能源互联网关键技术与发展展望

第246场中国工程科技论坛——全球能源互联网关键技术与发展展望

  • 召开年：2017
  • 召开地：北京
  • 出版时间： 2017-04-18

主办单位：中国工程院

会议文集：第246场中国工程科技论坛——全球能源互联网关键技术与发展展望论文集

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  • 摘要：介绍了无线技术、软件定义、大数据以及区块链在能源互联网市场中的应用，指出一个灵活、开放、智能、安全的能源互联网的场景已经能够浮现在人们眼前，有了信息网络技术的助力，如无线技术的使用、软件定义网络思想的借鉴、大数据人工智能的引入、区块链安全技术的保障，必定会加快构建“网架坚强、广泛互联、高度智能、开放互动”的新型能源网络。
  • 摘要：电力系统电力电子技术是使用功率半导体器件对电能进行变换和控制的技术，通过提高电压等级、变换电能形式等方式实现远距离大容量、绿色低碳和灵活可控的电能传输。开展先进输电技术研究，即在传统输电技术基础上，发展输电理论，创新输电方式，通过提高电压等级、转换电能形式等手段，实现电能的高效、环保、智能、远距离传输。以电力电子技术为代表的先进输电技术，主要包括超特高压灵活交流输电系统、特高压直流输电技术、柔性直流与直流电网技术三个方面，围绕能源发展的重大技术需求，需要加强灵活交流输电、特高压直流输电、柔性直流输电等领域的共性技术研究和应用，发展直流电网基础理论和关键技术，从而推动输电系统的容量、效率和可靠性提升，支撑全球能源互联网的建设。
  • 摘要：本文详细总结了能源互联网发展的背景意义、总体架构、本质特征、发展现状、关键技术和典型场景。我国能源互联网的发展还处于初级阶段，示范牵引和创新驱动是主要抓手。首先能源互联网示范应该因地制宜，不同地区的资源禀赋、负荷条件、电网现状、价格空间都不一样，直接影响其形成定制化的优化方案。示范可以牵引规划设计的提升、关键技术的攻关以及投资金融的拉动，这样才有可能真正实现能源互联网的落地。示范也可以在能量、信息、业务和价值多个层面上平行发展，能够实现综合示范的毕竟是少数，但能在能源互联网某些方面率先开展，如售电开放、需求侧管理以及多能互补等，实现有特色的试点，也是具有示范意义的。其次能源互联网的创新应该是技术、模式和体制机制多个方面的创新。能源互联网本质特征中很多方面都是我国目前能源基础设施和应用服务中缺乏的，关键技术的创新仅仅是一个方面。能源互联网催生新的商业模式，这是目前产业关注的热点，尤其在我国电力体制改革和售电放开的情况下，围绕用户中心和价值驱动可以衍生出新的商业模式。另外我国能源领域传统的管理体制是垂直的，不同能源系统之间是割裂的，通过推动发展能源互联网，可以促进之间的交流、互补和优化，这些也都可以成为我国供给侧改革的重要方面。
  • 摘要：高比例可再生能源发电并网推动了电力系统装备的电力电子化，导致了由装备动态特性所决定的系统动态稳定机理的重大变革，成为电力电量平衡之外制约可再生能源发展的另一关键瓶颈。与传统电磁化电力系统相比，电力电子化电力系统动态稳定研究面临着多尺度控制下的装备动态特性、多尺度激励下的网络动态特性以及网络上耦合装备间多尺度动态相互作用三个新的基本挑战。以认识和掌握系统动态行为的多尺度特征受装备、网络的多尺度特性及耦合装备间的多尺度相互作用影响的机理和规律性为目标，亟须实现总体研究思路从不基于尺度特征的原型化、数值化的建模和分析向基于尺度特征的模型化、机理化的建模和分析的转变，即从基于信号的实时演化过程和系统的实体关联结构的研究思路向基于信号演化过程的时间尺度特征和系统关联结构的空间尺度特征的研究思路的转变。基本创建了包括基于幅相运动方程的装备建模理论、基于幅相运动方程的网络建模理论、基于自稳性／致稳性的相互作用分析方法以及基于广义稳定器的稳定控制方法四个内涵的多尺度幅相动力学理论。多尺度幅相动力学理论应用于大规模风电并网次同步和超同步振荡问题的认识、分析和解决已取得初步成功。
  • 摘要：本文首先介绍了虚拟同步发电机的概念，其次对虚拟同步发电机的关键技术进行了详细介绍，最后从设备层面对光伏虚拟同步发电机、风机虚拟同步发电机、大容量虚拟同步发电机原理及工程示范应用进行了分析介绍。
  • 摘要：为了直观地反映世界范围内全球能源互联网的发展状况,本节从智能电网、特高压电网、清洁能源等三个方面建立多维度的评估指标体系,对全球和主要区域发展水平进行量化评估,从中国与欧洲清洁能源发展情况的对比分析结果看出，我国在促进发展清洁能源的政策引导、市场机制以及源网荷协调发展等方面均与欧洲存在一定的差距。针对解决清洁能源消纳的机制问题，分别从加快完善和协调相关政策体系、加强规划和运行协调以及逐步完善电力市场三个方面提出相关建议。加快完善和协调相关政策体系，加强规划及运行的协调，逐步完善电力市场。
  • 摘要：电力电子技术是当代智能电网发展的关键技术,而电力电子技术水平极大程度地受制于电力电子器件的水平,如器件的电压、电流、工作频率等.以全控器件IGBT(绝缘栅双极晶体管)为代表的功率半导体器件已经广泛应用于电网的各个环节.IGBT是能源转换与传输的核心器件,是电力电子装置的"CPU".IGBT是由BJT(双极结型晶体管)和MOSFET(金属-氧化物半导体场效应晶体管)组成的复合全控型电压驱动式功率半导体器件,具有电流自关断的特征.IGBT器件以其驱动的简便性，本身的限流特性，以及电压、电流、频率的适应性，将在全球能源互联网中得到更广泛的应用。更大容量的柔性直流输电需要电压、电流与晶闸管相当的IGBT器件。增加功率方式：一是通过更多芯片并联或是功能结构集成增加绝对功率值；二是通过减小损耗、提高最大工作结温、增大安全工作区等增加功率密度。随着IGBT芯片技术不断发展，芯片的最高工作结温与功率密度不断提高，需要与其相适应的模块封装技术。封装材料体系的提升，如开发铜引线、铜芯片金属、高压耐热衬板、焊片等。封装结构的创新和换代，如无焊接、无引线键合的银烧结或是压接式封装，再如无衬板或基板的引线框架封装，或衬板直接设置在散热基板上的Pin-Fin结构。模块内部集成其他功能元件，如温度传感器、电流传感器、驱动电路。总之，围绕芯片固定、电极互连两方面持续改进，提升功率密度、集成度及智能度。
  • 摘要：通过对2030年国家电网东部电网规划方案的仿真计算分析，验证了半波长多落点对于同步电网稳定性的提高作用。主要结论：半波长交流输电理论基础扎实，技术可行，具有一定的经济性；丰富了交流输电的知识内容，有助于深刻认识交流输电的全貌；半波长交流输电的主要技术特征有两个，即电气距离为0、全线无功自平衡；半波长交流输电技术不仅可以用来实现超远距离大容量输电（传统电源及新能源电源都可以输送），还可以发挥交流输电技术的优势，用来同步联网，甚至可以用来改变交流电网的结构，是构建全球能源互联网的有力手段之一，德国电网、哈萨克斯坦电网、俄罗斯电网与我国电网频率均为50Hz；而且德国到俄罗斯中部、俄罗斯中部到哈萨克斯坦、哈萨克斯坦到我国西北部的距离刚好约半波长。应用半波长输电技术将为构建洲际互联的同步大电网提供新的技术手段。
  • 摘要：为有效支撑全球能源互联网构建，需全方位提升电网技术与装备水平，持续提高电工新材料和大功率电力电子器件性能，深入探索大容量新型储能与能源转化等战略前瞻技术，进一步发展特高压直流、柔性直流及直流电网等先进输电技术，加快推进信息通信、人工智能与电网深度融合，构建涵盖材料、器件、装备、系统各层级的基础支撑技术创新体系，不断提升原始创新能力，突破制约全球能源互联网发展的新材料、新器件、新装备、新系统等战略性关键技术，以重大工程带动关键设备突破和应用，电力新技术的重大突破与革新，将有力推动全球能源互联网的建设，从而促进可再生能源的开发与应用，保障全球能源长期稳定供应，实现全人类社会可持续发展。
  • 摘要：本文结合南方电网已投运的南澳多端柔性直流工程、鲁西背靠背直流工程，以及规划建设的乌东德电站送电广东广西输电工程，介绍了南方电网柔性直流输电技术的发展与实践，柔性直流输电技术以其有功无功解耦控制、不依赖电网换相及易于构建直流电网等技术特点，越来越受到人们关注。在应用柔性直流支撑大电网发展方面，南方电网针对海上风电并网、区域电网互联等应用场景开展了深入研究和工程实践，实际运行证明了柔性直流的技术优势。展望未来，特高压大容量柔性直流输电技术可有效解决珠三角等多直流馈入电网的安全运行风险，破解制约“西电东送”可持续发展的技术瓶颈，并且可支撑大规模风、光发电远距离输送，是实现能源互联网的战略性技术，具有广阔的发展前景。
  • 摘要：本文围绕特高压输变电设备状态评估的关键技术，对特高压输变电设备数据的来源和特点进行了介绍；归纳了支撑变压器、气体绝缘全封闭组合电器(GIS)和输电线路三种关键设备状态评估的基础研究与成果；分析和阐述了现有设备状态评估方法和故障诊断模型的特点、应用情况以及存在的不足；分析了大数据分析技术的特点，并介绍了其在输变电设备状态评估中的应用；阐述了特高压输变电设备状态评估工作中存在的问题和发展趋势，为提高特高压关键输变电设备的设计制造及运行维护水平提供思路和有益的参考，促进全球能源互联网的健康快速发展。
  • 摘要：以阴离子交换膜代替质子交换膜，结合传统碱液水电解与PEM水电解的优点，碱性固体阴离子交换膜水电解技术应运而生。催化剂可采用与传统碱液水电解相近的Ni、Co、Fe等非贵金属催化剂，相比PEM水电解采用贵金属Ir、Pt，催化剂成本将大幅降低，且对电解池双极板材料的腐蚀要求也远低于PEM水电解的要求。一旦关键材料获得突破，工业规模放大则可沿用PEM水电解与液碱水电解的成熟技术，以氢为储能载体，可以直接通过燃料电池发电，唯一的副产物是纯水；利用可再生能源发电，又可将纯水电解制氢／氧，进行利用。即使直接燃烧，产物也是水。在此循环中，一次能源来自于可再生能源，循环介质是氢、水，不涉及碳，是零碳循环。随着日益增长的弃水、弃风、弃光消纳需求和峰谷差增大的压力，基于可再生能源发电的“电一氢”转化逐渐被认可。发展以氢为介质的新型储能一用能技术，有望成为未来的能源转型技术。
  • 摘要：先进设备是智能电网的关键，而关键材料的研发生产是先进设备的核心，如取向硅钢、非晶合金带材、铁氧体等，都是装备制造关键设备的根本。随着全球能源互联网建设发展的需要，我国电工软磁材料的应用与发展前景十分广阔，应继续努力提高电工磁性材料的性能、品质以及工业化生产稳定性，同时也伴随着严峻的挑战，必须提高自主创新能力和国家科学技术的整体核心竞争力，实现标准化、智能化、尖端化的现代生产和装备技术。
  • 摘要：柔性直流输电技术采用IGBT等全控型电力电子器件，其系统运行不受接入的交流系统短路容量的限制，可实现分散灵活接人，且受端交流扰动不会经直流系统传导至其他受端，更适合多端接人。本文重点阐述了柔性直流输电系统结构特点，分析其主要关键技术；并以南方电网在运行的南澳多端柔性直流示范工程、鲁西背靠背直流输电工程及在研的多端混合直流输电示范工程为例，介绍了柔性直流输电技术在南方电网多端直流输电工程中的应用及其技术优势，对工程系统条件、运行方式、主接线、换流站设计及控制保护等关键技术进行了详细论述，验证了多端柔性直流输电技术的可行性及有效性；最后，对未来常规直流柔性化改造、高压直流电网等两种多端柔性直流发展方向进行探讨，分析其面临的关键问题，说明了多端柔性直流输电技术对电网发展的重要意义。
  • 摘要：当前，全球能源互联网已经上升为国家战略和世界共识，作为全球能源资源配置平台，其规模更大、技术更复杂。技术装备的研发是全球能源互联网建设的必要保证。为实现全球范围超大容量、超远距离的电力输送，需要研究特高压直流技术装备。为实现清洁能源的高效并网消纳，需要研究柔性直流技术装备。随着未来全球能源互联网建设的不断深入，更高电压/容量等级、更远输电距离、更紧凑布局且能耐受极端环境的直流输电工程有待开展，相适应的输电设备需要进一步研制与开发，舟山断路器是世界上首个实现了工程化应用的高压直流断路器。它采用±200kV级联全桥混合式直流断路器，弥补了固态直流断路器高损耗的缺陷，克服了机械断路器开关速度限制的难题，实现电气与机械结构的模块化设计。随着这一新装备于2016年12月正式投入使用，舟山柔性直流输电工程不仅实现了故障后健全直流子系统稳定运行和网络重构，降低故障电流对电网的冲击，保障系统设备安全，而且实现了换流站和线路的快速带电投退，并在故障清除后快速启动系统，当前，全球能源互联网已经上升为国家战略和世界共识，是未来电网的发展方向。直流输电技术能够大幅度提升能源配置利用效率，是实现超远距离、超大容量送电、区域能源配置和新能源并网的最佳选择。
  • 摘要：全球能源互联网作为未来世界能源转型发展的蓝图,体现了可持续发展、构建命运共同体与合作共赢的能源发展和治理理念.一国的资源和实力成为体系中成员的共同财富,个体能源安全在集体能源安全中得以实现并提升.这对传统能源发展观实现了超越,也为应对气候变化、实现联合国2015年后发展议程提供了新的思路.构建全球能源互联网,政治互信是基石,合作机制是推动力,跨国电力互联和电力贸易是物理和经济意义上的实现.这对于当前的能源治理机制和政策提出了新的要求，开放、规范、透明的政策框架对于消除跨国电力贸易的壁垒和障碍至关重要。跨国电力市场和电力贸易以电力市场融合为基础，需完善短期、中期、长期电力市场的藕合机制，以及电力安全政策法规、期货金融市场、容量市场、辅助服务市场等支撑，跨国电网互联和电力贸易是未来全球可再生能源大规模发展和利用的重要趋势，也为各国能源企业和国际资本带来更多投资机会，为国际能源合作与金融产业创新发展提供广阔空间。随着跨国电网互联规模扩大、贸易程度加深，也将推动世界各国消除壁垒、深化交融、实现共同发展。

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