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六合一!这个直流示范工程不一般

当文明的指针滑过19世纪80年代,蓬勃兴起的第二次工业革命,带领人类加速进入电气时代,一场交流电与直流电的世纪之争开始上演。这场世纪之战,特斯拉笑到了最后,交流电被市场认可,随后取代了爱迪生倡导的直流电,成为了世界的供电主流。

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交直流之争

 

100多年后的今天,随着电力电子技术的飞速发展,直流电的技术瓶颈被突破,尽管直流在变化、控制方面都比交流更为复杂,但因其在发电、配电、储能等方面的优势,再次进入公众视野。


在用户侧,近年来用电负荷结构发生重大变化,大量直流用电负荷不断涌现。家用电器、通信设备、计算机、电动车等,几乎涵盖了生活的方方面面。而当前的应用方式是通过整流电源模块将交流电变换成直流电供给这类负荷使用。

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光伏发电在交直流电网中效率差异明显

 

在电源侧,自推动构建以新能源为主体的新型电力系统以来,能源电力系统清洁低碳转型驶入“快车道”。新能源成为热词,与此对应的风电、光伏等新能源发电技术将逐渐成为电力系统的“主角”。但大规模新增的分布式电源接入交流电网需要经过电压、频率、相位同步,或引发配电系统振荡,同时其“天生”的随机性和不确定性,对电力系统电压偏移、频率波动、高次谐波污染等问题也带来新的挑战。倘若这些分布式电源能直接接入直流配电网,则可以省略此前并入交流电网的逆变环节,不仅减少成本,还降低损耗。


电网两端直流元素不断丰富。近日,国网杭州市萧山区供电公司投运的全省首个多站合一直流配网示范工程——220千伏世纪变电站,率先实现全省首个低压四端口环形直流供电网架和全省首个±375伏真双极低压直流不接地配电系统“两个第一”,为浙江提升新能源消纳、构建新能源为主体的新型电力系统提供了一次生动实践。

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220千伏世纪变直流配电房

 

220千伏世纪变直流多站合一工程位于亚运村西北侧,远远望去,这座低矮的建筑显得和其他变电站不同——站内整齐排布着一个个直流充电桩,屋顶成排的光伏板在阳光下熠熠生辉。

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220千伏世纪变直流充电桩

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220千伏世纪变屋顶光伏

 

作为亚运期间向世界展示的前沿窗口,220千伏世纪变不止是一座变电站,还包括充电站、数据中心站、直流配电站、光伏站、储能站。五大直流低压源网荷储场景于此被折叠成一体,实现“六站合一”。

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220千伏世纪变实现“六站合一”


这种模式,究竟带来了什么好处?

 

以普通光伏发电为例,它发出的电是18伏或34伏的直流电。这些电能存入储能装置后,串并联后聚成更强电流、更高电压,紧接着通过逆变转换成220伏或380伏交流电,最后再通过整流供直流负荷使用。整个过程,相当于多了“两道坎”,导致电力系统整体能效降低,电能质量也受到影响。

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“六站合一”模式的具体分工

 

220千伏世纪变直流多站合一工程中的光伏站发电则“别具一格”。因为无需再并入交流电网,光伏站收集的直流电,经过储能站直接供给到充电站、直流配电站等,实现了新能源的“即插即用”,不仅降低能源损耗,还充分提升了能源转换效率。

 

数据中心站也享受到这一直流“红利”,据美国伯克利国家实验室(LBNL)在小型数据中心搭建直流供电系统后研究数据表明,与交流供电相比,直流情况下数据中心能提高7%传输效率,节约6%硬件成本,节省33%空间。

 

最接地气的,当属站内的直流家居室。通过一键开启智能直流开关和低压直流插排,直流电扇、直流空气净化器、直流加湿器开始工作,分体壁挂空调、智能电饭煲、洗衣机则经375伏直流驱动高效运行,屋顶太阳能光伏板储存的电能为全直流的家电智能模式“蓄满电”,实现清洁能源的就地消纳。