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攻关直流供电技术探索未来用电新模式

详细介绍

  江苏电科院中低压直流配用电技术试验平台将风电、光伏发电、储能等分布式能源接入电网,把交流供电模式转化为直流供电模式,为江苏电科院园区提供源源不断的电能。

  7月28日,江苏省电力科学研究院牵头的国家重点研发计划项目“中低压直流配用电系统关键技术及应用”通过工信部专家组中期现场检查。

  作为该项目前瞻性示范工程——江苏电科院中低压直流配用电技术试验平台将风电、光伏发电、储能等分布式能源接入电网,把交流供电模式转化为直流供电模式,为园区提供源源不断的电能。此外,集办公、研发、库房、数据中心、充电停车场为一体的高效节能智慧园区,勾勒出未来用电的新变化。

  近年来,随着超导、绝缘新材料及计算机、电力电子等技术的迅猛发展,大规模利用清洁、低碳、安全、高效的清洁可再生能源已成为全球能源发展的重要方向,其中广泛的分布式可再生能源发电将成为全球能源供应链中不可或缺的部分。

  然而,分布式可再生能源,如太阳能发电、燃料电池等产生的电能均为直流电。日常生活中多应用交流配电系统,但实际上,如计算机、LED灯等大多数家用电器内部均使用直流电或含有直流环节,接入交流配网需经过多次能量变换,会降低效率;若采用直流配网互联,则可省去多个能量变换环节,提高能效。

  为此,国网江苏电力于2018年立项国家重点研发计划“中低压直流配用电系统关键技术及应用”,探索直流供用电模式,推动电网向能源互联互通、共享互济方向发展。

  作为国网江苏电力的能源技术智库,江苏电科院发挥行业技术优势,组建了中低压直流配用电技术攻关团队,重点攻关中低压直流变压器等关键技术,有力支撑直流配网生态构建及城市能源互联网建设实践。

  “交直流混合配电网的可控性、灵活性等都与传统电网存在很大差异,要实现直流配用电的推广,就必须要深挖直流配用电系统的特点,从规划与设计、调度与控制、安全运行与保护控制以及关键设备研制4个方面入手攻克难题。”江苏电科院总工程师袁宇波说。

  从2018年开始,国网江苏电力中低压直流配用电技术攻关团队深挖直流供电领域,重点攻关中低压直流变压器关键技术,以核心装备为载体,以规划设计、分层控制、保护策略为技术保障,以应用示范为现场验证,对中低压直流关键技术难题开展攻关和研究。

  历经3年,团队完成了直流变压器、模块化多电平换流器等关键装备的核心技术攻关,使电力电子变流器具备高效运行、不同运行策略在线灵活无缝切换的能力。团队研制的直流变压器效率达到98.53%,效率指标达到国际领先水平,实现了不同电压等级直流电网的柔性互联;三端口直流用电适配器最高效率98.14%,能够识别不同额定电压和功率的负载,实现了低压家电的即插即用,功率密度与效率在国内外领先。

  目前“中低压直流配用电系统关键技术及应用”项目按计划已执行过半,累计获得专利认证80余项、制定标准10余项,发表论文80余篇、相关专题报告150余篇,形成了一套全面的中低压直流配用电知识产权体系。后续,项目攻关团队将持续推进两项电气和电子工程师协会(IEEE)国际标准编制,筛选出具有国际标准潜质的技术成果,推动科研成果“走出去”。

  7月24日,真伪双极灵活可切换运行的中低压直流配网工程——江苏电科院中低压直流配用电技术试验平台带电试运行。

  “该平台投运后,将把江苏电科院打造成集办公、研发、库房、数据中心及充电停车场为一体的高效节能智慧园区。”国网江苏电力设备部副主任王树刚说,“依托该项目,我们还将在苏州吴江建设示范工程,打通直流用能链条的‘最后一公里’。这将加速直流配用电设备上下游产业孵化,促进供电公司转型升级,对打开效益增长空间具有重要意义。”

  作为国家重点研发计划项目的前瞻性示范工程,江苏电科院中低压直流配用电技术试验平台于2019年年底正式启动,由控保舱、模块化多电平换流器舱等13个预制舱组成,提出了真伪双极可切换的直流供电方案。该供电方案可实现多种运行方式、多种电压等级、多种网络拓扑的灵活切换,具备将各类中低压关键设备灵活接入和挂网检测的条件。

  此外,依托“中低压直流配用电系统关键技术及应用”项目,江苏电科院研发了多类直流家电设备,涵盖大部分生活和办公场景需求,为直流生态企业提供了可实施的技术方案。直流家居屋内部配置了电视、冰箱、空调等家用电器,采用全直流供电方式,有效减少交直流变换环节,相较于交流供电方式可提高2%的使用能效。同时,厨房采用新型的无线直流供能方式,电饭煲、榨汁机、电水壶等厨房电器都省去了插拔插头的操作。安全、高效和智慧融入直流用电体系中,打造了基于无线供电的未来家居生活方式。

  “后续,我们将大力推进直流源荷并网,新建屋顶光伏、分布式储能系统,充分挖掘江苏电科院园区办公楼、数据机房、库房等潜在直流负荷需求,以高效节能、绿色环保、智能交互为目标,实现绿色能源的本地消纳,打造交直流配网领域‘灵活开放的试验平台、前瞻高效的示范工程、智能互动的展示窗口’。”该工程负责人杨景刚说。

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