“注塑機(jī)改造成直流變頻驅(qū)動后，廠房每月能節(jié)省3萬多度電。改成直流供電對我們工廠效益提升的作用很明顯?，F(xiàn)在我們把廠區(qū)的照明和空調(diào)也改成直流供電了?！?月27日，江蘇吳江中低壓直流配用電系統(tǒng)示范工程正式投運(yùn)，泓盛塑膠工廠經(jīng)理蔡鳳琴向前來參觀調(diào)研的同行介紹道。
吳江中低壓直流配用電系統(tǒng)示范工程依托國網(wǎng)江蘇省電力有限公司牽頭的國家重點(diǎn)研發(fā)計劃項目《中低壓直流配用電系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)及應(yīng)用》，是多電壓等級、多應(yīng)用場景的區(qū)域性直流配用電系統(tǒng)示范工程，服務(wù)市政、工商、民用、數(shù)據(jù)中心等多種場景，直流負(fù)荷達(dá)1.051萬千瓦，同時接入6210千瓦分布式光伏，并為同里湖嘉苑小區(qū)150戶居民提供安全穩(wěn)定的直流電能。
直流配用電系統(tǒng)
提升能源轉(zhuǎn)化效率
眾所周知，220伏交流電是日常生活中常用的供電方式，但實(shí)際上，變頻空調(diào)、節(jié)能冰箱、電腦、LED燈等大多數(shù)家用電器內(nèi)部均使用直流電或含有直流環(huán)節(jié)。交流電接入電器后先被轉(zhuǎn)換為直流電，多次能量變換后，就會產(chǎn)生部分電能損耗。
近年來，能源清潔低碳轉(zhuǎn)型加速，風(fēng)電、光伏發(fā)電等具有直流特性的新能源大量并網(wǎng)，以新能源汽車、數(shù)據(jù)中心為代表的直流負(fù)荷快速增長，使得電源和負(fù)荷的直流化特征日趨明顯。直流電源、負(fù)荷通過整流逆變環(huán)節(jié)變?yōu)榻涣麟娔芙尤虢涣麟娋W(wǎng)，存在能源轉(zhuǎn)化效率不高、源荷匹配靈活性差等問題。而構(gòu)建高效、靈活、可靠的直流配用電系統(tǒng)，是解決這些問題的一種嘗試。
“為了打通電網(wǎng)側(cè)與用戶側(cè)的通道，國網(wǎng)江蘇電力聯(lián)合華北電力大學(xué)、西安交通大學(xué)、中國電科院等18家單位，攻克系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計、關(guān)鍵裝備研制、運(yùn)行控制技術(shù)、系統(tǒng)保護(hù)技術(shù)等16項關(guān)鍵技術(shù)難題，研制出27項關(guān)鍵設(shè)備?！苯K電科院總工程師袁宇波介紹，示范工程共建設(shè)九里、龐東兩個中心站，采用多站合一的建設(shè)方式，集換流站、開關(guān)站、配電房功能于一身。工程將傳輸電能轉(zhuǎn)換為±375伏直流電，為市政、工商、民用等多種應(yīng)用場景供電，同時與兩端10千伏交流系統(tǒng)靈活互聯(lián)，構(gòu)建了戶外直流配電環(huán)境。
攻克多項技術(shù)難題
構(gòu)建直流用電環(huán)境
“屋頂有光伏板，車庫有電池箱，臥室和客廳都裝上了智能插座。手機(jī)、臺燈直接插上就行，不用換適配器。我家每月的電費(fèi)變少了，甚至還能發(fā)電賺錢。”談起入住吳江工程示范小區(qū)同里湖嘉苑一個月來的用電體驗(yàn)，田濟(jì)源感到很滿意。為了構(gòu)建這樣舒適便捷的直流用電家居環(huán)境，國網(wǎng)江蘇電力研發(fā)團(tuán)隊攻克了多項技術(shù)難題。
首先是如何實(shí)現(xiàn)直流電能的靈活可控及用能優(yōu)化。研發(fā)團(tuán)隊研發(fā)了戶用電能路由器。它將光伏發(fā)電和儲能等直流電同現(xiàn)有的入戶交流電以及用電設(shè)備等連接為一個整體，所有設(shè)備都接受電能路由器調(diào)度。電能路由器可根據(jù)實(shí)時電價信息調(diào)整用電負(fù)荷，高效管理光伏發(fā)電和儲能，將多余的光伏電量存儲起來供夜間使用。其次是解決安全使用和靈活變壓的問題，研發(fā)團(tuán)隊攻克了適用于家用電器的低成本無弧開斷技術(shù)和設(shè)備側(cè)非侵入式電壓適配技術(shù)，解決了直流家電設(shè)備插頭拉弧和不同電壓等級設(shè)備的自適應(yīng)供電問題。
戶內(nèi)直流配電環(huán)境的問題解決了，接著便是直流家電的研制與應(yīng)用。國網(wǎng)江蘇電力研發(fā)團(tuán)隊提出了整流類、阻感類、旋轉(zhuǎn)類及高變壓比類4大電器設(shè)備品類直流化改造方法，并聯(lián)合海爾集團(tuán)推出直流空調(diào)、直流冰箱等全系列直流家電。2020年11月，國網(wǎng)江蘇電力還聯(lián)合海爾集團(tuán)牽頭申報了直流家電領(lǐng)域國際標(biāo)準(zhǔn)——IEEE P2876《無線直流家電導(dǎo)則》。
“據(jù)測算，采用直流供電可以讓一個四口之家每年節(jié)電近400千瓦時，如果家中接入光伏發(fā)電，平均可再節(jié)省電費(fèi)近30%，二氧化碳排放量可減少40%以上?！碧K州供電公司運(yùn)維檢修部副主任楊晨說。
靈活消納新能源
服務(wù)實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)
“光伏發(fā)電本身就是發(fā)直流電，原來需要逆變成交流電并網(wǎng)，這個損耗我們自己承擔(dān)?，F(xiàn)在直接直流組網(wǎng)就地消納，平均損耗減少了將近3%。這樣我們運(yùn)營的3個屋頂光伏電站一年就能多發(fā)30多萬度電?！?月20日，光伏電站運(yùn)營商翟建建說起項目團(tuán)隊為他提供的技術(shù)改造方案，計算了電站的盈利情況。
據(jù)統(tǒng)計，目前江蘇電網(wǎng)新能源裝機(jī)容量為3217.7萬千瓦，占全省總裝機(jī)容量的22.7%。根據(jù)國網(wǎng)江蘇電力“十四五”規(guī)劃，2025年年底江蘇風(fēng)電總裝機(jī)預(yù)計達(dá)5200萬千瓦，光伏發(fā)電總裝機(jī)達(dá)3800萬千瓦，共占全省總裝機(jī)容量的近50%。6月20日，國家能源局印發(fā)《關(guān)于報送整縣（市、區(qū)）屋頂分布式光伏開發(fā)試點(diǎn)方案的通知》，推動分布式光伏實(shí)現(xiàn)“宜建盡建”“宜接盡接”。直流配用電技術(shù)也可為實(shí)現(xiàn)整縣光伏高效靈活消納提供一種解決方案。
“項目成果可用于‘雙碳’背景下大規(guī)模分布式屋頂光伏、新能源汽車充電設(shè)施及分布式儲能接入場景?！苯K電科院配網(wǎng)中心副主任史明明說。
緊接著他算了一筆經(jīng)濟(jì)賬：2025年年底，江蘇光伏發(fā)電總裝機(jī)容量預(yù)計達(dá)3800萬千瓦，若采用直流組網(wǎng)就地消納的方式，可提升光伏系統(tǒng)運(yùn)行效率2%以上，按照1500小時的年利用小時數(shù)計算，全年可增發(fā)綠電11.4億千瓦時，減少碳排放約98萬噸。
自項目申報以來，國網(wǎng)江蘇電力先后舉辦首屆中低壓直流配用電技術(shù)論壇，建成中低壓直流配用電技術(shù)試驗(yàn)平臺，成立國內(nèi)首個直流配用電技術(shù)聯(lián)盟，匯聚各方力量，推動上下游產(chǎn)業(yè)鏈合作，搭建“產(chǎn)、學(xué)、研、用”一體化平臺，共同探索推動直流配用電系統(tǒng)發(fā)展。（攝影：劉通 孫婷）
評論