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智能电网的去路

2013-04-23 16:03
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  “未来的电网将更加可靠、对环境更加友好,更加有效、更加灵活和更加经济。”在第三届中国电力发展和技术创新院士论坛上,中国工程院院士郑健超向人们描述了未来电网的形态。他说,未来电网应该更加可靠,能够抵御各种自然灾害,防止人因失误的能力更强;它对环境更加友好,线路、变电站变得更紧凑,以大幅度降低占地需求,把电磁环境影响降低到公众可接受的程度;它将更加有效,即电力传输和转换效率、电网资源利用效率都将进一步提升;它将更加灵活,可让更多的可再生能源发电电源接入电网,可适应各种运行方式和用户多样化的需求;它将更加经济,造价低、经济上有竞争力。

  新型设备研发的方向取决于电网发展的趋势和需求。郑健超认为,随着特高压和智能电网加速建设,新一代电网的发展对电网设备的创新提出了重大需求,而新材料、新技术、新工艺、新器件的出现,为实现输配电设备的变革提供了技术机遇。

  新一代电网设备与传统设备相比,技术性能有显着提升。“其工程应用将对电网的未来产生革命性的影响。”郑健超的介绍引起了人们极大的兴趣。

  可以装进手提箱的变压器

  变压器,是人们较为熟悉、能经常接触到的电网设备。目前,传统变压器靠机械的分级开关调压,不能连续快速调节电压,无法满足智能变电站的要求。由于结构和尺寸限制,传统变压器也无法安装在封闭电器之内。

  郑健超向大家展示了近年来的研究热点——固态变压器,又称智能万用变压器。它传输的功率密度比传统变压器大2个数量级,重量和尺寸却相应降低了2个数量级。郑院士对此作了一个形象的比喻,即可以实现“把笨重的传统配电变压器变成小巧的固态变压器装进手提箱”的目标。这为建设高度紧凑化、全封闭、电磁环境影响小的智能变电站创造了条件。

  除变压功能外,固态变压器还具有连续快速调压、变频、动态无功补偿、电能质量控制等功能,把原来多种设备的功能融合为一体。“这是未来智能电网最基础的设备。现在,大家对用交流还是直流有争议,如果以后采用了这样的设备,则由控制系统说了算,既可同步又可异步,这个问题就迎刃而解了。”郑院士指出,固态变压器将首先在配电网应用,包括高层楼宇供电、电力机车供电、电动车快速充电、风电光伏发电等间歇式电源直接接入最终用户等。这种设备以后还有可能进入输电网使用,将对同步/异步联网、系统稳定控制、大型风电站接入、动态无功控制产生重要影响。

  未来输电线路导体新选择

  从地球到月球架设一条“天梯”?这是郑健超在演讲中举的一个例子。未来输配电线路的研究目标之一,是采用超导材料或其他高电导率材料,降低输配电线路的能源损耗。碳纳米管导线就是其中一种材料。

  碳纳米管导线的抗拉强度比超高强度的钢材还高2个数量级,由碳纳米管组成的碳纤维理论强度为钢的100倍。直径1毫米的碳纤维足以承受20多吨的总重量。郑健超说,如果想从地球到月球架设一条“天梯”,即使用强度最高的钢材,其自重也会把导线拉断,而碳纳米管导线则可以胜任。此外,碳纳米管电导率可以做得比铜的电导率更高,而重量只是电阻相同的铜导线的1/6。因此,碳纳米管导线是未来输电线路导体的一种极好选择。在先进电池、储能设备的电极材料和各种电力、电子器件的接触材料等方面会有重大应用前景。

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