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韩国直流配电系统示范项目

日期:2021-03-09    来源:输配电世界

国际电力网

2021
03/09
09:10
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关键词: 氢燃料电池 可再生能源 燃料电池 韩国电力公司

今天大多数电子设备(如变频冰箱和洗衣机)都使用直流电。同时,以光伏发电、氢燃料电池为代表的可再生能源直接发出的也是直流。预计到2030年,美国将保有1870万辆电动汽车(EV),其使用的锂离子电池和我们使用的手机一样也是使用直流。

由于当前的电力系统采用交流输电作为标准,因此太阳能、风能和燃料电池产生的直流电会转换为交流电,然后在用电侧,通过交流/直流变换转换回直流电。据韩国电力公司(KEPCO)估计,即使每个阶段的转换效率都达到90%,在经历了“直/交/直”三个阶段的转换后,最少发生约30%的功率损耗。

项目所在地西巨次岛(Seogeochado)

直流配电系统

2008年,美国劳伦斯·伯克利国家实验室(Lawrence Berkeley National Laboratory)展示了一种直流配电系统——在一个互联网数据中心(IDC)建设了一个直流系统。传统的数据中心是高电力消耗用户,在交直流转换过程中发生很大的功率损耗。新的直流配电与传统的交流配电相比,其耗能减少了28%。在韩国,一个新的、基于直流配电的电信数据中心,通过部署直流配电系统,供电效率也提高了13.2%。

IDC以互联网访问和运营为主要功能,其电力设施、冷却设备和空调系统每天24小时连续运转,大量消耗电力,以确保IDC的稳定性和可靠性。目前,IDC消耗了全球总发电量的3%。

部署直流系统存在若干挑战。当电压低、电流增大时,直流系统的电阻损耗会增加。因此,导体需要被加粗,这不可避免地导致成本增加。另一方面,当电压足够高时,例如几千伏,会发生诸如电弧或绝缘放电的问题。安全和保护是与直流配电相关的两个主要问题。与交流电流相比,开断直流故障电流更难,因为直流电流恒定,不会有过零点。

对于交流系统,每秒钟其电压跨过零点约100次(50Hz),因此电弧会在电流过零点时自动熄灭。但是,由于直流系统将恒定电压保持在额定值,因此电弧会持续存在。为了解决与最佳电压和安全性有关的这些问题,必须对直流配电系统进行现场演示测试并进行标准化,以防止电弧造成设备损坏、火灾或人身伤害。

直流配电示范项目

在全球范围内,日本电报电话公司(NTT)从2007年以来一直在进行直流配电系统的示范项目,以及380 V直流电的校园配网实验。美国电科院(EPRI)则在2009年开发了一种智能的多功能变压器原型,能够提供多种电压的直流电源。在船舶领域,ABB在建造了一个船舶直流配电系统,以将燃油消耗降低10%或更高。尽管人们对直流配电系统非常感兴趣,但多数系统的实施仍停留在示范项目的水平。

岛上的低压直流配电系统

由韩国电力公司KEPCO电力自动化研究院负责的西巨次岛直流配网建设项目是目前世界上最大的直流配电网示范项目。在该系统中,使用了1500 V的直流供电,将直流发电设施(如太阳能、风力发电机、燃料电池和柴油发电机)互连起来以为家庭供电。此外,还为该地区的居民安装了LED路灯以及电动汽车充电站。

用电侧包括电动汽车充电设施和LED路灯

由于太阳能和储能系统(ESS)等直流电源数量不断增加,以及负荷侧LED照明、使用直流电的数字设备和电动汽车的增长,目前已经可以实现通过直流连接来提高能源效率,而无需转换为交流电。实际上,对直流电网的需求的确正在增加。为了带动直流配电系统业务的发展,韩国电力公司建设了一个直流孤岛。尽管在全球范围内这种研究仍处于早期阶段,但直流孤岛的试点已经成功。

减少转化,提高效率

韩国电力自动化研究院的研发涉及基于直流的电源、可再生能源、客户设施和配电线路。同时开发了直流配网的集成操作系统,并将其应用于该岛的电网。西巨次岛原有6.6 kV交流交流系统,目前改造为1500 V dc(±750 V)配电系统,岛上拥有太阳能发电200 kW、风力发电100 kW、电池储能1.5 MWh,以及一个与直流配电线互连的变速柴油发电机(200 kW)。所有这些分布式发电资源通过直流向岛上的居民供电。

低压直流操作系统的人机界面

通过减少可再生能源和家用电器的交直流转换损耗,电能的使用效率提高了10%以上。韩国电力公司在试验中向客户提供了稳定的直流电源。因此,韩国电力自动化研究院正在加快其直流配电系统的标准化速度,以及准备更大规模的现场实验。2020年3月,该研究院与韩国电子技术学院(Korea Electronics Technology Institute)签署了一项谅解备忘录,宣布致力于直流配电系统操作技术和标准化,以及在太阳能、电池储能和物联网等技术领域的研究合作。

2020年,为传播和商业化直流配电业务,韩国电力公司启动一个1 MW直流电源系统建设项目,为一座建筑物提供直流供电。该公司的一位发言人表示:“ 韩国电力公司电力自动化研究院计划继续投资于直流配电系统的演示和标准化。” “我们旨在为政府主导的太阳能和氢燃料电池项目做出贡献。”

西巨次岛直流配电系统的示范测试和标准化过程完成后,配备可再生资源的直流配电系统将开始在整个韩国部署。

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