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输送容量全球领先 我国柔性直流输电行业规模扩大 企业积极抢滩海外市场

1、柔性直流输电概述

根据观研报告网发布的《中国柔性直流输电行业现状深度分析与未来投资研究报告(2024-2031年)》显示,柔性直流输电是一种新型的高压直流输电技术,其主要由换流站和直流输电线路构成,其特点是可以向无源网络供电、不会出现换相失败、换流站间无需通信以及易于构成多端直流系统等优点。柔性直流输电的原理是基于电压源变换器、自开关器件和脉宽调制(PWM)的新型传输技术。

由于所用换流元件的不同,传统直流和柔性直流对电网的需求不同。传统直流的送受两端都要有稳定、足够强度的交流系统。柔性直流能够主动构网,对电网提供强支撑。在输电能力方面,柔性直流已经达到特高压等级,但是电压等级和容量还无法达到传统直流输电的最高水平。

柔性直流输电与传统直流输电的技术特性对比

类型

换流元件

送端电网

受端电网

换相失败

输电电压

输送容量

损耗

成本

柔性直流输电

全控器件(如IGBT),容量小,可控关断

可以为新能源提供并网所需的电压和频率支撑

可以是无源电网

没有换相失败,全穿越交流故障,无功支撑强

目前最高±800kV

目前最高5000MW

传统直流输电

半控器件(晶闸管),容量大,依靠电网电压换相关断

必须有同步机电源支撑

必须是有源电网

交流故障时存在换相失败现象

目前最高±1100kV

目前最高12000MW

资料来源:观研天下整理

2、我国柔直输电电压等级、输送容量均处于世界领先水平

我国柔性直流输电技术起步较晚。根据南网数据显示,目前,全球已经投运的柔性直流输电工程数量达到51个,总变电容量超过60GW,其中风电送出工程17项,海上平台供电工程4项,但ABB、西门子、阿尔斯通三家企业具备该技术的工程建设能力。

在国内市场,近十年来,国网和南网已建成投运或规划的柔性直流输电工程共12项,电压等级、输送容量均处于世界领先水平。其中,昆柳龙特高压多端柔性直流首次将电压提升至特高压±800kV等级,是全球首个送出端采用常规直流、受端采用柔性直流的特高压三端混合直流输电工程。

我国已建成投运或规划建设的柔性直流输电工程

工程名称

投运年份

容量/MW

直流电压/kV

接线形式

器件类型

电缆/架空线

距离/km

应用场景

上海南汇

2011

20

±30

对称单极

3300V IGBT

直流电缆

8

新能源并网

南澳多端

2013

20010050

±160

对称单极

3300V IGBT

架空线+直流电缆

20.6+20.2

新能源并网

4500V IEGT

舟山五端

2014

400,300,100×3

±200

对称单极

3300VIGBT

直流电缆

140.4

新能源并网

厦门工程

2015

1000

±320

对称双极金属回线

3300VIGBT

直流电缆

10.7

城市高密度负荷中心供电

鲁西背靠背

2016

1000

±350

对称单极

3300V IGBT

/

/

电网柔性互联

4500V IEGT

渝鄂背靠背

2019

1250×4

±420

对称单极

3300V IGBT

/

/

电网柔性互联

4500V IEGT

张北直流电网工程

2020

3000

±500

对称双极金属回线

4500V IGBT

架空线

648.2

新能源并网、无源网络供电

5200VBIGT

昆柳龙直流工程

2020

5000

±800

对称双极大地回线

4500VIGBT

架空线

1452

远距离架空线输电

4500VIEGT

如东海风工程

2021

1100

±400

对称单极

4500V IGBT

海底电缆

103

新能源并网

4500VIEGT

广东背靠背工程

2022

1500×4

±300

对称单极

4500V IGBT

/

/

电网柔性互联

4500VIEGT

白鹤滩工程

2022

8000

±800

对称双极大地回线,高端换流器LCC,低端换流器采用VSC

4500VIGBT

架空线

2088

远距离架空线输电

4500VIEGT

青州海风送出工程

2024E

2000

±525

对称单极

4500VIGBT

海底电缆

86

新能源并网

资料来源:观研天下整理

3、柔性直流输电最大劣势是成本过高,换流阀是主要因素之一

不过,我国柔性直流输电行业仍然面临着成本高的困境。与传统直流相比,柔性直流输电的换流变压器、交流滤波器成本有所降低,增量部分主要来自于换流阀成本增加。根据数据显示,柔性直流设备成本结构中换流阀占比最大,约57%,与普通直流输电相比,柔性直流投资总成本高出约40%。

不过,我国柔性直流输电行业仍然面临着成本高的困境。与传统直流相比,柔性直流输电的换流变压器、交流滤波器成本有所降低,增量部分主要来自于换流阀成本增加。根据数据显示,柔性直流设备成本结构中换流阀占比最大,约57%,与普通直流输电相比,柔性直流投资总成本高出约40%。

数据来源:观研天下整理

不过,柔直换流阀的投资成本已由2013年南澳工程的1500元/kW下降至2022年广东背靠背工程的450元/kW,降幅约70%。整体来看,未来随着IGBT、电容器等核心元件国产化加速,换流阀成本有望进一步下降,柔性直流输电投资成本将有所降低。

4、国产企业积极出海抢滩海外柔直市场

在市场竞争方面,目前,我国主要从事柔性直流输电制造的代表企业包括国电南瑞、许继电气、东方电缆、中天科技(通信组覆盖)等,并且在换流阀、IGBT等核心装备及输电电缆方面跻身全球前列。此外,我国国产柔性直流输电企业积极出海抢滩海外市场,不断增强自身核心及国际竞争力。

我国主要从事柔性直流输电制造的代表企业及业务布局情况

企业名称

简介

国电南瑞

在国内率先研制出柔直全套核心装备,包括大容量换流阀、高速阀控、多端控制保护、直流断路器、直流变压器和高速测量设备。公司是世界上首次整体通过荷兰 KEMA 机构权威认证的供应商。公司打破国外垄断,已实现 650V-4500V全电压等级IGBT器件自主研发,4500V/3000A IGBT在张北延庆换流站挂网成功。公司深度参与张北、厦门、昆柳龙、白鹤滩-浙江等各项柔直示范工程建设。2022年,公司与国网智研院、美国 McDermott 联合中标“BorWin6海上风电柔性直流输电工程”的EPC总包商,柔直换流阀实现海外市场零的突破

许继电气

司具备深远海海风柔直送出系统方案设计和核心设备供货能力,项目经验丰富,中标多个柔直工程。2021 年,公司中标国内首个海风柔直送出工程三峡如东柔直工程,提供柔直换流阀和直流耗能装置等核心装备。此外,公司技术积累深厚,从 1986 年开始承担国家直流输电技术研究和直流设备的研制任务,在研“海上风电IGBT换流阀轻型化设计及工程应用优化技术研究”等项目,未来有望受益于深远海海风开发

东方电缆

曾为张北±500kV柔性直流电网工程、舟山±200kV多端柔性直流输电系统、南澳±160kV多端柔直系统提供柔性直流电缆。2022年公司±535kV柔直海缆已经通过型式试验,目前已进入欧洲海底电缆主流市场。2020年公司成为 TenneT荷兰±525kV柔直海缆研发合作厂家之一。2022年中标5.3亿元的荷兰国家电网海风项目,为其提供220kV海缆、66kV海缆及220kV高压电缆产品

中天科技

2013年开始研发高压柔性直流电缆和海缆产品,曾为三峡如东H6H8H10项目提供±400kV柔直海缆,参与厦门±320kV真双极柔直输电科技示范工程、舟山±200kV多端柔直输电项目以及广东±160kV三端柔直线路工程。2022年公司制造了全球首根±535kV 柔性直流海缆,并顺利通过型式试验。公司积极开拓欧洲高端市场,2017年公司参与TenneT德国±525kV直流电力电缆系统研发,2020年成为TenneT荷兰±525kV柔直海缆研发合作厂家之一

资料来源:观研天下整理

5、我国柔性直流输电行业规模不断扩大,未来发展前景广阔

综上所述,在各大柔直项目相继落地开建及企业积极开发海外市场,我国柔性直流输电行业市场规模将不断扩大,未来发展前景广阔。根据数据显示,2022年,我国柔性直流输电行业市场规模约231.06亿元,预计2029年市场规模将达到682.89亿元左右。

综上所述,在各大柔直项目相继落地开建及企业积极开发海外市场,我国柔性直流输电行业市场规模将不断扩大,未来发展前景广阔。根据数据显示,2022年,我国柔性直流输电行业市场规模约231.06亿元,预计2029年市场规模将达到682.89亿元左右。

数据来源:观研天下整理(WYD)

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