“注塑机改造成直流变频驱动后，厂房每月能节省3万多度电。改成直流供电对我们工厂效益提升的作用很明显。现在我们把厂区的照明和空调也改成直流供电了。”9月27日，江苏吴江中低压直流配用电系统示范工程正式投运，泓盛塑胶工厂经理蔡凤琴向前来参观调研的同行介绍道。
吴江中低压直流配用电系统示范工程依托国网江苏省电力有限公司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》，是多电压等级、多应用场景的区域性直流配用电系统示范工程，服务市政、工商、民用、数据中心等多种场景，直流负荷达1.051万千瓦，同时接入6210千瓦分布式光伏，并为同里湖嘉苑小区150户居民提供安全稳定的直流电能。
直流配用电系统
提升能源转化效率
众所周知，220伏交流电是日常生活中常用的供电方式，但实际上，变频空调、节能冰箱、电脑、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。交流电接入电器后先被转换为直流电，多次能量变换后，就会产生部分电能损耗。
近年来，能源清洁低碳转型加速，风电、光伏发电等具有直流特性的新能源大量并网，以新能源汽车、数据中心为代表的直流负荷快速增长，使得电源和负荷的直流化特征日趋明显。直流电源、负荷通过整流逆变环节变为交流电能接入交流电网，存在能源转化效率不高、源荷匹配灵活性差等问题。而构建高效、灵活、可靠的直流配用电系统，是解决这些问题的一种尝试。
“为了打通电网侧与用户侧的通道，国网江苏电力联合华北电力大学、西安交通大学、中国电科院等18家单位，攻克系统规划设计、关键装备研制、运行控制技术、系统保护技术等16项关键技术难题，研制出27项关键设备。”江苏电科院总工程师袁宇波介绍，示范工程共建设九里、庞东两个中心站，采用多站合一的建设方式，集换流站、开关站、配电房功能于一身。工程将传输电能转换为±375伏直流电，为市政、工商、民用等多种应用场景供电，同时与两端10千伏交流系统灵活互联，构建了户外直流配电环境。
攻克多项技术难题
构建直流用电环境
“屋顶有光伏板，车库有电池箱，卧室和客厅都装上了智能插座。手机、台灯直接插上就行，不用换适配器。我家每月的电费变少了，甚至还能发电赚钱。”谈起入住吴江工程示范小区同里湖嘉苑一个月来的用电体验，田济源感到很满意。为了构建这样舒适便捷的直流用电家居环境，国网江苏电力研发团队攻克了多项技术难题。
首先是如何实现直流电能的灵活可控及用能优化。研发团队研发了户用电能路由器。它将光伏发电和储能等直流电同现有的入户交流电以及用电设备等连接为一个整体，所有设备都接受电能路由器调度。电能路由器可根据实时电价信息调整用电负荷，高效管理光伏发电和储能，将多余的光伏电量存储起来供夜间使用。其次是解决安全使用和灵活变压的问题，研发团队攻克了适用于家用电器的低成本无弧开断技术和设备侧非侵入式电压适配技术，解决了直流家电设备插头拉弧和不同电压等级设备的自适应供电问题。
户内直流配电环境的问题解决了，接着便是直流家电的研制与应用。国网江苏电力研发团队提出了整流类、阻感类、旋转类及高变压比类4大电器设备品类直流化改造方法，并联合海尔集团推出直流空调、直流冰箱等全系列直流家电。2020年11月，国网江苏电力还联合海尔集团牵头申报了直流家电领域国际标准——IEEE P2876《无线直流家电导则》。
“据测算，采用直流供电可以让一个四口之家每年节电近400千瓦时，如果家中接入光伏发电，平均可再节省电费近30%，二氧化碳排放量可减少40%以上。”苏州供电公司运维检修部副主任杨晨说。
灵活消纳新能源
服务实现“双碳”目标
“光伏发电本身就是发直流电，原来需要逆变成交流电并网，这个损耗我们自己承担。现在直接直流组网就地消纳，平均损耗减少了将近3%。这样我们运营的3个屋顶光伏电站一年就能多发30多万度电。”9月20日，光伏电站运营商翟建建说起项目团队为他提供的技术改造方案，计算了电站的盈利情况。
据统计，目前江苏电网新能源装机容量为3217.7万千瓦，占全省总装机容量的22.7%。根据国网江苏电力“十四五”规划，2025年年底江苏风电总装机预计达5200万千瓦，光伏发电总装机达3800万千瓦，共占全省总装机容量的近50%。6月20日，国家能源局印发《关于报送整县（市、区）屋顶分布式光伏开发试点方案的通知》，推动分布式光伏实现“宜建尽建”“宜接尽接”。直流配用电技术也可为实现整县光伏高效灵活消纳提供一种解决方案。
“项目成果可用于‘双碳’背景下大规模分布式屋顶光伏、新能源汽车充电设施及分布式储能接入场景。”江苏电科院配网中心副主任史明明说。
紧接着他算了一笔经济账：2025年年底，江苏光伏发电总装机容量预计达3800万千瓦，若采用直流组网就地消纳的方式，可提升光伏系统运行效率2%以上，按照1500小时的年利用小时数计算，全年可增发绿电11.4亿千瓦时，减少碳排放约98万吨。
自项目申报以来，国网江苏电力先后举办首届中低压直流配用电技术论坛，建成中低压直流配用电技术试验平台，成立国内首个直流配用电技术联盟，汇聚各方力量，推动上下游产业链合作，搭建“产、学、研、用”一体化平台，共同探索推动直流配用电系统发展。（摄影：刘通 孙婷）
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