TechNews刊登時間：2014年12月24日17：00
綠電的發電廠，通常位於人煙稀少的地方，然而，用電量龐大的卻是人口密集的地方，兩者的差距從數百公里到數千公里，要連接兩地便需要仰賴本文要介紹的輸電系統（Transmission System）。在這裡我們就先從「地大物博」需要長程輸電的中國說起。
2013 年中國風電發電量達 2.5%，超越核電成為僅次於火電與水電的第三大電力能源，預估以後將永遠超越核電。2011 年 10 月，國家發展改革委能源研究所發布了《中國風電發展路線圖 2050》，規劃在 2050 年讓風電發電量達到 17%（1,000 GW），這個數字遠遠把核電拋在後面。
為了解決棄風限電的問題，中國這幾年興建許多長程的電力網路，把西北部便宜的風電運送到東南部，把三峽大壩便宜的水電運送到長三角地區。國家電網公司與 ABB 合作，共同開發長程電網所需要的特高壓（Ultra High Voltage）交流（AC）與直流電（DC）技術。
▲紅色實線是已經完工的 1,000KV HVAC；藍色實線是已經完工的 800KV HVDC。
HVDC
多為長途送電最佳選擇
輸電系統通常具備長程與高電壓的特性，有別於短程與低電壓的配電系統（Distribution
System）。技術上，高壓直流電（HVDC）具備低線路損耗（線損）與高功率的特性，在陸地長程輸電網的應用上，HVDC 使用比較少的土地面積（約 33-50%），比較少的銅導線材料（67.5%）。
至於 AC 與 DC 哪一種比較具備成本優勢，其實不一定。需要同時考慮線損、傳輸功率、AC/DC 轉換效率或 AC/AC 轉換效率、材料成本、土地面積等等變數。技術進步迅速，許多過時的電力系統觀念，應該走入歷史。如果有很大的傳輸功率需求，一般來說會選擇 HVDC 技術。
HVDC 技術也可以用在海底，全球最長的紀錄是為連接挪威與荷蘭的跨國電網 Norned Link ，其總長達到了 580 公里，於 2008 年啟用，450KV，傳輸功率為 700MW。
▲ HVDC 技術可以做到地下化或僅使用一個單位面積的土地，而 HVAC 則需要 2-3 個單位面積的土地（Overhead AC line with FACTS & Overhead line with AC）：一般認為 500 公里以內，HVAC 比較有成本優勢，因為少了 AC/DC 轉換的能量損失與成本。
隨著技術進步，HVDC 在短距離的成本與技術優勢逐漸顯現。2013 年台電平均線損約 4.25%（HV & LV AC），第四代的 HVDC Light，已經能把線損降低到 1%，並且在 2014 年正式運轉於德國的 DolWin 1 計畫，負責將北海 Borkum West II 離岸風場的電力，透過 7.5 公里的 AC 電纜傳送到
DolWin Alpha 的海上變電所，然後使用 HVDC Light 運送到德國陸地。這是全世界第一套 320KV 的 HVDC Light 系統，總輸出功率 800MW。總長度 165 公里，其中，75 公里為海底電纜，90 公里為地下電纜。
▲ 這四個世界的 HVDC Light 技術，線損分別是 3%、2%、1.5%、1%；系統容量可以拉高到 1,200MW。
長程輸電系統攸關綠能成敗
做好電網建設，才有資格發展綠色再生能源。2012 年為中國棄風率最高的一年，達 17.12%，損失20.82TWh 電力。2013 年情況改善許多，棄風率達 10.74%，損失 16.23TWh。到了 2014 上半年，全國平均棄風率 8.5%，損失 7.2TWh。但預估 2014 全年棄風率約 12%，因為年度裝機量估計達 18GW，創歷年來新高。
2012-2014H1 之間，中國完成許多新的長程輸電系統，讓棄風率大幅下降。相對地，如果希望綠色再生能源失敗，只要把電網做壞、做爛，計畫一定失敗。核電就可以繼續存在。
（Source：中國能源網，2014）
為了發展離岸風電，中國規劃多端彈性 HVDC 計畫（multi-terminal Flexible HVDC Project）。舟山島計畫是中國首個五端（變電站）彈性 HVDC 計畫，總容量 400MW,、200KV，已經於 2014 年的
7 月 4 日啟用，實現風電併網的目標。
本計畫的難度很高。模擬設備與級控、閥控主機交互通訊達 8,400 個，動員 400 個人力，24 小時不間斷工作，測試 380 個控制項目，92 個保護項目與 26 個系統運行方式。本計畫的五端，連接舟山、岱山、衢山、洋山、嵊泗。證明，海島地區使用 HVDC 技術，成本也能控制在可以接受的範圍之內。
▲ 多端彈性 HVDC 計畫改善電力可靠度、品質，以及系統電力調度的操作彈性，並且解決了再生能源併網的困難之處。
長程輸電系統需要建立氣候預測中心，並且監控風場與太陽能發電廠。國家電網公司的監控系統，目前（2014/03）中國可以控制全國 810 個風場，合計併網達 74.64GW，以及全國的 18.41GW 太陽能發電站。
智慧型變電站（Smart Substation）也是一個很重要的關鍵。中國已經興建並且營運 927 個智慧型變電站。替每個變壓器配備光纖電子監控儀器，廠區內還有自動巡邏機器人。
中國的風光併網工程，預計在 2015 年達到 140GW 風電，35GW 的太陽能。每個城市每年的電力系統中斷時間縮短到 15 分鐘以內。儘管困難重重，挑戰艱鉅，許多產業公司仍然前仆後繼，努力去達成目標。
長程輸電系統有效解決棄風限電的問題，智慧型變電站、氣候預測中心、風場監控中心、光纖電子感測器等產品，強化了綠色再生電力系統的可靠度與電力品質，並且大幅度提高風電併網的能力。
（首圖來源：Flickr/Wolfgang Schlegl BY CC2.0）
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