張北柔直工程是電力發(fā)展“十三五”規(guī)劃的重點電網(wǎng)工程和重大創(chuàng)新工程，于2018年2月開工建設，2020年6月竣工投產(chǎn)，新建張北、康保、豐寧、北京4座換流站及±500千伏直流輸電線路666千米。工程將張北新能源基地、豐寧儲能基地與北京負荷中心相連，成為世界首個具有網(wǎng)絡特性的直流電網(wǎng)工程，顯著提升了張北地區(qū)新能源外送能力，全面提高了京津冀地區(qū)綠色電能比例，為破解新能源大規(guī)模開發(fā)和消納的世界級難題提供了“中國方案”。
張北的風點亮北京的燈 開辟新能源大規(guī)模送出新路徑
張北的風電場和光伏電站
3月的張北，碧空如洗，草原上一排排光伏板在陽光下熠熠發(fā)光，如同一片藍色海洋，一臺臺風機徐徐轉(zhuǎn)動，條條銀線載滿清潔電能送至遠方。
地處河北省西北部、內(nèi)蒙古高原南緣，張北遼闊的地域、特殊的氣候條件，使這里擁有優(yōu)質(zhì)的可再生能源資源。其中，風能、太陽能尤為豐富，適合大規(guī)模開發(fā)。
張北柔直工程依托張北壩上地區(qū)新能源送出、支持北京電力供應綠色低碳轉(zhuǎn)型的典型場景，建設了世界上首個風、光、儲、輸一體化的柔性直流電網(wǎng)工程，從原理上突破了交流電網(wǎng)強弱、新能源匯集距離等因素對新能源并網(wǎng)的限制，通過“多點匯集、多能互補、時空互補、源網(wǎng)荷協(xié)同”，實現(xiàn)了新能源側(cè)自由波動發(fā)電和負荷側(cè)可控穩(wěn)定供電，為推動能源轉(zhuǎn)型、保障能源安全提供了全新技術(shù)手段。
張北柔直工程擁有680萬千瓦的可再生能源匯集能力，是世界首個輸送大規(guī)模風能、太陽能、抽水蓄能等多種形態(tài)能源的四端柔性直流電網(wǎng)。經(jīng)由它，張北的“無限風光”順利進京。
張北柔直工程張北換流站
2022年北京冬奧會載入史冊，冬奧場館歷史性地實現(xiàn)100%綠電供應。“張北的風點亮北京的燈”，這一詩意暢想變?yōu)槊篮矛F(xiàn)實。冬奧會期間，張北柔直工程整體運行情況良好，首個柔性直流電網(wǎng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性、全套自主化核心裝備的可靠性均得到了充分驗證，累計輸送新能源3.26億千瓦時，輸電功率最高超過北京全市用電負荷的八分之一，在世界舞臺上全面展示了中國“能源生產(chǎn)和消費革命”的新模式。
綠電點亮一座座奧運場館，也走進北京的千家萬戶。通過張北柔直工程，每年140億千瓦時清潔電能輸入北京地區(qū)，約占北京市年用電量的十分之一，相當于減少標準煤燃燒490萬噸，減排二氧化碳1280萬噸。截至今年3月15日，張北柔直工程累計向北京、河北北部地區(qū)輸送164.06億千瓦時清潔電能，在電力保供、能源轉(zhuǎn)型中持續(xù)發(fā)力。
自主攻關(guān)首次構(gòu)建直流電網(wǎng) 創(chuàng)造12項世界第一
風起風止，日升日落，新能源的隨機性、波動性特征使得新能源大規(guī)模并網(wǎng)消納成為世界級難題。柔性直流輸電技術(shù)是破解清潔能源大規(guī)模并網(wǎng)消納難題的“金鑰匙”，是能源有效駕馭和高效轉(zhuǎn)換最關(guān)鍵的技術(shù)之一。
中國工業(yè)大獎獲獎項目標準中對科技水平有著明確規(guī)定：在關(guān)鍵領(lǐng)域取得重大突破，擁有自主知識產(chǎn)權(quán)、關(guān)鍵核心技術(shù)及標準。
張北柔直工程不僅是實現(xiàn)清潔能源大規(guī)模并網(wǎng)、推動能源革命、踐行綠色冬奧理念的標志性工程，也是世界首個實現(xiàn)直流電網(wǎng)構(gòu)建的重大科技試驗示范工程。工程核心技術(shù)和關(guān)鍵設備均為國際首創(chuàng)。
“柔性直流輸電技術(shù)是以電壓源換流器為核心的新一代直流輸電技術(shù)，具有響應速度快、可控性好、適應性強、運行方式靈活、同等容量占地規(guī)模小等特點，是提升可再生能源接納能力、支撐能源轉(zhuǎn)型和新型電力系統(tǒng)構(gòu)建的重要技術(shù)手段。”國網(wǎng)冀北電力有限公司科技部科研管理處處長徐鵬亮介紹，各國對柔性直流輸電的核心技術(shù)與裝備都嚴格保密，而在超高電壓等級的柔性直流電網(wǎng)工程方面，全世界都沒有先例，沒有可借鑒的成熟經(jīng)驗，因此只能靠自主創(chuàng)新去挑戰(zhàn)這一電網(wǎng)領(lǐng)域的前沿技術(shù)，從而保持我國在電網(wǎng)技術(shù)上的領(lǐng)先優(yōu)勢。
張北柔直工程換流閥安裝現(xiàn)場
張北柔直工程原始創(chuàng)新難度極大，從方案論證到生產(chǎn)準備、從控制保護聯(lián)調(diào)到現(xiàn)場試驗的各個環(huán)節(jié)，公司科研人員始終堅持在消化吸收的基礎上創(chuàng)新突破。最終工程突破柔性直流組網(wǎng)、容量提升與可靠性提升等三大技術(shù)難題，首次提出了高可靠性、強韌性的柔直組網(wǎng)系統(tǒng)方案，攻克了大規(guī)模新能源接入直流電網(wǎng)的穩(wěn)定控制難題，取得了12項世界第一，實現(xiàn)了直流輸電從“線”到“網(wǎng)”的質(zhì)變，解決了新能源大規(guī)模并網(wǎng)難、遠距離傳輸難、源網(wǎng)荷平衡難等問題，進一步推動我國柔性直流輸電技術(shù)和直流電網(wǎng)創(chuàng)新發(fā)展。
依托張北柔直工程，公司通過產(chǎn)學研用大規(guī)模協(xié)同攻關(guān)，在推進重大裝備國產(chǎn)化方面取得重要成果，解決了關(guān)鍵的“卡脖子”問題，設備性能與制造水平占據(jù)了國際制高點——自主研制了世界上首批最高電壓等級的直流斷路器，攻克了“大功率直流電流開斷”這一世界性難題；研制了世界上最大換流容量的柔直換流閥，可靠性達到國際領(lǐng)先水平；研制了世界上最高功率的絕緣柵雙極型晶體管（IGBT）器件，填補了國內(nèi)先進功率半導體器件的空白。
張北柔直工程建成了涵蓋柔直工程建設全過程的技術(shù)標準體系，建立了世界一流的柔直試驗基地，打造了國際一流的專家團隊，帶動了我國電網(wǎng)技術(shù)和裝備制造產(chǎn)業(yè)升級，鞏固和擴大了我國在世界直流輸電領(lǐng)域的技術(shù)領(lǐng)先優(yōu)勢。2022年，國家電網(wǎng)公司中標德國BorWin6海上風電柔直工程項目，標志著我國高端輸電技術(shù)的國際影響力邁上了新臺階。
綠色建設重環(huán)保 綠色發(fā)展惠民生
“屋頂?shù)倪@些光伏板，既能保障冬天可靠供暖，每月還能為我們帶來收益補貼，真的非常感謝供電公司！”張北縣小二臺鎮(zhèn)德勝村村民王登云說。2017年1月，習近平總書記來到張北縣，踏著皚皚白雪進入德勝村。在400千瓦村級電站旁，他察看設備安裝運行狀態(tài)，詳細了解電站如何發(fā)揮惠民扶貧作用。
如今，光伏產(chǎn)業(yè)已成為村里的“增收法寶”之一，是村民眼中的“鐵桿莊稼”。
將張北地區(qū)的資源優(yōu)勢轉(zhuǎn)化為發(fā)展優(yōu)勢，張北柔直工程顯著提升了當?shù)匦履茉赐馑湍芰?，增強了電網(wǎng)接納和配置多種資源的能力。工程拉動當?shù)仫L電、光伏發(fā)電投資達到600億元，促進了1110座光伏扶貧電站發(fā)電量消納，惠及10.4萬戶當?shù)鼐用瘢?021年6月被中宣部命名為全國愛國主義教育示范基地。
張北柔直工程輸電線路
中國工業(yè)大獎評選要求項目“有效實施清潔生產(chǎn)，排污指標、減碳目標、措施及碳排放水平達到國內(nèi)同行業(yè)領(lǐng)先、國際先進水平”“具有完善的環(huán)境管理體系”“注重環(huán)境和生態(tài)保護，實現(xiàn)環(huán)境與經(jīng)濟協(xié)調(diào)發(fā)展”。
綠色是高質(zhì)量發(fā)展的底色。在助力能源綠色低碳轉(zhuǎn)型的同時，張北柔直工程高度重視環(huán)境保護，在設計、施工和運行期均采取了有效的污染防治和生態(tài)保護措施，打造了“綠色工程”——各類設備全面采用清潔生產(chǎn)工藝，采用低毒無害環(huán)境友好型原材料；臨建區(qū)域會議室等使用太陽能發(fā)電照明，布置新能源汽車充電樁，辦公區(qū)域中水循環(huán)利用；采用高跨方式跨越果園、林木，實現(xiàn)最小化樹木砍伐，施工結(jié)束后通過播撒草籽、種植灌木等方式恢復原有地貌；直流線路跨越官廳水庫處采用鐵塔加高設計、設置臨時棧橋和圍堰等措施，最大限度減小對水庫水源保護區(qū)的環(huán)境影響。
風光無限，綠潮奔涌。張北柔直工程以原始創(chuàng)新和關(guān)鍵核心技術(shù)突破為保障能源安全、實現(xiàn)“雙碳”目標作出貢獻。在科學有序推進碳達峰碳中和的大背景下，在更廣的領(lǐng)域、更深的層次、更大的范圍，創(chuàng)新的種子正在萌發(fā)，綠色發(fā)展的動能正在積聚，更多自主創(chuàng)新、清潔發(fā)展的電網(wǎng)實踐正在落地。
信息來源：公司相關(guān)單位，國家電網(wǎng)報
