張北柔直電網(wǎng)工程為北京提供年用電十分之一的清潔電能

　　“合閘，執(zhí)行！”6月29日上午10時，隨著運行人員發(fā)出口令，張北換流站閥廳內(nèi)的刀閘和4座直流斷路器順利合閘，主控室監(jiān)控大屏上的光伏功率曲線逐步上升，總投資125億元的張北可再生能源柔性直流電網(wǎng)示范工程正式投入運行。一個多月來，源自張家口的綠色電力為北京電網(wǎng)源源不斷地供應(yīng)著新生力量。

　　冀北電力建設(shè)部主任田生林興奮地說：“張北柔性直流電網(wǎng)試驗示范工程采用我國原創(chuàng)、領(lǐng)先世界的柔性直流電網(wǎng)新技術(shù)，創(chuàng)造了12項世界第一，是破解新能源大規(guī)模開發(fā)利用世界級難題的中國方案。通過一個多月的運行，這一集成技術(shù)已經(jīng)取得成功經(jīng)驗，可以在全國復(fù)制推廣。”

　　解決張家口巨量新能源消納難題

　　北京延慶，長城腳下，張北柔性直流工程北京換流站內(nèi)，大屏幕上醒目的一道紅線代表來自張家口張北的電流正源源不斷地流入北京。這是張北柔性直流示范工程的唯一接收站，將接收來自張北地區(qū)風(fēng)能、太陽能、生物質(zhì)能轉(zhuǎn)化而來的清潔電能。

　　田生林介紹，柔性直流技術(shù)是一種以電壓源換流器為核心的新型直流輸電技術(shù)，它的主要作用是在送端將各種清潔能源整合打包變?yōu)橹绷麟娸斔椭潦芏?，再在受端將直流電轉(zhuǎn)變?yōu)榉€(wěn)定的交流電送給用戶。這一技術(shù)響應(yīng)速度快、可控性好、運行方式靈活，適用于可再生能源并網(wǎng)、分布式發(fā)電并網(wǎng)、孤島供電等。中國將這項技術(shù)命名為柔性直流技術(shù)。

　　之所以在張家口地區(qū)建設(shè)這項創(chuàng)新工程，是因為張家口屬于可再生能源資源富集區(qū)，風(fēng)能、太陽能可開發(fā)規(guī)模高達8500萬千瓦，具備良好的多能互補建設(shè)條件。同時，張家口地區(qū)電力需求小，新能源接納能力有限，但毗鄰京津冀電力負荷中心，是典型的大規(guī)模新能源開發(fā)與外送系統(tǒng)場景。

　　預(yù)計到今年年底，張家口新能源裝機規(guī)模將達到2000萬千瓦以上。由于張家口電網(wǎng)位于華北500千伏交流主網(wǎng)末端，電網(wǎng)結(jié)構(gòu)薄弱，存在新能源安全并網(wǎng)、電力送出和消納等問題，現(xiàn)有及規(guī)劃的交流外送通道無法滿足新能源送出需求，亟需新建輸電通道，探索新能源送出及消納的新模式。

　　張家口地區(qū)目前還有至少四分之三的新能源潛力未被開發(fā)，其中很重要的一部分正位于張北。“為什么沒開發(fā)？就是因為之前輸送能力有限。”田生林表示，通過張北柔直工程，一下就把張家口、承德地區(qū)上百家風(fēng)電場、數(shù)千家光伏電站連成了一個有機整體，構(gòu)建了一個全要素物聯(lián)、全空間展示、全信息監(jiān)控、全場景模擬、全智庫指導(dǎo)、全過程分析、全生命管理的“七全”管控系統(tǒng)，相當于給基建管理者裝上了洞察一切的“全知之眼”。

　　張北柔直工程對推動新能源開發(fā)外送，促進送端地區(qū)資源優(yōu)勢轉(zhuǎn)化為發(fā)展優(yōu)勢將起到?jīng)Q定性作用。國家電網(wǎng)公司通過這樣的示范工程，可使河北壩上地區(qū)3000萬千瓦綠色電力為北京西北部電網(wǎng)直接供電，就近解決燃氣電廠替代問題，改善環(huán)境質(zhì)量。

　　為了“化柔為剛”，建成兩個“世界最大”

　　“工程可控性高、適應(yīng)性好，能夠充分利用張家口地區(qū)大規(guī)模風(fēng)、光互補特性，以及直流電網(wǎng)與豐寧抽水蓄能電站的調(diào)峰能力，有效平抑新能源間隙性、波動性對電網(wǎng)的沖擊，解決張家口地區(qū)千萬千瓦級清潔能源送出難題，已經(jīng)創(chuàng)造了12項世界第一。”說起張北柔性直流工程的創(chuàng)新成果，參與工程建設(shè)的專家們成竹在胸。

　　“柔性直流輸電技術(shù)是世界上最先進的輸電技術(shù)，相當于在電力系統(tǒng)中接入一個完全可控的‘水泵’，能夠精準控制水流的方向、速度和流量，彌補了常規(guī)直流輸電只能控制方向的局限性，可以大規(guī)模接納清潔電能。”中南院北京換流站設(shè)計總工楊明說。

　　楊明介紹，為了讓整個電網(wǎng)“化柔為剛”，保障電力平穩(wěn)輸出，他們在張北建立了世界上最大的風(fēng)光儲輸一體化裝置，能儲蓄電力5萬千瓦；在豐寧建設(shè)了世界上最大的抽水蓄能電站，總裝機容量達到360萬千瓦，使之在整個電站中產(chǎn)生蓄水池作用。當電力富裕充沛時，用它們儲能；當電力緊缺時，讓它們及時補充電網(wǎng)。這就使電網(wǎng)的柔性能力加大，而剛性的電力保障也有了相應(yīng)的基礎(chǔ)。

　　項目的主設(shè)備研發(fā)聚集了國內(nèi)外一流的技術(shù)創(chuàng)新和裝備制造單位，設(shè)計輸入資料隨時都在調(diào)整。國家電網(wǎng)全球能源互聯(lián)網(wǎng)研究院，中電工程中南院、西南院、浙江院等設(shè)計團隊積極與廠家溝通、配合，確保工程集成了最新的柔直技術(shù)。

　　其中，湖南院承擔了張北柔性直流工程導(dǎo)地線選型的專題研究。導(dǎo)線擔負著傳輸電能的重任，結(jié)合以往設(shè)計經(jīng)驗，湖南院共敲定6種常規(guī)導(dǎo)線組合方案、5種新型導(dǎo)線組合方案，選擇了10種金屬回流線導(dǎo)線組合方案，通過對電氣性能、機械性能和全壽命周期費用等各方面進行技術(shù)經(jīng)濟比較，最終確定選型，保證線路運行安全。

　　“創(chuàng)新項目的聚合，使得張北柔直工程得以最終完成。作為世界首個真正具有網(wǎng)絡(luò)特性的直流電網(wǎng)工程，率先開展了四端柔性直流環(huán)形電網(wǎng)的建設(shè)，并把柔性直流輸電電壓提升至了±500千伏，單換流器額定容量提升到了150萬千瓦；首次研制并應(yīng)用了直流斷流器、換流閥、控制保護等直流電網(wǎng)關(guān)鍵設(shè)備，整個核心技術(shù)和關(guān)鍵設(shè)備均實現(xiàn)國際首創(chuàng)，創(chuàng)新引領(lǐng)和示范意義十分重大。”國網(wǎng)冀北工程管理公司張北換流站業(yè)主項目經(jīng)理郭良說。

　　為北京提供年用電十分之一的清潔電能

　　盛夏時節(jié)，驕陽炙烤著大地，位于崇禮區(qū)太子城鎮(zhèn)的張家口奧運村內(nèi)，無數(shù)建設(shè)者頭頂烈日激戰(zhàn)正酣。“這里是2022年北京冬奧會運動員及隨隊人員住宿休息的地方，建設(shè)和生活用電已經(jīng)全部采用‘綠電’，契合了與綠色辦奧的理念。這部分綠電的使用，與張北柔直工程息息相關(guān)。”現(xiàn)場負責人說。

　　國網(wǎng)冀北電力建設(shè)部項目管理高級主管劉中華表示，張北柔直工程是冬奧會重點配套工程之一，是“綠色奧運”“低碳奧運”理念的實踐，每年可向北京地區(qū)輸送清潔電量約225億千瓦時，大約相當于北京市年用電量的十分之一，折合節(jié)約標煤每年780萬噸、減排二氧化碳2040萬噸。

　　值得一提的是，得益于張北柔直工程輸送的大規(guī)模清潔電量，冬奧會場館有望實現(xiàn)100%全清潔電力供應(yīng)。不僅能夠滿足冬奧會的綠電需求，更將大幅提升北京地區(qū)新能源電力消費比例。

　　與此同時，張北柔直工程還將有效促進張家口地區(qū)扶貧電站的新能源消納，惠及1110座光伏扶貧電站和10.5萬戶群眾。（張家口日報|記者 白波）