張北柔性直流電網(wǎng)工程：12項世界第一破解綠電大規(guī)模消納難題

在新能源領(lǐng)域，河北有一項超級工程，創(chuàng)12項世界第一，讓全球為之矚目。它就是張北柔性直流電網(wǎng)工程。

2850兆瓦、2870兆瓦……10月31日，張北柔直工程中都換流站主控室大屏幕上，全站向北京輸送綠電的功率數(shù)，以千分之一秒為單位持續(xù)刷新。

“張北的風(fēng)點(diǎn)亮北京的燈”，這項工程助力北京冬奧會實現(xiàn)了奧運(yùn)史上首次全時段100%綠電供應(yīng)。

截至10月31日，張北柔直工程已安全運(yùn)行1585天，累計向京津冀地區(qū)輸送綠電超355.95億千瓦時。

在中都換流站站長王大中眼里，數(shù)據(jù)背后是冀北電力人的創(chuàng)新與創(chuàng)造。

2018年初，張北柔直工程開工建設(shè)。工程新建中都、康巴諾爾、阜康和延慶4座換流站及±500千伏直流輸電線路。

這是世界首個四端柔性直流電網(wǎng)工程，技術(shù)、設(shè)備代表了最高水平。

為何要組建柔性直流電網(wǎng)？

風(fēng)起風(fēng)止，日升日落，新能源的隨機(jī)性、波動性特征使得其大規(guī)模并網(wǎng)消納成為世界級難題。

王大中打了個比方：“如果說交流輸電是公路，常規(guī)直流輸電就像鐵路，那柔性直流輸電則是高鐵。后者具有快速響應(yīng)、高可控性和強(qiáng)大適應(yīng)性的特點(diǎn)，是有效駕馭新能源最關(guān)鍵的技術(shù)之一。”

籌備階段，國網(wǎng)冀北電力有限公司超高壓分公司面向各基層單位招募骨干人員。

有著二十多年變電運(yùn)維經(jīng)驗的王大中毅然報名，來到張北壩上，加入了工程建設(shè)大軍。

“張北一場風(fēng)，從春刮到冬”，這是張北地區(qū)發(fā)展風(fēng)電的資源優(yōu)勢，但也給工程建設(shè)帶來極大的考驗。

工程剛開始的時候，白天零下二十多攝氏度，晚上零下三四十?dāng)z氏度。地面凍土深度達(dá)2.6米，工程樁根本就打不下去，必須人工鑿孔，固定住樁頭。

就在這樣的環(huán)境下，建設(shè)者們克服困難，耗時4個月完成了3520根樁的施工。

更大的挑戰(zhàn)來自核心技術(shù)研發(fā)。

工程安裝的很多設(shè)備是世界首臺首套，這意味著沒有現(xiàn)成的經(jīng)驗可循。

作為直流電和交流電相互轉(zhuǎn)換的橋梁，柔性直流換流閥被稱為張北柔直工程的“心臟”，是工程中技術(shù)含量最高、挑戰(zhàn)最大的主設(shè)備之一。

畫了數(shù)百張圖紙，提交了幾十份報告，開展數(shù)百次試驗研制換流閥樣機(jī)，經(jīng)過多次迭代升級……研發(fā)人員一路摸索前行，成功研制出±500千伏/3000兆瓦級柔性直流換流閥。

記者看到，在中都換流站換流閥廳，高大的換流閥閥塔靜靜矗立。

一座閥塔由132個子模塊組成，全站共有24座這樣的閥塔。每個子模塊均可實現(xiàn)獨(dú)立控制。即使損壞數(shù)個子模塊，“心臟”依然能健康穩(wěn)定運(yùn)行。

“若要實現(xiàn)成網(wǎng)運(yùn)行，必須考慮發(fā)生故障時的處理方式。”在國網(wǎng)冀北電力有限公司高級專家金海望看來，艱巨的挑戰(zhàn)還來自故障電流的應(yīng)急處置。

當(dāng)電網(wǎng)系統(tǒng)發(fā)生故障時，會瞬時產(chǎn)生很大的故障電流，必須在短時間內(nèi)將故障電流切斷。

向世界級難題發(fā)起攻堅，研發(fā)人員自主研制了世界上首批最高電壓等級的直流斷路器。

這種高壓直流斷路器，能夠在3毫秒內(nèi)快速分?jǐn)喑蟮闹绷鞴收想娏鳎⑶疫€具有重新合閘的功能，保障電力輸送不中斷。

超級工程，要求每一個細(xì)節(jié)甚至小到螺絲的緊固都要精確無誤。

數(shù)百天里，金海望帶領(lǐng)團(tuán)隊成員，足跡遍布3座換流站的每個角落，完成了30萬個螺絲的緊固工作。

有這樣一個場景，深深地印在了他的腦海里——壩上的冬天寒風(fēng)凜冽，在一片漆黑的原野上，換流站燈火通明，如一顆璀璨的星星。

2020年6月29日，張北柔直工程順利投運(yùn)。工程共創(chuàng)造了12項世界第一——

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(bǔ)了國內(nèi)先進(jìn)功率半導(dǎo)體器件的空白；

安裝了世界上最高電壓等級、最大輸送能力的直流電纜；

構(gòu)建了世界上第一個實現(xiàn)風(fēng)、光和儲能多能互補(bǔ)的直流電網(wǎng)；

…………

每一項突破，都飽含了中國電力人的智慧和汗水。

工程先后榮獲中國工業(yè)大獎、國家優(yōu)質(zhì)工程獎，建成了涵蓋柔直工程建設(shè)全過程的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系，帶動了我國電網(wǎng)技術(shù)和裝備制造產(chǎn)業(yè)升級。

張北柔直工程投運(yùn)以來，核心技術(shù)突破的腳步從未停歇。

從應(yīng)用數(shù)字孿生技術(shù)到建成數(shù)字換流站，從可視化設(shè)備到閥廳內(nèi)無人機(jī)巡檢再到“空天地一體化”巡檢，一項項創(chuàng)新突破助力綠電進(jìn)京。

近日，2024新型電力系統(tǒng)發(fā)展（崇禮）論壇在張家口崇禮舉行，業(yè)內(nèi)大咖齊聚。

“新型電力系統(tǒng)建設(shè)沒有成熟先例，必須強(qiáng)化過程管理，匯聚各方合力，持續(xù)迭代升級。”論壇上，國網(wǎng)冀北電力有限公司董事長、黨委書記張瑋的發(fā)言備受關(guān)注。

下一步，冀北電力將依托張北柔直工程，開展張家口構(gòu)網(wǎng)型多端柔直科技示范工程建設(shè)。通過攻關(guān)關(guān)鍵核心技術(shù)，打造世界首個單閥廳容量達(dá)到3吉瓦的緊湊型、構(gòu)網(wǎng)型柔性直流輸電示范工程。（潘文靜）