12项世界第一破解绿电大规模消纳难题

本报记者 潘文静

在新能源领域，河北有一项超级工程，创12项世界第一，让全球为之瞩目。它就是张北柔性直流电网工程。

2850兆瓦、2870兆瓦……10月31日，张北柔直工程中都换流站主控室大屏幕上，全站向北京输送绿电的功率数，以千分之一秒为单位持续刷新。

“张北的风点亮北京的灯”，这项工程助力北京冬奥会实现了奥运史上首次全时段100%绿电供应。

截至10月31日，张北柔直工程已安全运行1585天，累计向京津冀地区输送绿电超355.95亿千瓦时。

在中都换流站站长王大中眼里，数据背后是冀北电力人的创新与创造。

2018年初，张北柔直工程开工建设。工程新建中都、康巴诺尔、阜康和延庆4座换流站及±500千伏直流输电线路。

这是世界首个四端柔性直流电网工程，技术、设备代表了最高水平。

为何要组建柔性直流电网？

风起风止，日升日落，新能源的随机性、波动性特征使得其大规模并网消纳成为世界级难题。

王大中打了个比方：“如果说交流输电是公路，常规直流输电就像铁路，那柔性直流输电则是高铁。后者具有快速响应、高可控性和强大适应性的特点，是有效驾驭新能源最关键的技术之一。”

筹备阶段，国网冀北电力有限公司超高压分公司面向各基层单位招募骨干人员。

有着二十多年变电运维经验的王大中毅然报名，来到张北坝上，加入了工程建设大军。

“张北一场风，从春刮到冬”，这是张北地区发展风电的资源优势，但也给工程建设带来极大的考验。

工程刚开始的时候，白天零下二十多摄氏度，晚上零下三四十摄氏度。地面冻土深度达2.6米，工程桩根本就打不下去，必须人工凿孔，固定住桩头。

就在这样的环境下，建设者们克服困难，耗时4个月完成了3520根桩的施工。

更大的挑战来自核心技术研发。

工程安装的很多设备是世界首台首套，这意味着没有现成的经验可循。

作为直流电和交流电相互转换的桥梁，柔性直流换流阀被称为张北柔直工程的“心脏”，是工程中技术含量最高、挑战最大的主设备之一。

画了数百张图纸，提交了几十份报告，开展数百次试验研制换流阀样机，经过多次迭代升级……研发人员一路摸索前行，成功研制出±500千伏/3000兆瓦级柔性直流换流阀。

记者看到，在中都换流站换流阀厅，高大的换流阀阀塔静静矗立。

一座阀塔由132个子模块组成，全站共有24座这样的阀塔。每个子模块均可实现独立控制。即使损坏数个子模块，“心脏”依然能健康稳定运行。

“若要实现成网运行，必须考虑发生故障时的处理方式。”在国网冀北电力有限公司高级专家金海望看来，艰巨的挑战还来自故障电流的应急处置。

当电网系统发生故障时，会瞬时产生很大的故障电流，必须在短时间内将故障电流切断。

向世界级难题发起攻坚，研发人员自主研制了世界上首批最高电压等级的直流断路器。

这种高压直流断路器，能够在3毫秒内快速分断超大的直流故障电流，并且还具有重新合闸的功能，保障电力输送不中断。

超级工程，要求每一个细节甚至小到螺丝的紧固都要精确无误。

数百天里，金海望带领团队成员，足迹遍布3座换流站的每个角落，完成了30万个螺丝的紧固工作。

有这样一个场景，深深地印在了他的脑海里——坝上的冬天寒风凛冽，在一片漆黑的原野上，换流站灯火通明，如一颗璀璨的星星。

2020年6月29日，张北柔直工程顺利投运。工程共创造了12项世界第一——

研制了世界上最高功率的绝缘栅双极型晶体管（IGBT）器件，填补了国内先进功率半导体器件的空白；

安装了世界上最高电压等级、最大输送能力的直流电缆；

构建了世界上第一个实现风、光和储能多能互补的直流电网；

…………

每一项突破，都饱含了中国电力人的智慧和汗水。

工程先后荣获中国工业大奖、国家优质工程奖，建成了涵盖柔直工程建设全过程的技术标准体系，带动了我国电网技术和装备制造产业升级。

张北柔直工程投运以来，核心技术突破的脚步从未停歇。

从应用数字孪生技术到建成数字换流站，从可视化设备到阀厅内无人机巡检再到“空天地一体化”巡检，一项项创新突破助力绿电进京。

近日，2024新型电力系统发展（崇礼）论坛在张家口崇礼举行，业内大咖齐聚。

“新型电力系统建设没有成熟先例，必须强化过程管理，汇聚各方合力，持续迭代升级。”论坛上，国网冀北电力有限公司董事长、党委书记张玮的发言备受关注。

下一步，冀北电力将依托张北柔直工程，开展张家口构网型多端柔直科技示范工程建设。通过攻关关键核心技术，打造世界首个单阀厅容量达到3吉瓦的紧凑型、构网型柔性直流输电示范工程。