2023年3月,國(guó)家電網(wǎng)有限公司張北柔性直流電網(wǎng)試驗(yàn)示范工程榮獲第七屆中國(guó)工業(yè)大獎(jiǎng)。該工程突破了三大技術(shù)難題,創(chuàng)造了12項(xiàng)“世界第一”,為解決新能源大規(guī)模開(kāi)發(fā)和消納的世界級(jí)難題提供了“中國(guó)方案”。
四端環(huán)形柔性直流電網(wǎng)
張北柔性直流電網(wǎng)工程(以下簡(jiǎn)稱“張北柔直工程”)是國(guó)家電網(wǎng)有限公司貫徹落實(shí)“四個(gè)革命、一個(gè)合作”能源安全新戰(zhàn)略、踐行綠色冬奧理念的重大標(biāo)志性工程。該工程由我國(guó)自主研發(fā)、設(shè)計(jì)、建設(shè)和運(yùn)行,是集大規(guī)??稍偕茉从押媒尤搿⒍喾N形態(tài)能源互補(bǔ)和靈活消納、直流電網(wǎng)構(gòu)建等于一體的重大科技試驗(yàn)示范工程。
依靠自主創(chuàng)新,工程解決了綠電隨機(jī)性、間歇性、波動(dòng)性等問(wèn)題,突破了組網(wǎng)技術(shù)空白、輸電能力受限、運(yùn)行可靠性低三大世界級(jí)技術(shù)難題,創(chuàng)造了“世界上第一個(gè)真正具有網(wǎng)絡(luò)特性的直流電網(wǎng)”“世界上第一個(gè)實(shí)現(xiàn)風(fēng)、光和儲(chǔ)能多能互補(bǔ)的直流電網(wǎng)”等12項(xiàng)“世界第一”,成為世界首個(gè)輸送大規(guī)模風(fēng)能、太陽(yáng)能、抽水蓄能等多種形態(tài)能源的四端環(huán)形柔性直流電網(wǎng)。
01.工程建設(shè)情況
張北柔直工程于2017年12月獲得核準(zhǔn),次年2月開(kāi)工建設(shè),2020年6月竣工投產(chǎn)。工程新建張北、康保、豐寧、北京4座換流站及±500千伏直流輸電線路666千米,具有680萬(wàn)千瓦的可再生能源匯集能力,將張北新能源基地、豐寧儲(chǔ)能基地與北京負(fù)荷中心相連,顯著提升了張北地區(qū)新能源外送能力。工程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(kāi)發(fā)和消納的世界級(jí)難題提供了“中國(guó)方案”。
02.工程建設(shè)成效
張北柔直工程投運(yùn)以來(lái),針對(duì)柔性直流電網(wǎng)技術(shù)的特殊性,國(guó)家電網(wǎng)公司探索應(yīng)用構(gòu)網(wǎng)型開(kāi)環(huán)控制策略,有效平抑新能源大規(guī)模并入柔性直流電網(wǎng)給系統(tǒng)帶來(lái)的影響,減少系統(tǒng)運(yùn)行故障的發(fā)生,大幅提高柔性直流電網(wǎng)的調(diào)節(jié)能力和靈活性。提升綠電輸送能力30%以上,助力張北柔直工程實(shí)現(xiàn)450萬(wàn)千瓦滿功率運(yùn)行。
2022年北京冬奧會(huì)場(chǎng)館歷史性地實(shí)現(xiàn)100%綠電供應(yīng)。“張北的風(fēng)點(diǎn)亮北京的燈”,由暢想變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)。北京冬奧會(huì)期間,張北柔直工程整體運(yùn)行情況良好,首個(gè)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(yàn)證,累計(jì)輸送新能源電量3.26億千瓦時(shí),輸電功率最高超過(guò)北京全市用電負(fù)荷的八分之一。
通過(guò)張北柔直工程,每年輸入北京地區(qū)的清潔電能,約占北京市年用電量的十分之一,相當(dāng)于減少標(biāo)準(zhǔn)煤燃燒490萬(wàn)噸,減排二氧化碳1280萬(wàn)噸。截至10月20日,張北柔直工程已安全運(yùn)維1574天,累計(jì)向京津冀地區(qū)輸送綠電超351.59億千瓦時(shí)。
新能源利用的“中國(guó)方案”
國(guó)家電網(wǎng)公司于2006年提出柔性直流輸電技術(shù)總體規(guī)劃,正式啟動(dòng)柔性直流輸電重大科技專項(xiàng),組建柔性直流技術(shù)攻關(guān)團(tuán)隊(duì)開(kāi)展系統(tǒng)化研究。
從“點(diǎn)對(duì)點(diǎn)”的柔性直流輸電到柔性多端聯(lián)網(wǎng),再到柔性直流電網(wǎng);從±30千伏,到±200千伏、±320千伏、±420千伏,再到±500千伏……多年來(lái),國(guó)家電網(wǎng)在柔性直流技術(shù)領(lǐng)域不斷取得創(chuàng)新突破,實(shí)現(xiàn)了該技術(shù)領(lǐng)域的跟跑到領(lǐng)跑。
柔性直流輸電工程
2011
我國(guó)首個(gè)柔性直流輸電工程——上海南匯風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)柔性直流輸電示范工程投運(yùn),容量20兆瓦,電壓等級(jí)±30千伏;
我國(guó)在柔性直流輸電技術(shù)領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)了從無(wú)到有的突破。
2014
浙江舟山五端柔性直流輸電工程投入運(yùn)行,最大單站容量400兆瓦,電壓等級(jí)±200千伏;
我國(guó)已掌握柔性直流輸電成套設(shè)計(jì)、試驗(yàn)、調(diào)試和運(yùn)行的核心技術(shù)。
依托張北柔直工程,國(guó)家電網(wǎng)公司通過(guò)產(chǎn)學(xué)研用大規(guī)模協(xié)同攻關(guān),在推進(jìn)重大裝備國(guó)產(chǎn)化方面取得重要成果,設(shè)備性能與制造水平占據(jù)了國(guó)際制高點(diǎn)。
1自主研制了世界上首批最高電壓等級(jí)的直流斷路器,攻克了“大功率直流電流開(kāi)斷”這一世界性難題。
2研制了世界上最大換流容量的柔直換流閥,可靠性達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先水平。
3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(guó)內(nèi)先進(jìn)功率半導(dǎo)體器件的空白。
工程還建成了涵蓋柔直工程建設(shè)全過(guò)程的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系,建立了世界一流的柔直試驗(yàn)基地,打造了國(guó)際一流的專家團(tuán)隊(duì),帶動(dòng)了我國(guó)電網(wǎng)技術(shù)和裝備制造產(chǎn)業(yè)升級(jí),鞏固和擴(kuò)大了我國(guó)在世界直流輸電領(lǐng)域的技術(shù)領(lǐng)先優(yōu)勢(shì)。
新一代輸電技術(shù)
柔性直流輸電技術(shù)是基于可關(guān)斷器件和電壓源換流器的直流輸電技術(shù),是繼交流輸電、常規(guī)直流輸電之后的新一代輸電技術(shù)。近年來(lái)柔性直流輸電技術(shù)在國(guó)內(nèi)外發(fā)展迅速。
相比常規(guī)高壓直流輸電,柔性直流輸電技術(shù)不存在換相失敗問(wèn)題,無(wú)需配置濾波及無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備,易于構(gòu)建多端直流電網(wǎng),具備黑啟動(dòng)能力,可以改善可再生能源接入性能,提高電網(wǎng)故障穿越能力和系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性。由多條柔性直流輸電線路組成的直流電網(wǎng)是未來(lái)電網(wǎng)的一個(gè)重要發(fā)展方向。隨著新能源的規(guī)?;_(kāi)發(fā),柔性直流輸電技術(shù),尤其是柔性直流電網(wǎng)的構(gòu)建,可以實(shí)現(xiàn)區(qū)域間能源資源的優(yōu)化配置、大規(guī)模新能源的可靠接入,提升現(xiàn)有電力系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性。