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世界首個直流電網——張北可再生能源柔性直流電網試驗示范工程，在經過了168小時調試和試運行之后，于6月29日正式投運。張北地區(qū)富集的可再生能源成功接入首都電網，2022年北京冬奧會所有場館實現(xiàn)奧運史上首次100%清潔能源供電有了保障，北京全市用電負荷的1/10也就此實現(xiàn)清潔化。

張北柔直工程鳥瞰

“此前所有的電網都是交流電網?！眹译娋W有限公司有關負責人表示，由于受交、直流輸電本身技術特性所限，直流輸電主要用于點對點、遠距離、大容量電源外送，而不能組網；交流輸電則可以滿足常規(guī)電源送出和電網互聯(lián)需求，且成本低。

以風電、光伏發(fā)電為代表的“隨機性、波動性、間歇性可再生能源的大規(guī)模接入，對傳統(tǒng)輸電方式提出了巨大挑戰(zhàn)”，按國網公司特高壓部主任王紹武的說法，可再生能源接入電網，“遇到原理性障礙”。

對此，國網經研院直流中心主任樂波解釋，交流電網需要同時關注有功和無功平衡，功率流向是靠電網的自然阻抗特性分布，可控性差，不靈活；而直流輸電能夠平抑隨機波動的功率，保證負荷平穩(wěn)供電，更適合大規(guī)?？稍偕茉唇尤耄捎凇爸绷麟娏鳑]有過零點，直流斷路器、大容量換流閥等設備研發(fā)難度大，控制系統(tǒng)復雜”，在柔性直流技術成熟之前，“直流組網很難實現(xiàn)”。

柔性直流（flexible）是20世紀90年代興起的以電壓源換流器為核心的新一代直流輸電技術。國網冀北電力建設部主任田生林用“一個完全可控的水泵”來比喻，它能夠精準控制水流的方向、速度和流量，從水源地準確地供水給用戶；某個水管壞了，可借助其他水管繼續(xù)供水，“這在傳統(tǒng)交流電網是不可想象的”。

田生林分析，這一“柔性”、靈活特征，緣于它采用最先進的電壓源型換流器（VSC）和類似集成電路的全控器件（IGBT），與傳統(tǒng)直流采用類似開關的半控型晶閘管器件相比，“可控能力強、功率調節(jié)速度快、運行方式靈活”，能夠有效抑制交流電壓波動，減少功率波動對受端電網的影響，所以是破解新能源大規(guī)模并網消納難題的“金鑰匙”。

配制出這把“金鑰匙”，卻不是一件容易的事情。王紹武指出，柔直技術在大規(guī)模可再生能源送出等場景的工業(yè)化應用，面臨組網技術空白、輸電能力受限、運行可靠性低等三大世界級技術難題，都極具挑戰(zhàn)性。

±500千伏康保換流站施工現(xiàn)場，施工人員正在吊裝橋臂電抗器。

張北柔直工程總投資125億元，新建張北、康保、豐寧和北京4座換流站，額定電壓±500千伏，額定輸電能力450萬千瓦，輸電線路長度666千米。張北、康保換流站為送電端，接入新能源，豐寧站為調解端，接入抽水蓄能，北京站為接收端，接入首都負荷中心。工程于2017年12月獲國家發(fā)改委核準，2018年2月開工建設。

工程采用我國原創(chuàng)、領先世界的柔性直流電網新技術，創(chuàng)造了12項世界第一，在上述三大世界級挑戰(zhàn)上均取得突破：提出并攻克柔性直流組網技術，建成世界首個真正具有網絡特性的直流電網；將柔性直流的輸電容量提升至常規(guī)直流水平，攻克了制約我國柔性直流發(fā)展的關鍵核心問題；將柔性直流的可靠性提升至常規(guī)直流水平，使柔性直流輸電的大規(guī)模工業(yè)化應用成為可能。

國網方面表示，張北柔直工程采用全新的柔性直流電網技術，獲得了超越新能源特性和常規(guī)輸電技術的高可控性，從根本上提高了電網對可再生能源的駕馭能力。大規(guī)模清潔能源可不依賴交流電網的有無和強弱，不需要傳統(tǒng)能源發(fā)電的支撐，直接孤島接入柔直電網。以柔直電網為中心，“多點匯集”，“多能互補”，“時空互補”，“源網荷協(xié)同”，實現(xiàn)可再生能源側自由“波動”發(fā)電和負荷側可控“穩(wěn)定”供電，解決“純”清潔能源大規(guī)模消納難題。

國家能源局介紹，全世界大量待開發(fā)的可再生能源都處于電網薄弱地區(qū)，張北的問題具有典型性。張北柔直工程的創(chuàng)新實踐，開拓了可再生能源大規(guī)模開發(fā)利用和友好消納的新道路。國家能源局副局長劉寶華表示，“未來我們還要建設更多、更高水平的柔性直流工程”。

科技日報記者 瞿劍