柔性直流輸電技術解決清潔能源“併網難”問題

在河北省張家口市，2022年北京冬奧會張家口賽區的比賽場館和配套設施正在緊張地建設之中。

這座地處華北平原與內蒙古高原連接區域的城市常年勁風不斷，“壩上一場風，從春刮到冬”，這是過去人們對這個城市爲風所困的寫照。經過國家能源部門初步測定，域內可開發風能資源儲量達4000萬千瓦以上，佔河北省陸上風資源的71%。同時，這裡也是河北省太陽能資源最豐富的的地區，太陽能可開發量超過3000萬千瓦。

憑藉突出的自然條件，張家口的風電和其他可再生能源也進入快速發展期。截至2019年底，張家口可再生能源的裝機容量達到1360萬千瓦，居全國全列。與之形成對比的是消納能力和對外輸送通道建設的不足。數據顯示，2014年，張家口區內電網最大負荷僅爲185萬千瓦，可再生能源對外輸送能力不足400萬千瓦。

在我國，包括風電、太陽能發電在內的可再生能源面臨的挑戰是雙重的。首先，這類能源的隨機性、波動性和間歇性大，因此大規模併網會對電網產生衝擊。以風電爲例，只有在有風的時候才能發電，而且風大的時候往往是夜間，是用電負荷最低的時候，調峰難度很大。其次，與丹麥等風電發展比較成熟的國家自發自用的模式不同，我國的可再生能源發電中心和用電負荷中心距離遙遠。在本地無法消納的情況下，只有建設長距離送電通道，纔能有效利用這些資源。

在可再生能源日益發展壯大的背景下，柔性直流輸電技術應運而生。得益於其快速靈活的可控性、高度的緊湊性以及優良的環境適應性，柔性直流輸電技術能夠支持大規模可再生能源的高效接入。除此之外，該項技術還可提供適應性更強的接納、傳輸模式，提高電網大規模遠距離輸電能力。

2017年12月，張北柔性直流電網工程獲得國家發改委覈准，並於2018年2月正式開工。該工程是世界首個柔性直流電網工程，也是世界上電壓等級最高、輸送容量最大的柔性直流工程。工程額定電壓±500千伏，建設666千米±500千伏直流輸電線路，新建張北、康保、豐寧和北京4座換流站，總換流容量900萬千瓦，有效解決了清潔能源送不出、併網難的問題。

作爲直流電和交流電相互轉換的橋樑，換流閥可以說是這一備受矚目工程的心臟，是柔性直流項目中技術含量最高、挑戰最大的主設備之一。

常州博瑞水冷試驗組試驗工程師王科打了一個形象的比喻：“如果把換流閥比作汽車發動機的話，換流閥冷卻系統相當於汽車的冷卻系統。一旦冷卻系統出現問題，整個汽車都無法正常運行。”

據瞭解，張北換流站內換流閥最核心的水冷系統，正是採用了格蘭富最大功率315KW的端吸泵，爲其源源不斷地提供離子冷卻水，保證換流閥的正常運行。在特高壓行業，採用315KW水泵這麼大功率的水泵還是第一次。四臺水泵同時工作，一小時可以泵送3000多噸水，相當於1.5個標準游泳池的水。

2019年12月27日，張北柔性直流電網工程全面啓動調試，進入帶電調試階段。張北換流站從試運行至今，系統運行平穩，節能效應突出。

作爲世界首個柔性直流環網工程，張北柔直電網工程實現了風、光、儲多能互補，爲張家口2020年規劃中的2000萬千瓦新能源提供了重要的送電通路，能夠支持冬奧場館100%的清潔能源供應，服務低碳綠色冬奧。

張北柔性直流電網工程每年可接納清潔電能225億度，大約相當於北京市年用電量的十分之一，摺合標煤780萬噸，可減少二氧化碳排放2040萬噸，氮氧化物排放5800噸，大幅提升北京地區清潔能源消費的比重，形成京張兩地優勢互補共享共贏的格局。