柔性直流输电技术解决清洁能源“并网难”问题

在河北省张家口市，2022年北京冬奥会张家口赛区的比赛场馆和配套设施正在紧张地建设之中。

这座地处华北平原与内蒙古高原连接区域的城市常年劲风不断，“坝上一场风，从春刮到冬”，这是过去人们对这个城市为风所困的写照。经过国家能源部门初步测定，域内可开发风能资源储量达4000万千瓦以上，占河北省陆上风资源的71%。同时，这里也是河北省太阳能资源最丰富的的地区，太阳能可开发量超过3000万千瓦。

凭借突出的自然条件，张家口的风电和其他可再生能源也进入快速发展期。截至2019年底，张家口可再生能源的装机容量达到1360万千瓦，居全国全列。与之形成对比的是消纳能力和对外输送通道建设的不足。数据显示，2014年，张家口区内电网最大负荷仅为185万千瓦，可再生能源对外输送能力不足400万千瓦。

在我国，包括风电、太阳能发电在内的可再生能源面临的挑战是双重的。首先，这类能源的随机性、波动性和间歇性大，因此大规模并网会对电网产生冲击。以风电为例，只有在有风的时候才能发电，而且风大的时候往往是夜间，是用电负荷最低的时候，调峰难度很大。其次，与丹麦等风电发展比较成熟的国家自发自用的模式不同，我国的可再生能源发电中心和用电负荷中心距离遥远。在本地无法消纳的情况下，只有建设长距离送电通道，才能有效利用这些资源。

在可再生能源日益发展壮大的背景下，柔性直流输电技术应运而生。得益于其快速灵活的可控性、高度的紧凑性以及优良的环境适应性，柔性直流输电技术能够支持大规模可再生能源的高效接入。除此之外，该项技术还可提供适应性更强的接纳、传输模式，提高电网大规模远距离输电能力。

2017年12月，张北柔性直流电网工程获得国家发改委核准，并于2018年2月正式开工。该工程是世界首个柔性直流电网工程，也是世界上电压等级最高、输送容量最大的柔性直流工程。工程额定电压±500千伏，建设666千米±500千伏直流输电线路，新建张北、康保、丰宁和北京4座换流站，总换流容量900万千瓦，有效解决了清洁能源送不出、并网难的问题。

作为直流电和交流电相互转换的桥梁，换流阀可以说是这一备受瞩目工程的心脏，是柔性直流项目中技术含量最高、挑战最大的主设备之一。

常州博瑞水冷试验组试验工程师王科打了一个形象的比喻：“如果把换流阀比作汽车发动机的话，换流阀冷却系统相当于汽车的冷却系统。一旦冷却系统出现问题，整个汽车都无法正常运行。”

据了解，张北换流站内换流阀最核心的水冷系统，正是采用了格兰富最大功率315KW的端吸泵，为其源源不断地提供离子冷却水，保证换流阀的正常运行。在特高压行业，采用315KW水泵这么大功率的水泵还是第一次。四台水泵同时工作，一小时可以泵送3000多吨水，相当于1.5个标准游泳池的水。

2019年12月27日，张北柔性直流电网工程全面启动调试，进入带电调试阶段。张北换流站从试运行至今，系统运行平稳，节能效应突出。

作为世界首个柔性直流环网工程，张北柔直电网工程实现了风、光、储多能互补，为张家口2020年规划中的2000万千瓦新能源提供了重要的送电通路，能够支持冬奥场馆100%的清洁能源供应，服务低碳绿色冬奥。

张北柔性直流电网工程每年可接纳清洁电能225亿度，大约相当于北京市年用电量的十分之一，折合标煤780万吨，可减少二氧化碳排放2040万吨，氮氧化物排放5800吨，大幅提升北京地区清洁能源消费的比重，形成京张两地优势互补共享共赢的格局。