重大項目巡禮丨張北柔直工程：12項世界第一破解綠電大規(guī)模消納難題
日前,，張北柔直工程中都換流站進行年度檢修,。趙勇攝
在新能源領域，河北有一項超級工程,，創(chuàng)12項世界第一,，讓全球為之矚目。它就是張北柔性直流電網(wǎng)工程,。
2850兆瓦,、2870兆瓦……10月31日，張北柔直工程中都換流站主控室大屏幕上,，全站向北京輸送綠電的功率數(shù),，以千分之一秒為單位持續(xù)刷新。
“張北的風點亮北京的燈”,，這項工程助力北京冬奧會實現(xiàn)了奧運史上首次全時段100%綠電供應,。
截至10月31日，張北柔直工程已安全運行1585天,，累計向京津冀地區(qū)輸送綠電超355.95億千瓦時,。
在中都換流站站長王大中眼里，數(shù)據(jù)背后是冀北電力人的創(chuàng)新與創(chuàng)造,。
2018年初,，張北柔直工程開工建設。工程新建中都,、康巴諾爾,、阜康和延慶4座換流站及±500千伏直流輸電線路。
這是世界首個四端柔性直流電網(wǎng)工程,，技術,、設備代表了最高水平。
7月12日拍攝的張北柔直工程中都換流站,。國網(wǎng)冀北超高壓公司供圖
為何要組建柔性直流電網(wǎng),？
風起風止，日升日落,，新能源的隨機性,、波動性特征使得其大規(guī)模并網(wǎng)消納成為世界級難題。
王大中打了個比方：“如果說交流輸電是公路,，常規(guī)直流輸電就像鐵路,，那柔性直流輸電則是高鐵。后者具有快速響應,、高可控性和強大適應性的特點,，是有效駕馭新能源最關鍵的技術之一。”
籌備階段,，國網(wǎng)冀北電力有限公司超高壓分公司面向各基層單位招募骨干人員,。
有著二十多年變電運維經(jīng)驗的王大中毅然報名,，來到張北壩上，加入了工程建設大軍,。
“張北一場風,，從春刮到冬”，這是張北地區(qū)發(fā)展風電的資源優(yōu)勢,，但也給工程建設帶來極大的考驗,。
工程剛開始的時候，白天零下二十多攝氏度,，晚上零下三四十攝氏度,。地面凍土深度達2.6米，工程樁根本就打不下去,，必須人工鑿孔,，固定住樁頭。
就在這樣的環(huán)境下,，建設者們克服困難,，耗時4個月完成了3520根樁的施工。
更大的挑戰(zhàn)來自核心技術研發(fā),。
日前,，張北柔直工程中都換流站開展換流閥年度檢修工作。吳楠攝
工程安裝的很多設備是世界首臺首套,，這意味著沒有現(xiàn)成的經(jīng)驗可循,。
作為直流電和交流電相互轉換的橋梁，柔性直流換流閥被稱為張北柔直工程的“心臟”,，是工程中技術含量最高,、挑戰(zhàn)最大的主設備之一。
畫了數(shù)百張圖紙,，提交了幾十份報告,，開展數(shù)百次試驗研制換流閥樣機，經(jīng)過多次迭代升級……研發(fā)人員一路摸索前行,，成功研制出±500千伏/3000兆瓦級柔性直流換流閥。
記者看到,，在中都換流站換流閥廳,，高大的換流閥閥塔靜靜矗立。
一座閥塔由132個子模塊組成,，全站共有24座這樣的閥塔,。每個子模塊均可實現(xiàn)獨立控制。即使損壞數(shù)個子模塊,，“心臟”依然能健康穩(wěn)定運行,。
“若要實現(xiàn)成網(wǎng)運行,，必須考慮發(fā)生故障時的處理方式。”在國網(wǎng)冀北電力有限公司高級專家金海望看來,，艱巨的挑戰(zhàn)還來自故障電流的應急處置,。
當電網(wǎng)系統(tǒng)發(fā)生故障時，會瞬時產(chǎn)生很大的故障電流,，必須在短時間內將故障電流切斷,。
向世界級難題發(fā)起攻堅，研發(fā)人員自主研制了世界上首批最高電壓等級的直流斷路器,。
這種高壓直流斷路器,，能夠在3毫秒內快速分斷超大的直流故障電流，并且還具有重新合閘的功能,，保障電力輸送不中斷,。
超級工程，要求每一個細節(jié)甚至小到螺絲的緊固都要精確無誤,。
數(shù)百天里,，金海望帶領團隊成員，足跡遍布3座換流站的每個角落,，完成了30萬個螺絲的緊固工作,。
有這樣一個場景，深深地印在了他的腦海里——壩上的冬天寒風凜冽,，在一片漆黑的原野上,，換流站燈火通明，如一顆璀璨的星星,。
2020年6月29日,，張北柔直工程順利投運。工程共創(chuàng)造了12項世界第一——
研制了世界上最高功率的絕緣柵雙極型晶體管（IGBT）器件,，填補了國內先進功率半導體器件的空白,；
安裝了世界上最高電壓等級、最大輸送能力的直流電纜,；
構建了世界上第一個實現(xiàn)風,、光和儲能多能互補的直流電網(wǎng)；
…………
每一項突破,，都飽含了中國電力人的智慧和汗水,。
工程先后榮獲中國工業(yè)大獎、國家優(yōu)質工程獎,，建成了涵蓋柔直工程建設全過程的技術標準體系,，帶動了我國電網(wǎng)技術和裝備制造產(chǎn)業(yè)升級。
張北柔直工程投運以來,，核心技術突破的腳步從未停歇,。
從應用數(shù)字孿生技術到建成數(shù)字換流站,，從可視化設備到閥廳內無人機巡檢再到“空天地一體化”巡檢，一項項創(chuàng)新突破助力綠電進京,。
近日,，2024新型電力系統(tǒng)發(fā)展（崇禮）論壇在張家口崇禮舉行，業(yè)內大咖齊聚,。
“新型電力系統(tǒng)建設沒有成熟先例,，必須強化過程管理，匯聚各方合力,，持續(xù)迭代升級,。”論壇上，國網(wǎng)冀北電力有限公司董事長,、黨委書記張瑋的發(fā)言備受關注,。
下一步，冀北電力將依托張北柔直工程,，開展張家口構網(wǎng)型多端柔直科技示范工程建設,。通過攻關關鍵核心技術，打造世界首個單閥廳容量達到3吉瓦的緊湊型,、構網(wǎng)型柔性直流輸電示范工程,。（河北日報記者 潘文靜）
