“合闸，执行！”6月29日上午10时，随着运行人员发出口令，张北换流站阀厅内的刀闸和4座直流断路器顺利合闸，主控室监控大屏上的光伏功率曲线逐步上升，总投资125亿元的张北可再生能源柔性直流电网示范工程正式投入运行。一个多月来，源自张家口的绿色电力为北京电网源源不断地供应着新生力量。
冀北电力建设部主任田生林兴奋地说：“张北柔性直流电网试验示范工程采用我国原创、领先世界的柔性直流电网新技术，创造了12项世界第一，是破解新能源大规模开发利用世界级难题的中国方案。通过一个多月的运行，这一集成技术已经取得成功经验，可以在全国复制推广。”
解决张家口巨量新能源消纳难题
北京延庆，长城脚下，张北柔性直流工程北京换流站内，大屏幕上醒目的一道红线代表来自张家口张北的电流正源源不断地流入北京。这是张北柔性直流示范工程的唯一接收站，将接收来自张北地区风能、太阳能、生物质能转化而来的清洁电能。
田生林介绍，柔性直流技术是一种以电压源换流器为核心的新型直流输电技术，它的主要作用是在送端将各种清洁能源整合打包变为直流电输送至受端，再在受端将直流电转变为稳定的交流电送给用户。这一技术响应速度快、可控性好、运行方式灵活，适用于可再生能源并网、分布式发电并网、孤岛供电等。中国将这项技术命名为柔性直流技术。
之所以在张家口地区建设这项创新工程，是因为张家口属于可再生能源资源富集区，风能、太阳能可开发规模高达8500万千瓦，具备良好的多能互补建设条件。同时，张家口地区电力需求小，新能源接纳能力有限，但毗邻京津冀电力负荷中心，是典型的大规模新能源开发与外送系统场景。
预计到今年年底，张家口新能源装机规模将达到2000万千瓦以上。由于张家口电网位于华北500千伏交流主网末端，电网结构薄弱，存在新能源安全并网、电力送出和消纳等问题，现有及规划的交流外送通道无法满足新能源送出需求，亟需新建输电通道，探索新能源送出及消纳的新模式。
张家口地区目前还有至少四分之三的新能源潜力未被开发，其中很重要的一部分正位于张北。“为什么没开发？就是因为之前输送能力有限。”田生林表示，通过张北柔直工程，一下就把张家口、承德地区上百家风电场、数千家光伏电站连成了一个有机整体，构建了一个全要素物联、全空间展示、全信息监控、全场景模拟、全智库指导、全过程分析、全生命管理的“七全”管控系统，相当于给基建管理者装上了洞察一切的“全知之眼”。
张北柔直工程对推动新能源开发外送，促进送端地区资源优势转化为发展优势将起到决定性作用。国家电网公司通过这样的示范工程，可使河北坝上地区3000万千瓦绿色电力为北京西北部电网直接供电，就近解决燃气电厂替代问题，改善环境质量。
为了“化柔为刚”，建成两个“世界最大”
“工程可控性高、适应性好，能够充分利用张家口地区大规模风、光互补特性，以及直流电网与丰宁抽水蓄能电站的调峰能力，有效平抑新能源间隙性、波动性对电网的冲击，解决张家口地区千万千瓦级清洁能源送出难题，已经创造了12项世界第一。”说起张北柔性直流工程的创新成果，参与工程建设的专家们成竹在胸。
“柔性直流输电技术是世界上最先进的输电技术，相当于在电力系统中接入一个完全可控的‘水泵’，能够精准控制水流的方向、速度和流量，弥补了常规直流输电只能控制方向的局限性，可以大规模接纳清洁电能。”中南院北京换流站设计总工杨明说。
杨明介绍，为了让整个电网“化柔为刚”，保障电力平稳输出，他们在张北建立了世界上最大的风光储输一体化装置，能储蓄电力5万千瓦；在丰宁建设了世界上最大的抽水蓄能电站，总装机容量达到360万千瓦，使之在整个电站中产生蓄水池作用。当电力富裕充沛时，用它们储能；当电力紧缺时，让它们及时补充电网。这就使电网的柔性能力加大，而刚性的电力保障也有了相应的基础。
项目的主设备研发聚集了国内外一流的技术创新和装备制造单位，设计输入资料随时都在调整。国家电网全球能源互联网研究院，中电工程中南院、西南院、浙江院等设计团队积极与厂家沟通、配合，确保工程集成了最新的柔直技术。
其中，湖南院承担了张北柔性直流工程导地线选型的专题研究。导线担负着传输电能的重任，结合以往设计经验，湖南院共敲定6种常规导线组合方案、5种新型导线组合方案，选择了10种金属回流线导线组合方案，通过对电气性能、机械性能和全寿命周期费用等各方面进行技术经济比较，最终确定选型，保证线路运行安全。
“创新项目的聚合，使得张北柔直工程得以最终完成。作为世界首个真正具有网络特性的直流电网工程，率先开展了四端柔性直流环形电网的建设，并把柔性直流输电电压提升至了±500千伏，单换流器额定容量提升到了150万千瓦；首次研制并应用了直流断流器、换流阀、控制保护等直流电网关键设备，整个核心技术和关键设备均实现国际首创，创新引领和示范意义十分重大。”国网冀北工程管理公司张北换流站业主项目经理郭良说。
为北京提供年用电十分之一的清洁电能
盛夏时节，骄阳炙烤着大地，位于崇礼区太子城镇的张家口奥运村内，无数建设者头顶烈日激战正酣。“这里是2022年北京冬奥会运动员及随队人员住宿休息的地方，建设和生活用电已经全部采用‘绿电’，契合了与绿色办奥的理念。这部分绿电的使用，与张北柔直工程息息相关。”现场负责人说。
国网冀北电力建设部项目管理高级主管刘中华表示，张北柔直工程是冬奥会重点配套工程之一，是“绿色奥运”“低碳奥运”理念的实践，每年可向北京地区输送清洁电量约225亿千瓦时，大约相当于北京市年用电量的十分之一，折合节约标煤每年780万吨、减排二氧化碳2040万吨。
值得一提的是，得益于张北柔直工程输送的大规模清洁电量，冬奥会场馆有望实现100%全清洁电力供应。不仅能够满足冬奥会的绿电需求，更将大幅提升北京地区新能源电力消费比例。
与此同时，张北柔直工程还将有效促进张家口地区扶贫电站的新能源消纳，惠及1110座光伏扶贫电站和10.5万户群众。（张家口日报|记者 白波）
