世界特高壓輸電技術邁進柔性直流時代：剛柔并濟 澎湃東來

　　南方電網(wǎng)公司堅持以習近平新時代中國特色社會主義思想為指導，認真貫徹黨中央、國務院重大決策部署，深入落實“四個革命、一個合作”能源安全新戰(zhàn)略，舉全網(wǎng)之力，努力將烏東德電站送電廣東廣西特高壓多端柔性直流示范工程(簡稱“昆柳龍直流工程”)打造為向建黨100周年獻禮的政治工程，服務新時代推進西部大開發(fā)形成新格局、粵港澳大灣區(qū)和深圳中國特色社會主義先行示范區(qū)建設的標桿工程。

　　作為世界第七大水電站——烏東德水電站的主要送出“大動脈”，工程從云南出發(fā)，跨過1452公里的高山河湖，把電站豐沛的水電分別送往廣東和廣西的用電負荷中心。其提前投產(chǎn)，為寒冷的今冬送上充足的“民生電”，更為兩省區(qū)送上清潔的“生態(tài)電”。

　　工程預計每年送電330億千瓦時，相當于海南省一年的全社會用電量。它有效解決“十三五”末及中長期云南水電消納問題，為滿足“十四五”和后續(xù)粵港澳大灣區(qū)經(jīng)濟發(fā)展用電需求奠定堅實基礎。預計，工程投產(chǎn)后，南方電網(wǎng)的非化石能源電量占比，將從2019年的52.9%提升至54%甚至更高。

　　工程在科技創(chuàng)新上取得了重大的突破，是國家首個特高壓多端直流示范工程，是世界首個特高壓柔性直流工程，也是目前世界上電壓等級最高、輸送容量最大的多端混合直流工程。

　　工程采用安全性、靈活性、穩(wěn)定性更高的柔性直流技術。在此之前，世界上柔性直流的最高電壓等級為±500千伏，工程則提升到前所未有的±800千伏。世界特高壓輸電技術從此邁進柔性直流時代。

　　為高效送出水電，又確保廣東、廣西電網(wǎng)受入巨量電能時的安全穩(wěn)定，工程首創(chuàng)多端混合直流輸電技術，送電端采用常規(guī)直流，廣東和廣西2個受電端采用柔性直流，打造柔性直流輸電的“港珠澳大橋”。

　　工程創(chuàng)造了19項電力技術的世界第一，主要設備自主化率100%，有力帶動國內相關裝備制造業(yè)的高端化和設備的國產(chǎn)化。南方電網(wǎng)與國內相關廠家共同研發(fā)的柔性直流關鍵芯片(IGBT)成功應用到工程中，打破了國外少數(shù)廠家的壟斷。

　　由于線路要穿越眾多復雜的地理和氣候環(huán)境，工程還首創(chuàng)架空線路直流故障自清除技術。當遭遇外界環(huán)境沖擊突然短路時，工程能在0.5秒內恢復正常運行，保障這條能源“大動脈”的穩(wěn)定輸送。

　　據(jù)了解，南方電網(wǎng)主網(wǎng)架已經(jīng)發(fā)展成為世界上技術最先進、結構最復雜、運行最穩(wěn)定的大電網(wǎng)之一。伴隨著工程的建成投產(chǎn)，“十三五”期間南方電網(wǎng)全面建成了六大直流工程，以及海南聯(lián)網(wǎng)二回交流海纜工程，已經(jīng)形成了8條交流、11條直流的跨省西電東送大電網(wǎng)，西電東送總能力超過5800萬千瓦。

　　國之重器的龍頭帶動作用凸顯

　　提前半年投產(chǎn),拉動產(chǎn)業(yè)投資近800億元

　　工程于2018年3月29日由國家發(fā)展改革委核準批復建設，采用±800千伏特高壓三端混合直流系統(tǒng)，輸送容量800萬千瓦。工程總投資242.49億元，線路起于云南昆北換流站，落點在廣西柳北換流站和廣東龍門換流站，途經(jīng)云南、貴州、廣西、廣東四省(區(qū))。

　　工程建設規(guī)模大、工期緊、任務重，技術創(chuàng)新點多，關鍵設備研發(fā)難度大，且沒有現(xiàn)成經(jīng)驗可以借鑒，挑戰(zhàn)巨大。南方電網(wǎng)公司舉全公司之力推動工程建設。

　　今年，公司克服了疫情帶來的重重困難，工程建設高峰期全線投入1.1萬余人，較原計劃增加20%以上，新增吸納了工程沿線地區(qū)大量人員就業(yè)，全力穩(wěn)就業(yè)保就業(yè)。工程有效帶動了包括原材料、電力設備、電力電子器件、設計、施工、監(jiān)理、檢測等在內的電力產(chǎn)業(yè)鏈上下游眾多企業(yè)的復工復產(chǎn)達產(chǎn)，參建單位達40余家、物資供應商達150家，拉動社會投資約780億元，在保產(chǎn)業(yè)鏈供應鏈穩(wěn)定方面發(fā)揮了重要作用。

　　作為烏東德水電站的水電送出工程，額定輸送容量約占烏東德水電站總裝機容量的80%。今年7月，工程提前30天實現(xiàn)第一階段投產(chǎn)送電，有效服務烏東德電站首批機組投產(chǎn)。

　　公司切實落實習近平總書記關于“加快構建以國內大循環(huán)為主體、國內國際雙循環(huán)相互促進的新發(fā)展格局”的重大部署，進一步加大投資力度、加快建設進度，實現(xiàn)昆北—柳北—龍門三端提前半年帶電投產(chǎn)。

　　據(jù)了解，“十三五”期間，南方電網(wǎng)西電東送累計售電量突破1萬億千瓦時，是“十二五”期間的1.5倍。今年迎峰度夏期間，云南、貴州日均輸電通道利用小時數(shù)達到21.9小時，西電東送通道利用率高達91%，為歷年最高水平。

　　央企創(chuàng)新國家隊主力軍作用凸顯

　　創(chuàng)下19項世界第一，主要設備自主化率100%

　　“這是一個領跑世界的超級工程。它的提前投運標志著我國特高壓直流輸電技術提升到空前水平，開創(chuàng)出新的輸電模式，為世界電網(wǎng)發(fā)展提供大量寶貴的經(jīng)驗。”中國工程院院士、南方電網(wǎng)公司專家委員會主任委員李立浧表示，作為世界級工程，其技術難度、復雜性都達到了當前輸變電領域的世界最高水平。

　　自工程建設以來，公司整合國內科研、設計、制造等單位，集中優(yōu)勢技術資源和力量開展科技攻關，組建了柔直換流閥、控制保護、柔直變及電抗器、開關及套管等4個技術攻關團隊，解決了“單一模塊故障導致系統(tǒng)閉鎖”、系統(tǒng)運行方式優(yōu)化等世界級難題，在世界上率先建成系統(tǒng)全面的特高壓多端混合柔性直流技術知識產(chǎn)權體系，創(chuàng)造了19項世界第一，進一步擦亮“特高壓”的國家名片。

　　特別是公司全力推動關鍵原材料(器件)研發(fā)與應用，牽頭解決“卡脖子”問題，維護特高壓直流技術全產(chǎn)業(yè)鏈安全。工程包括大容量柔性直流換流閥、柔性直流變壓器、橋臂電抗器在內的主要設備自主化率100%，原材料(器件)國產(chǎn)化率大幅提升。

　　中國工程院院士、南京南瑞繼保電氣有限公司董事長沈國榮表示，工程推動了中國柔性直流輸電技術保持國際領先的地位，并通過“需求拉動”，促進能源電力產(chǎn)業(yè)鏈上下游企業(yè)及各方創(chuàng)新能力的快速提升。

　　據(jù)介紹，在進口量最大的關鍵器件(IGBT)上，公司與中國中車共同研發(fā)，一舉突破，在工程上實現(xiàn)該器件在高低端、全半橋、多型號的全面試用，并得到了有效驗證，關鍵性能指標超過同類進口產(chǎn)品。

　　工程自第一階段投產(chǎn)以來，連續(xù)滿負荷穩(wěn)定運行，累計送電超50億度，運行指標、安全可靠水平世界領先，充分驗證了產(chǎn)業(yè)鏈整體制造水平。

　　“工程的投產(chǎn)標志著遠距離大容量輸電進入特高壓柔性直流輸電時代。”浙江大學教授、國際電氣電子工程師學會(IEEE)會士徐政表示，工程不但具有重大的現(xiàn)實意義，而且具有深遠的歷史意義。

　　落實新發(fā)展理念的排頭兵作用凸顯

　　100%輸送可再生能源，能源優(yōu)勢轉化為經(jīng)濟優(yōu)勢

　　當前，我國在推動高質量發(fā)展中促進經(jīng)濟社會發(fā)展全面綠色轉型，力爭在2030年前二氧化碳排放達到峰值、2060年前實現(xiàn)碳中和。

　　數(shù)據(jù)顯示，廣東省接收西電東送電量已連續(xù)9年維持正增長，近兩年均達到2000億千瓦時以上，約占廣東全省用電量的30%，每年為廣東企業(yè)減少用電成本約80億元。西電東送為粵港澳大灣區(qū)打造綠色低碳的“生態(tài)灣區(qū)”、實現(xiàn)PM2.5濃度逐年下降目標作出了積極貢獻。

　　工程投產(chǎn)后，年輸送電量預計可達330億千瓦時，全部為可再生能源，相當于每年減少煤炭消耗950萬噸、減排二氧化碳2500萬噸，有效促進節(jié)能減排和大氣污染防治，將使南方區(qū)域天更藍、地更綠、水更清、生態(tài)環(huán)境更美，對于粵港澳大灣區(qū)及廣西電力負荷中心能源供應實現(xiàn)清潔化及經(jīng)濟性雙重目標具有現(xiàn)實意義。

　　不久前，隨著烏東德右岸電廠9號機組順利投運，云南省電源裝機突破1億千瓦，達10073萬千瓦。云南水能利用率從2017年的88%提升至2019年的99.3%，預計2020年也將達到99%以上，已基本實現(xiàn)全額消納。該工程將進一步提升云南水電消納能力，同時對風、光等新能源的大規(guī)模開發(fā)利用起到推動作用。

　　行業(yè)人士認為，為實現(xiàn)中國承諾的2030年前碳達峰和2060年前碳中和目標，新能源占比必將大幅增加。柔性直流在新能源并網(wǎng)，特別是高比例甚至純新能源、分布式新能源、遠海風電等傳統(tǒng)輸電技術方案實現(xiàn)難度大的領域大有可為、前景廣闊。

作者：孫維鋒 張偉雄 辛鎮(zhèn)瀚 王淳