张北柔性直流电网试验示范工程是国家电网有限公司贯彻落实“四个革命、一个合作”能源安全新战略的重大标志性工程，是世界上首个柔性直流电网工程，是中国原创、领先国际的重大技术创新，突破了柔性直流组网、容量提升与可靠性提升等三大技术难题，创造了12项世界第一。近日，该工程荣获第七届中国工业大奖。
张北柔直工程是电力发展“十三五”规划的重点电网工程和重大创新工程，于2018年2月开工建设，2020年6月竣工投产，新建张北、康保、丰宁、北京4座换流站及±500千伏直流输电线路666千米。工程将张北新能源基地、丰宁储能基地与北京负荷中心相连，成为世界首个具有网络特性的直流电网工程，显著提升了张北地区新能源外送能力，全面提高了京津冀地区绿色电能比例，为破解新能源大规模开发和消纳的世界级难题提供了“中国方案”。
张北的风点亮北京的灯 开辟新能源大规模送出新路径
张北的风电场和光伏电站
3月的张北，碧空如洗，草原上一排排光伏板在阳光下熠熠发光，如同一片蓝色海洋，一台台风机徐徐转动，条条银线载满清洁电能送至远方。
地处河北省西北部、内蒙古高原南缘，张北辽阔的地域、特殊的气候条件，使这里拥有优质的可再生能源资源。其中，风能、太阳能尤为丰富，适合大规模开发。
张北柔直工程依托张北坝上地区新能源送出、支持北京电力供应绿色低碳转型的典型场景，建设了世界上首个风、光、储、输一体化的柔性直流电网工程，从原理上突破了交流电网强弱、新能源汇集距离等因素对新能源并网的限制，通过“多点汇集、多能互补、时空互补、源网荷协同”，实现了新能源侧自由波动发电和负荷侧可控稳定供电，为推动能源转型、保障能源安全提供了全新技术手段。
张北柔直工程拥有680万千瓦的可再生能源汇集能力，是世界首个输送大规模风能、太阳能、抽水蓄能等多种形态能源的四端柔性直流电网。经由它，张北的“无限风光”顺利进京。
张北柔直工程张北换流站
2022年北京冬奥会载入史册，冬奥场馆历史性地实现100%绿电供应。“张北的风点亮北京的灯”，这一诗意畅想变为美好现实。冬奥会期间，张北柔直工程整体运行情况良好，首个柔性直流电网系统的稳定性、全套自主化核心装备的可靠性均得到了充分验证，累计输送新能源3.26亿千瓦时，输电功率最高超过北京全市用电负荷的八分之一，在世界舞台上全面展示了中国“能源生产和消费革命”的新模式。
绿电点亮一座座奥运场馆，也走进北京的千家万户。通过张北柔直工程，每年140亿千瓦时清洁电能输入北京地区，约占北京市年用电量的十分之一，相当于减少标准煤燃烧490万吨，减排二氧化碳1280万吨。截至今年3月15日，张北柔直工程累计向北京、河北北部地区输送164.06亿千瓦时清洁电能，在电力保供、能源转型中持续发力。
自主攻关首次构建直流电网 创造12项世界第一
风起风止，日升日落，新能源的随机性、波动性特征使得新能源大规模并网消纳成为世界级难题。柔性直流输电技术是破解清洁能源大规模并网消纳难题的“金钥匙”，是能源有效驾驭和高效转换最关键的技术之一。
中国工业大奖获奖项目标准中对科技水平有着明确规定：在关键领域取得重大突破，拥有自主知识产权、关键核心技术及标准。
张北柔直工程不仅是实现清洁能源大规模并网、推动能源革命、践行绿色冬奥理念的标志性工程，也是世界首个实现直流电网构建的重大科技试验示范工程。工程核心技术和关键设备均为国际首创。
“柔性直流输电技术是以电压源换流器为核心的新一代直流输电技术，具有响应速度快、可控性好、适应性强、运行方式灵活、同等容量占地规模小等特点，是提升可再生能源接纳能力、支撑能源转型和新型电力系统构建的重要技术手段。”国网冀北电力有限公司科技部科研管理处处长徐鹏亮介绍，各国对柔性直流输电的核心技术与装备都严格保密，而在超高电压等级的柔性直流电网工程方面，全世界都没有先例，没有可借鉴的成熟经验，因此只能靠自主创新去挑战这一电网领域的前沿技术，从而保持我国在电网技术上的领先优势。
张北柔直流工程换流阀安装现场
张北柔直工程原始创新难度极大，从方案论证到生产准备、从控制保护联调到现场试验的各个环节，公司科研人员始终坚持在消化吸收的基础上创新突破。最终工程突破柔性直流组网、容量提升与可靠性提升等三大技术难题，首次提出了高可靠性、强韧性的柔直组网系统方案，攻克了大规模新能源接入直流电网的稳定控制难题，取得了12项世界第一，实现了直流输电从“线”到“网”的质变，解决了新能源大规模并网难、远距离传输难、源网荷平衡难等问题，进一步推动我国柔性直流输电技术和直流电网创新发展。
依托张北柔直工程，公司通过产学研用大规模协同攻关，在推进重大装备国产化方面取得重要成果，解决了关键的“卡脖子”问题，设备性能与制造水平占据了国际制高点——自主研制了世界上首批最高电压等级的直流断路器，攻克了“大功率直流电流开断”这一世界性难题；研制了世界上最大换流容量的柔直换流阀，可靠性达到国际领先水平；研制了世界上最高功率的绝缘栅双极型晶体管（IGBT）器件，填补了国内先进功率半导体器件的空白。
张北柔直工程建成了涵盖柔直工程建设全过程的技术标准体系，建立了世界一流的柔直试验基地，打造了国际一流的专家团队，带动了我国电网技术和装备制造产业升级，巩固和扩大了我国在世界直流输电领域的技术领先优势。2022年，国家电网公司中标德国BorWin6海上风电柔直工程项目，标志着我国高端输电技术的国际影响力迈上了新台阶。
绿色建设重环保 绿色发展惠民生
“屋顶的这些光伏板，既能保障冬天可靠供暖，每月还能为我们带来收益补贴，真的非常感谢供电公司！”张北县小二台镇德胜村村民王登云说。2017年1月，习近平总书记来到张北县，踏着皑皑白雪进入德胜村。在400千瓦村级电站旁，他察看设备安装运行状态，详细了解电站如何发挥惠民扶贫作用。
如今，光伏产业已成为村里的“增收法宝”之一，是村民眼中的“铁杆庄稼”。
将张北地区的资源优势转化为发展优势，张北柔直工程显著提升了当地新能源外送能力，增强了电网接纳和配置多种资源的能力。工程拉动当地风电、光伏发电投资达到600亿元，促进了1110座光伏扶贫电站发电量消纳，惠及10.4万户当地居民，2021年6月被中宣部命名为全国爱国主义教育示范基地。
张北柔直工程输电线路
中国工业大奖评选要求项目“有效实施清洁生产，排污指标、减碳目标、措施及碳排放水平达到国内同行业领先、国际先进水平”“具有完善的环境管理体系”“注重环境和生态保护，实现环境与经济协调发展”。
绿色是高质量发展的底色。在助力能源绿色低碳转型的同时，张北柔直工程高度重视环境保护，在设计、施工和运行期均采取了有效的污染防治和生态保护措施，打造了“绿色工程”——各类设备全面采用清洁生产工艺，采用低毒无害环境友好型原材料；临建区域会议室等使用太阳能发电照明，布置新能源汽车充电桩，办公区域中水循环利用；采用高跨方式跨越果园、林木，实现最小化树木砍伐，施工结束后通过播撒草籽、种植灌木等方式恢复原有地貌；直流线路跨越官厅水库处采用铁塔加高设计、设置临时栈桥和围堰等措施，最大限度减小对水库水源保护区的环境影响。
风光无限，绿潮奔涌。张北柔直工程以原始创新和关键核心技术突破为保障能源安全、实现“双碳”目标作出贡献。在科学有序推进碳达峰碳中和的大背景下，在更广的领域、更深的层次、更大的范围，创新的种子正在萌发，绿色发展的动能正在积聚，更多自主创新、清洁发展的电网实践正在落地。
信息来源：公司相关单位，国家电网报
