驭风而上 逐光向前
3月19日，张北柔性直流电网试验示范工程荣获第七届中国工业大奖。这是我国自主研发、设计、建设和运行的世界首个柔性直流电网工程，突破了三大技术难题，创造了12项世界第一，是我国原创、领先国际的重大技术创新——
驭风而上 逐光向前
国家电网报记者 高雅
2023年03月20日 国家电网报
作为我国工业领域的最高奖项，中国工业大奖授予代表我国工业发展最高水平，在自主创新、转型升级、两化深度融合、实现碳达峰碳中和、填补国内外空白和替代进口等方面，在发展民族品牌、增强综合国力、推动国民经济发展和生态文明建设方面作出重大贡献的工业企业和项目。获奖的企业和项目要彰显爱国主义为核心的民族精神和改革创新为核心的时代精神。
张北柔直工程于2017年12月获得核准，次年2月开工建设，2020年6月竣工投产。工程新建张北、康保、丰宁、北京4座换流站及±500千伏直流输电线路666千米，将张北新能源基地、丰宁储能基地与北京负荷中心相连，是世界首个具有网络特性的直流电网工程。
张北柔直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。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
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。
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。
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。
相关阅读：
北极星智能电网在线官方微信
