專訪 | 特變電工吳金龍：柔性直流支撐深遠(yuǎn)海風(fēng)電，前景廣闊

自2007年建成第一臺(tái)海上風(fēng)電機(jī)組以來(lái)，我國(guó)海上風(fēng)電實(shí)現(xiàn)了跨越式發(fā)展。我國(guó)深遠(yuǎn)海海上風(fēng)電儲(chǔ)量資源豐富，充分發(fā)掘深遠(yuǎn)海風(fēng)能資源，有助于加快沿海省份能源轉(zhuǎn)型，深遠(yuǎn)海風(fēng)電將成為未來(lái)新能源發(fā)展的重點(diǎn)。

隨著中國(guó)提出“2030年碳達(dá)峰、2060年碳中和”的戰(zhàn)略目標(biāo)，海上風(fēng)電的重要性愈加凸顯。

不過(guò)在海上風(fēng)電發(fā)展的過(guò)程中，輸送消納的難題也開始凸顯。隨著中國(guó)海上風(fēng)電開始向深遠(yuǎn)海挺近，大規(guī)模并網(wǎng)的難題進(jìn)一步提升。傳統(tǒng)交流傳輸方式受電纜充電功率限制，僅適用于近海小容量風(fēng)電并網(wǎng)，而遠(yuǎn)海大容量海上風(fēng)電必須采用柔性直流并網(wǎng)技術(shù)。

目前國(guó)內(nèi)柔性直流輸電技術(shù)發(fā)展情況如何？成本構(gòu)成及降本路徑又有怎樣的進(jìn)展？《能源》雜志為此專訪了特變電工新能源公司副總經(jīng)理（研究院）兼柔輸公司總經(jīng)理吳金龍，共同探討柔性直流輸電技術(shù)的發(fā)展。

《能源》：當(dāng)海上風(fēng)電走向深遠(yuǎn)海，海纜系統(tǒng)成為漂浮式風(fēng)電輸電的關(guān)鍵裝備，在柔性直流輸電技術(shù)領(lǐng)域有何布局？

吳金龍：在柔性直流輸電技術(shù)領(lǐng)域，主要在聯(lián)接變壓器、柔性直流換流閥兩個(gè)核心裝備方面進(jìn)行布局。在柔性直流換流閥方面，公司目前具有IGBT換流閥、IGCT換流閥兩條技術(shù)路線；在系統(tǒng)拓?fù)浞矫妫哂蠱MC直流換流閥、M3C低頻閥兩條技術(shù)路線；在應(yīng)用場(chǎng)景研究方面，主要聚焦陸上能源大基地送出、海上風(fēng)電送出以及電網(wǎng)柔性分區(qū)互聯(lián)三大場(chǎng)景，并適當(dāng)拓展中壓直流并網(wǎng)應(yīng)用場(chǎng)景。

《能源》：目前主流的海上風(fēng)電匯集送出技術(shù)主要有工頻交流輸電和柔性直流輸電兩種，柔性低頻交流輸電可以發(fā)揮怎樣的作用？

吳金龍：柔性低頻交流輸電是工頻交流和直流輸電的有益補(bǔ)充，特別適合于中等距離的海上風(fēng)電送出場(chǎng)景。柔性低頻輸電系統(tǒng)輸電頻率為20Hz左右，與工頻交流輸電相比，通過(guò)降低輸電頻率，可以減少輸電線路的充電功率消耗，從而提高輸電容量、距離和效率。與直流輸電相比，具有交流電網(wǎng)易于組網(wǎng)和保護(hù)的優(yōu)勢(shì)。與現(xiàn)有的工頻交流和直流輸電相比，柔性低頻輸電技術(shù)一般在70-300km海域內(nèi)海上風(fēng)電匯集送出領(lǐng)域有著明顯的經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)。

《能源》：目前柔性直流輸電技術(shù)發(fā)展到了什么階段，相比于交流輸電的優(yōu)勢(shì)是什么，對(duì)于項(xiàng)目業(yè)主來(lái)說(shuō)，什么情況下會(huì)優(yōu)先考慮柔性直流輸電技術(shù)？

吳金龍：自2010年開始，在國(guó)內(nèi)已建成10余個(gè)柔性直流輸電項(xiàng)目，目前中國(guó)柔性直流輸電已經(jīng)進(jìn)入特高壓時(shí)代，技術(shù)處于世界領(lǐng)先水平。與交流輸電相比，柔性直流輸電具有如下方面的優(yōu)勢(shì)：一是高壓直流輸電損耗小，特別適用于遠(yuǎn)距離大規(guī)模輸電場(chǎng)景；二是控制能力強(qiáng)，可以實(shí)現(xiàn)有功無(wú)功的解耦控制，優(yōu)化電網(wǎng)潮流分布，增強(qiáng)電網(wǎng)運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性和安全性；三是實(shí)現(xiàn)新能源的友好接入，通過(guò)快速響應(yīng)和精確控制技術(shù)，更好的應(yīng)對(duì)風(fēng)電、光伏等新能源的間歇性和波動(dòng)性。

在國(guó)家“3060”雙碳戰(zhàn)略目標(biāo)牽引下，新能源開發(fā)利用的節(jié)奏顯著加快，柔性直流技術(shù)是實(shí)現(xiàn)大規(guī)模新能源友好并網(wǎng)外送最佳解決方案，未來(lái)將在大規(guī)模新能源跨區(qū)外送、電網(wǎng)網(wǎng)架優(yōu)化、城市可靠供電、深遠(yuǎn)海風(fēng)電送出等場(chǎng)景都會(huì)有大量的應(yīng)用需求。

《能源》：柔性直流輸電項(xiàng)目的成本構(gòu)成是什么樣的，經(jīng)濟(jì)性如何，降本途徑有哪些？

吳金龍：柔性直流輸電系統(tǒng)的成本構(gòu)成主要包括：設(shè)計(jì)費(fèi)用、設(shè)備費(fèi)用、施工安裝調(diào)試費(fèi)用、工程管理費(fèi)用、土地及環(huán)境費(fèi)用，由于換流閥采用全控型電力電子器件，整體成本較高，但是隨著輸電距離的增加和輸電容量的增大，其經(jīng)濟(jì)性將逐步凸顯。目前降本的主要途徑在于：柔直換流閥的輕量化和緊湊化設(shè)計(jì)，更高電壓等級(jí)和電流等級(jí)的新型功率器件應(yīng)用，IGBT、直流電容等關(guān)鍵部件的國(guó)產(chǎn)化等。

《能源》：柔性直流輸電系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)是什么，有哪些急需解決的技術(shù)難題？

吳金龍：目前，柔性直流輸電系統(tǒng)發(fā)展趨勢(shì)主要有：一是更高電壓等級(jí)更大輸電容量，未來(lái)特高壓柔性直流輸電單端容量將突破8GW甚至10GW，從而顯著降低輸電系統(tǒng)單位造價(jià)和輸電成本；二是具有更強(qiáng)電網(wǎng)運(yùn)行適應(yīng)能力的構(gòu)網(wǎng)控制技術(shù)，通過(guò)構(gòu)網(wǎng)控制控制技術(shù)，提高電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行能力和新能源消納能力；三是數(shù)字化和智能化技術(shù)的在柔性輸電系統(tǒng)中的運(yùn)用，從而顯著提高柔性直流輸電系統(tǒng)的可用率和運(yùn)維水平。亟待解決的技術(shù)難題包括：高壓大功率IGBT器件的研制、構(gòu)網(wǎng)控制技術(shù)的工程應(yīng)用轉(zhuǎn)化、預(yù)測(cè)性智能運(yùn)維技術(shù)應(yīng)用等。

《能源》：目前特變?cè)谌嵝缘皖l輸電技術(shù)的研發(fā)和創(chuàng)新方面有哪些進(jìn)展？能解決哪些工程痛點(diǎn)？

吳金龍：特變電工新能源公司一直深耕柔性輸電技術(shù)，在柔性低頻輸電領(lǐng)域是具有低頻換流器相關(guān)工程業(yè)績(jī)的廠家。公司聯(lián)合國(guó)內(nèi)一流大學(xué)共同研制的M3C變頻器已在中國(guó)電科院張北新能源基地開展示范應(yīng)用。針對(duì)海上風(fēng)電送出的高壓柔性低頻交流輸電T-HVAC-300換流閥（220kV/304MW）及閥控產(chǎn)品已研制成功，完成第三方機(jī)構(gòu)的型式試驗(yàn)，并通過(guò)專家組見證，該產(chǎn)品具有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)。在柔性低頻交流輸電換流閥閥組件及閥控可靠性設(shè)計(jì)、控制保護(hù)核心算法、低頻設(shè)備試驗(yàn)方法、換流閥降損、智能運(yùn)維等方面，公司開展了深入研究，其中換流閥多物理場(chǎng)緊湊化設(shè)計(jì)技術(shù)、多層級(jí)橋臂均壓技術(shù)、橋臂容錯(cuò)控制技術(shù)和雙側(cè)寬頻振蕩抑制技術(shù)處于行業(yè)領(lǐng)先水平；這些技術(shù)成果的應(yīng)用，將極大提升低頻輸電系統(tǒng)的運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性、運(yùn)行可靠性和運(yùn)行穩(wěn)定性，從而更加友好的實(shí)現(xiàn)大規(guī)模海上風(fēng)電的低頻接入。

《能源》：除了海上風(fēng)電，柔性輸電技術(shù)在哪些領(lǐng)域可以應(yīng)用？其優(yōu)勢(shì)和特點(diǎn)有哪些？

吳金龍：除了海上風(fēng)電以外，柔性直流輸電的應(yīng)用前景非常廣闊：一是應(yīng)用于陸上大型能源基地外送，可以實(shí)現(xiàn)風(fēng)電、光伏的純孤島穩(wěn)定送出，實(shí)現(xiàn)西電東送的能源轉(zhuǎn)移，滿足國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展需要；二是應(yīng)用于交流電網(wǎng)的柔性分區(qū)互聯(lián)，通過(guò)柔性直流背靠背系統(tǒng)，將交流電網(wǎng)進(jìn)行可控性柔性隔離，降低電網(wǎng)短路電流、阻斷交流電網(wǎng)故障傳播范圍，增強(qiáng)供電穩(wěn)定性；三是城市高可靠性供電，對(duì)于輸電走廊進(jìn)展地區(qū)，通過(guò)直流輸電節(jié)約輸電走廊，填補(bǔ)大城市經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的電能缺口；四是向中低壓配網(wǎng)延伸，未來(lái)隨著分布式新能源接入容量提升和電動(dòng)汽車等沖擊性負(fù)荷的增加，中壓直流配電等需求將凸顯，從而增強(qiáng)配電網(wǎng)的運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性、可靠性和安全性。

《能源》：企業(yè)對(duì)柔性輸電技術(shù)的研發(fā)有哪些起因？在技術(shù)不斷創(chuàng)新的過(guò)程中，有哪些特殊的時(shí)刻或者說(shuō)關(guān)鍵點(diǎn)可以分享？

吳金龍：特變電工新能源公司對(duì)柔性輸電技術(shù)的研發(fā)起因：一是對(duì)技術(shù)趨勢(shì)與市場(chǎng)需求的深刻洞察，隨著全球能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型和電網(wǎng)系統(tǒng)的復(fù)雜化，柔性直流輸電技術(shù)因其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)和廣泛的應(yīng)用前景，成為了電力行業(yè)的研究熱點(diǎn)；作為電力設(shè)備制造和解決方案提供商，公司敏銳地捕捉到了這一技術(shù)趨勢(shì)，并看到了其巨大的市場(chǎng)潛力。二是新能源賽道需要柔性直流輸電技術(shù)加持，隨著可再生能源的大規(guī)模開發(fā)和利用，如何有效地將間歇性、不穩(wěn)定的可再生能源接入電網(wǎng)并穩(wěn)定地輸送電力成為了一個(gè)亟待解決的問(wèn)題；柔性直流輸電技術(shù)以其獨(dú)特的控制能力和靈活性，成為了解決這一問(wèn)題的有效手段，未來(lái)應(yīng)用前景廣闊。三是產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展與戰(zhàn)略布局需要：特變電工新能源一直在持續(xù)完善自身的產(chǎn)業(yè)鏈戰(zhàn)略布局，柔性直流輸電技術(shù)的發(fā)展將推動(dòng)相關(guān)產(chǎn)業(yè)鏈的進(jìn)一步完善和提質(zhì)增效，為公司提供嶄新的發(fā)展機(jī)遇。通過(guò)不斷地研發(fā)和創(chuàng)新，公司期望在柔性直流輸電技術(shù)領(lǐng)域取得更多的突破和成果，為全球電力能源行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展做出貢獻(xiàn)。

特變電工新能源公司積極履行企業(yè)職責(zé)，成立了柔性直流輸電技術(shù)攻關(guān)團(tuán)隊(duì)，歷時(shí)8年刻苦鉆研，成功研制出了行業(yè)首個(gè)特高壓柔性直流輸電換流閥，標(biāo)志著公司在行業(yè)內(nèi)首次將柔性直流技術(shù)從現(xiàn)有的最高等級(jí)±500千伏提高到±800千伏特高壓等級(jí)，送電容量從現(xiàn)有的最高300萬(wàn)千瓦等級(jí)提升至500萬(wàn)千瓦，開啟了特高壓柔性直流輸電的新時(shí)代。2020年12月27日，公司研制的±800kV特高壓柔性直流換流閥成功運(yùn)用于“烏東德電站送電廣東廣西特高壓多端直流示范工程”并連續(xù)安全穩(wěn)運(yùn)行至今，對(duì)長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶建設(shè)和區(qū)域經(jīng)濟(jì)協(xié)調(diào)發(fā)展，對(duì)西部地區(qū)特別是廣大人民群眾分享經(jīng)濟(jì)發(fā)展成果，對(duì)提升我國(guó)電力裝備技術(shù)水平，帶動(dòng)我國(guó)特高壓柔性直流及多端混合直流關(guān)鍵設(shè)備的科技研發(fā)，具有里程碑意義！

創(chuàng)新永不止步，為新時(shí)代注入更多的新質(zhì)生產(chǎn)力：2023年3月4日，由特變電工新能源公司研制的“6.5kV國(guó)產(chǎn)化分體式驅(qū)動(dòng)IGCT半橋換流閥組件”產(chǎn)品，成功通過(guò)中國(guó)機(jī)械聯(lián)合會(huì)組織的專家技術(shù)鑒定，標(biāo)志著特變電工已經(jīng)具備“國(guó)產(chǎn)化IGCT柔性直流輸電換流閥”工程應(yīng)用能力。2024年2月3日，由特變電工新能源公司研制的“柔性低頻交流輸電T-HVAC-300換流閥”產(chǎn)品，成功通過(guò)以陳維江院士為組長(zhǎng)的專家組見證，標(biāo)志著公司已經(jīng)具備“柔性低頻交流輸電換流閥”工程應(yīng)用能力。

未來(lái)，特變電工新能源公司將進(jìn)一步堅(jiān)定柔性直流輸電發(fā)展戰(zhàn)略，加大技術(shù)創(chuàng)新投入，為我國(guó)新能源事業(yè)和雙碳戰(zhàn)略目標(biāo)的加速實(shí)現(xiàn)貢獻(xiàn)力量。