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解析:走出国门的柔直输电技术
来源:国家电网报 | 作者:国家电网报 | 发布时间: 2017-06-16 | 148 次浏览 | 分享到:

6月13日,国家电网公司宣布,由全球能源互联网研究院(以下简称联研院)和南瑞集团组成的联合工作组,在英国设得兰柔性直流输电工程换流站建设项目(以下简称设得兰项目)竞标中中标。该项目是国家电网公司柔性直流输电技术走向国际的第一个项目,是公司高端输电技术拥有国际竞争力的重要体现。

柔直技术的国际竞争力

设得兰岛位于苏格兰最北部200多公里的海上。负责为该岛供电的勒威克(Lerwick)发电厂将在2019年完成服役年限,为了保障岛上电力可靠供应,苏格兰配电公司提出设得兰项目。

参与设得兰项目竞标的四家公司,只有英国国家电网提供了以柔性直流输电向岛屿供电的方案,其余竞标方方案均为在本地新建发电厂。两种不同的方案数量1:3,柔性直流输电方案却胜出,这是因为柔性直流输电具有可向无源电网供电、电压无功调节灵活快速等技术优势,非常适合于偏远海岛供电。同时,柔性直流输电在应对可再生能源发电间歇性带来的电网扰动等方面也具有出色表现,广泛适用于大规模可再生能源并网、大型城市供电等场合。在可再生能源发电比例日益增加的趋势下,欧美发达国家将其作为未来输电网建设的重要技术选择。

欧洲2008年为实现风电及其他可再生能源发电大范围传输和分配,解决大规模风电接入电网挑战提出的“超级电网”规划也将目光放在了柔性直流输电技术上。设得兰项目对于柔直输电技术的青睐也正是基于这样的发展背景。

“柔性直流相当于在电网接入了一个阀门和电源,可以有效地控制其上通过的电能,隔离电网故障的扩散,而且还能根据电网需求,快速、灵活、可调地发出或者吸收一部分能量,从而优化电网的潮流分布、增强电网稳定性、提升电网的智能化和可控性。与传统直流相比,柔性直流的优势主要体现在孤岛供电、多端互联、无功功率控制等方面。与交流输电相比,柔性直流的优势主要体现在长距离输电、可再生能源消纳、异步联网等方面。”联研院直流所所长贺之渊表示。

获得了设得兰项目EPC总包商投标资格的英国国家电网公司,邀请全球能源互联网研究院作为换流站供应商之一进行投标,联研院与南瑞集团组建联合工作组,依托联研院欧洲院国际化平台支撑,对该项目进行应标。在联研院及欧洲院团队、南瑞国际业务公司和南瑞中电普瑞工程公司的共同努力下,联合工作组从2015年10月最初的信息征询开始密切合作,历时10个月,成功战胜西门子、阿尔斯通等竞争对手,成为英国国家电网公司的唯一换流站合作方。2016年9月,联合工作组派遣业务骨干前往英国集中办公,并于2016年12月最终协助英国国家电网公司完成EPC投标工作。

拿下设得兰项目,联研院柔性直流输电研发团队最为开心:“8年前,我们就想着能够拿一些国际直流项目,不过那会儿我们的综合实力在国际上并没有很强的竞争力,且技术品牌也没有打响,国际项目在大家眼里都是可望不可及的。现在中标设得兰项目,说明国家电网公司自主研发的柔直技术完全具备了国际竞争力。”

真正实现了国际引领

2006年,国家电网公司启动了柔性直流输电技术专项研究,并制定了《柔性直流输电关键技术研究框架》。团队的前身——中国电科院直流输电工程技术研究所,与西门子、ABB等国际知名公司同步起跑,开展新一代模块多电平柔性直流输电技术的攻关。这也是国内首次针对柔性直流输电技术开展的系统、全面的研究。

“柔直输电技术是真正意义上的自主研发,我们一切从零开始,所以在技术专利方面也格外完整。当时全球只有ABB一家有实际工程应用经验,且采用的是传统的类似高压变频器的技术路线,可供借鉴的经验几乎没有。”贺之渊表示,经过2006~2008年的基础研究,在国内首次建立了柔性直流输电的基础理论体系,2008~2010年,团队从解决高压大容量的新技术路线着手,掌握了最先进的模块化多电平柔性直流系统的工作机理、设计、研制和试验方法,并完成了核心设备研制。

厚积薄发,5年后,全新的柔直技术开始投入工程运用。

2011年7月,上海南汇柔直示范工程正式投运,采用的正是模块化多电平柔性直流技术,国家电网公司也成了继ABB、西门子之后世界第三家具备柔直成套设备研发和工程实施能力的企业。

2013年,国家电网公司挑战当时电压等级最高、容量最大的±320千伏/1000兆瓦柔性直流换流阀设备,将柔性直流额定电压、容量推向当时全球柔直技术的顶峰,并通过该项目掌握了高压大容量柔直换流阀系列关键技术,全面超越国外同类产品,市场竞争力和国际影响力大幅提升。国际权威认证机构挪威船级社在其官方网站上公开表示:“这个(柔性直流换流阀)打破电压和容量水平世界纪录,标志着模块化多电平柔性直流输电技取得了重大成功。换流阀型式试验的顺利通过,是超级电网发展历程中一个重要里程碑。”

“从该项目开始,我们的柔性直流设备已经全面超越国外同类产品。”团队成员在接受采访时纷纷这样表示,自豪之感溢于言表。

一年一个台阶,这些项目的完成产生了广泛的国际影响力。2013年,团队首次获得了欧美国家柔性直流工程的投标资质,为国家电网公司斩获国际项目打下了坚实的基础。

为了进一步提升公司柔性直流技术的国际品牌建设和国际市场开拓能力,公司党组决定规划建设备受厦门±320千伏/1000兆瓦柔性直流输电工程。该工程在电压等级和输送容量上双双创下国际之最,也是世界上首个采用双极拓扑的柔性直流输电工程。

“厦门项目对于我们在欧洲市场的开拓帮助最直接也最明显。英国国家电网公司等欧洲业主就是在看过了厦门项目之后,对我们的柔直技术充满信心。”贺之渊表示,“可以说厦门项目之后,我国的柔性直流输电技术真正实现了国际引领。”

多个国内项目的影响力逐步积累渗透到了国际市场。从2014年开始,国家电网公司频频获得英、法、美等多个欧美国家的直流工程投标资质。

在国际市场树立金字招牌

“在高端国际电网项目的应标过程中,企业的工程实践能力和行业影响力基本是影响业主方选择的决定性因素。”联研院直流所副所长庞辉告诉记者,国家电网公司在国内的多个柔直项目成功实施让英国国家电网公司对公司的项目执行力信任度加分不少,而多年来大量的国际学术交流则为团队塑造了良好的领先技术品牌形象。

“参与国际学术交流是大型跨国公司展示企业在技术方面实力的通行做法。”庞辉说,“从2004年开始,团队成员每届国际大电网会议组织(CIGRE)年会都会参加并作报告,向各国研发机构和电网公司专家介绍我国在直流领域取得的技术进展,获得了高度关注和广泛赞誉。然后这些有影响力的国外专家又纷纷邀请团队人员在其它各种国际学术会议上作主旨报告,进一步扩大了团队的学术影响力。”

团队成员得到了国际电气电子工程师学会(IEEE)电力电子委员会主席杜山(Dushan)教授、国际大电网会议组织电力电子与直流输电专委会前任主席马西奥˙塞茨特曼(MarcioSzechtman)博士、布雅尼˙安德森(BjarneAndersen)博士等国际著名专家的一致认可,并被他们推荐或受邀参加了国际电气电子工程师学会电力电子分会(PELS)大会、国际大电网会议组织高压直流和电力电子专委会(B4)年会、国际电力交流组织(IERE)年会等大量国际学术会议,向世界范围内的专家和学者介绍取得的成果并深入开展技术交流,大幅度增强了团队在国际上的影响力。

同时,团队还针对作为电力电子装备研发重要基础的仿真和试验能力开展了自主化研发,并建成了世界上参数最高、规模最大、功能最齐全的大功率电力电子装备试验室,以及世界上首个柔性直流输电和直流电网数字—模拟混合仿真实验室,受到了国内外来访专家的一致赞誉,并多次在国际会议上受邀进行了介绍。2016年,试验室承接了西门子公司在德国生产的巴西特高压直流工程换流阀试验,真正具备了国际影响力。通过学术上的广泛交流和工程上的全面实践,国家电网公司的柔直技术品牌在国际上知名度不断提升。英国国家电网公司也是因为全方位信任团队和国家电网公司的技术品牌,在西门子、阿尔斯通等跨国公司同时参与竞争的情况下,最终还是选择联合工作组作为唯一换流站合作伙伴。

从2015年英国国家电网公司作为设得兰柔直输电工程EPC总包商开始,到最终项目投标工作完成,联合工作组多次组队前往英国参加英国国家电网公司和工程业主组织的项目联络会、设计澄清会、集中工作会,加上同时期在国际大电网会议组织、国际电气电子工程师学会等国际学术会议上的技术交流,位于柏林的联研院欧洲院具有能够及时提供技术需求响应的地缘优势,极大增强了英国国家电网公司对于国家电网公司技术和工程实力的信心。

“除了严格的招标要求,欧洲还有着复杂的本土化用工规定。这也是为什么欧洲市场迟迟难以突破的原因之一。ABB、西门子等跨国大公司在欧洲经营多年,都有一套完整的本土施工团队。”一直从事国际市场开拓业务的联研院知识产权运营中心副主任廖敏表示。

“此前我们不少项目在欧洲无法顺利中标,和没有本土施工团队很有关系。”廖敏告诉记者,由于之前公司的国际学术影响力有限,加上这些施工企业都有固定的大公司合作,在欧洲找到愿意一起参与项目的施工团队几乎没有。

现在,这种状况正随着国家电网公司柔直技术品牌的影响力的提升逐步改变。目前已经有英国、西班牙等一些本土施工团队与国家电网公司项目组组成联合体,参与到多个国际项目的竞标中。

从技术研发到品牌形成,国家电网公司用长达十年的时间,在国际市场树立起了柔性直流输电技术的金字招牌,这也成为此次设得兰项目中标的关键。经过十多年的自主创新,国家电网公司已经掌握了柔直输电运行机理、换流阀设备、控制保护、仿真试验、系统调试等全系列关键技术,获得了业界一致认可。

未来,欧洲市场将进入持续稳定增长阶段。欧洲按照超级电网的规划设计,现如已经在英国东部海域、挪威西部海域、德国北海和本土等区域开展大量柔性直流输电工程建设。而国家电网自主研发的柔直技术和工程应用成果,在这轮电网项目建设过程中,也得到了法国RTE等欧美电网公司的密切关注。

“所以,设得兰项目仅仅是个开始。”廖敏笑着说。