2681公里藏粵直流工程啟動(dòng)建設(shè) 將創(chuàng)多項(xiàng)“世界之最”
這是電力史上前所未有的壯舉，也是世界上投資規(guī)模最大的柔性直流輸電工程。
跨越山和大海，也跨過人山人海，從西藏到廣東，穿越超高海拔、雪山凍土和無人區(qū)，穿過繁華的都市，一條橫貫中國(guó)的電力大通道——藏粵直流工程，9月16日正式宣布開建！
雪山連燈火
兩年勘探為世紀(jì)工程開路
7.5公里，29天。這是藏粵直流工程云南段最早開始踏勘的一段線路，也是難度最大的一段線路。
藏粵直流工程是我國(guó)首個(gè)跨過青藏高原、云貴高原和華南丘陵三級(jí)地理階梯的特高壓工程，從西藏察瓦龍到廣東珠三角，翻雪山、穿峽谷，把青藏高原的光與水等清潔能源，送到嶺南的“世界工廠”。
其中的怒江大峽谷位于滇藏交界地，是這條“電力天路”踏進(jìn)云南的第一站，周圍群山平均海拔超過2000米，山高谷深，一年里大雪封山四個(gè)月，屬于真正的“無人區(qū)”。穿越這片“無人區(qū)”，需要考慮到生態(tài)、地形、土質(zhì)等各種復(fù)雜情況，開展項(xiàng)目前期的工程踏勘。
2023年6月8日，高山積雪初融，南方電網(wǎng)高壓大理局基建部的徐武輝接到任務(wù)：進(jìn)怒江大峽谷，為藏粵直流工程云南段第一座塔基“踩點(diǎn)”。帶著可研、設(shè)計(jì)、測(cè)量、環(huán)保等專業(yè)技術(shù)人員10人，徐武輝從臘嘎共包山山腳下秋那桶村鉆進(jìn)了沒有路的山里，靠當(dāng)?shù)卮迕駧е车丁⒈持澈t開路，從山腳下一路往上爬。
徐武輝介紹，山路陡峭，很多地方需要用到繩索，一邊拉一邊走。在山上，傾盆的雨水把方便面也變成了面糊；踏勘到4100米峰頂，暴雨夾冰雹砸得儀器“抬不起頭”；營(yíng)地的不遠(yuǎn)處，甚至還碰到過熊，“那一個(gè)月過的就是野人一樣的日子，下山的時(shí)候都認(rèn)不出自己來了。”徐武輝如今笑著回憶。
2023年7月6日，隊(duì)員們終于把最后一份巖芯裝進(jìn)密封袋，標(biāo)記編號(hào)“N7”。7.5公里線路、21基鐵塔的踏勘工作量，放在平常的工作環(huán)境中，3—5天就可以全部完成。但這次，這支隊(duì)伍足足花了29天。通過地質(zhì)條件、地災(zāi)評(píng)估、環(huán)保復(fù)核，隊(duì)伍共采集原始數(shù)據(jù)1.5萬個(gè)，為后續(xù)索道架設(shè)、施工平臺(tái)搭建、張牽場(chǎng)選址等收集矢量數(shù)據(jù)，給林地調(diào)規(guī)、專題報(bào)告編制提供了詳實(shí)的數(shù)據(jù)支撐，同時(shí)也為工程投資建設(shè)提供依據(jù)。
下山路上，徐武輝回頭望，無人區(qū)的雪山云霧翻涌，像一條白色哈達(dá)。“我們把光送向遠(yuǎn)方，雪山把燈火留給我們。”徐武輝在筆記本上寫下這樣一行字，悄悄地把微信昵稱改為“4100”。
2025年，歷經(jīng)電力工作者多次實(shí)地踏勘，藏粵直流工程在云南、廣西、廣東規(guī)劃設(shè)計(jì)的4300多基鐵塔全部完成最終勘定。地圖上密密麻麻的坐標(biāo)點(diǎn)位，將在未來幾年“種”下巍巍鐵塔，通過電力銀線，跨越千里送電。
點(diǎn)亮科技樹
占據(jù)國(guó)際電力工業(yè)領(lǐng)域制高點(diǎn)
藏粵直流工程創(chuàng)下了多項(xiàng)世界之最——這是目前世界上輸電能力最強(qiáng)、技術(shù)水平最先進(jìn)、投資規(guī)模最大的柔性直流輸電工程。
但也毫無疑問，這一項(xiàng)超過2600公里的超遠(yuǎn)距離特高壓柔性直流工程，輸電容量大、輸電端數(shù)多、輸電距離遠(yuǎn)，要面對(duì)疊加復(fù)雜交流大電網(wǎng)和超高比例電力電子系統(tǒng)場(chǎng)景，電力送出工程面臨一系列難題。
在云南迪慶，為了摸清楚電場(chǎng)的“脾氣”，科研人員需要在3000米以上海拔的長(zhǎng)空氣間隙放電真型試驗(yàn)。高海拔地區(qū)的自然條件給試驗(yàn)帶來了難以想象的困難。氧氣含量低、晝夜溫差大、紫外線強(qiáng)、風(fēng)速考驗(yàn)，加上試驗(yàn)窗口期短、數(shù)據(jù)要求高，南網(wǎng)科研院黨委成立南網(wǎng)科研院攻關(guān)團(tuán)隊(duì)在這樣的環(huán)境下累計(jì)開展并完成棒板、球板、均壓環(huán)對(duì)地等試驗(yàn)項(xiàng)目23大類、114組試驗(yàn)、沖擊放電3000余次，獲得了寶貴的高海拔放電硬核試驗(yàn)數(shù)據(jù)。
在廣東東莞，中國(guó)散裂中子源靶站大廳。一群平均年齡30歲左右的年輕科學(xué)家，全神貫注地投入到大氣中子加速輻照實(shí)驗(yàn)中。我國(guó)西藏地區(qū)平均海拔普遍較高，宇宙射線大氣中子通量可達(dá)到平原地區(qū)的20倍以上，如果繼續(xù)采用平原地區(qū)的工作電壓，運(yùn)行中的功率器件就可能受到宇宙射線大氣中子的輻射影響發(fā)生功能失效問題。然而，國(guó)內(nèi)外相關(guān)數(shù)據(jù)卻比較匱乏。這一知識(shí)空白無疑給藏粵直流工程的設(shè)計(jì)與建設(shè)帶來了巨大挑戰(zhàn)。
為此，南網(wǎng)科研院派出科研人員多次前往東莞中國(guó)散裂中子源開展大氣中子加速輻照試驗(yàn)。“我們利用國(guó)家大科學(xué)裝置——散裂中子源中的大氣中子加速輻照試驗(yàn)平臺(tái)，加速模擬宇宙射線進(jìn)入大氣層后產(chǎn)生的大氣中子輻照環(huán)境，使換流閥核心功率器件在幾個(gè)小時(shí)的內(nèi)輻照到數(shù)十年的中子計(jì)量，快速模擬它們?cè)诟吆０苇h(huán)境下的運(yùn)行狀態(tài)。”南網(wǎng)科研院團(tuán)隊(duì)骨干楊柳說。
實(shí)驗(yàn)室中，團(tuán)隊(duì)成功驗(yàn)證了高海拔大氣中子導(dǎo)致的功率器件隨機(jī)失效率增加的現(xiàn)象，為藏粵直流工程中高海拔柔性直流換流閥設(shè)計(jì)提供了寶貴數(shù)據(jù)和重要指導(dǎo)。
這樣的場(chǎng)景，發(fā)生在藏粵直流開工前的沿線各地，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)最終成功攻克了直流設(shè)備制造、外絕緣、空氣凈距、電磁環(huán)境等領(lǐng)域的一系列關(guān)鍵核心技術(shù)，在世界上首次實(shí)現(xiàn)千萬千瓦級(jí)超遠(yuǎn)距離多端柔性直流交直流故障穿越等多個(gè)突破，推動(dòng)大功率半導(dǎo)體器件、大容量換流閥、換流變壓器等全套特高壓核心裝備首次進(jìn)入4000多米超高海拔，進(jìn)一步擴(kuò)大我國(guó)在電力領(lǐng)域的國(guó)際領(lǐng)先優(yōu)勢(shì)。
“要以科技創(chuàng)新引領(lǐng)藏粵直流工程建設(shè)，占領(lǐng)特大型電網(wǎng)和特高壓直流新技術(shù)的制高點(diǎn)，回答好能源電力充足供應(yīng)和綠色低碳發(fā)展的時(shí)代考題。”中國(guó)工程院院士、中國(guó)南方電網(wǎng)有限責(zé)任公司首席科學(xué)家饒宏說。
打通大循環(huán)
大電網(wǎng)時(shí)代拉開序幕
“藏粵直流開工建設(shè)，西部的清潔能源將以更大規(guī)模持續(xù)輸送到粵港澳大灣區(qū)、海南自貿(mào)港等負(fù)荷中心。”中國(guó)南方電網(wǎng)公司董事長(zhǎng)、黨組書記孟振平表示。
近年，我國(guó)風(fēng)光裝機(jī)容量歷史性超過火電，新能源的“半壁江山”下，大電網(wǎng)時(shí)代已經(jīng)正式拉開帷幕。
電力王國(guó)正重新織就經(jīng)緯，作為目前世界上輸電能力最強(qiáng)、技術(shù)水平最先進(jìn)、投資規(guī)模最大的柔性直流輸電工程，藏粵直流工程的建設(shè)不僅將進(jìn)一步優(yōu)化全國(guó)生產(chǎn)力布局，推動(dòng)區(qū)域協(xié)調(diào)發(fā)展，還將為我國(guó)新型能源體系的構(gòu)建注入強(qiáng)大動(dòng)力。
從經(jīng)濟(jì)地理角度來看，我國(guó)能源資源與需求呈現(xiàn)出明顯的逆向分布特點(diǎn)，能源輸送總體維持自西向東、自北向南的基本格局。西藏是我國(guó)重要的清潔能源基地，擁有豐富的水電資源和新能源。而粵港澳大灣區(qū)則是我國(guó)開放程度最高、經(jīng)濟(jì)活力最強(qiáng)的區(qū)域之一，同時(shí)也是重要的用電負(fù)荷中心。
依托藏粵直流工程這條綠電輸送“大動(dòng)脈”，西藏的清潔能源將直達(dá)大灣區(qū)。根據(jù)規(guī)劃，配套電源全部建成投產(chǎn)后，藏粵直流工程每年將輸送430億千瓦時(shí)的清潔能源，可提升廣東省可再生能源電力消納責(zé)任權(quán)重3.8個(gè)百分點(diǎn)，為廣州、深圳兩座超大城市各增加供電能力500萬千瓦，為粵港澳大灣區(qū)提供強(qiáng)有力的清潔電力支撐。
更重要的是，在未來，藏粵直流工程將為后續(xù)藏東南地區(qū)水電及大規(guī)模新能源開發(fā)和外送奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)，進(jìn)一步暢通全國(guó)能源電力大循環(huán)。
此外，藏粵直流工程也是我國(guó)首個(gè)跨經(jīng)營(yíng)區(qū)的特高壓直流輸電工程。該工程的建設(shè)推動(dòng)了中國(guó)南方電網(wǎng)有限責(zé)任公司和國(guó)家電網(wǎng)有限公司簽署了《跨經(jīng)營(yíng)區(qū)直流輸電工程戰(zhàn)略框架合作協(xié)議》，對(duì)統(tǒng)籌優(yōu)化全國(guó)能源電力資源配置，實(shí)現(xiàn)兩大電網(wǎng)優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)、合作共贏具有重要意義。
“藏粵直流公司肩負(fù)工程建設(shè)運(yùn)維的使命，積極探索兩大電網(wǎng)公司合作的新模式，充分融合雙方的技術(shù)優(yōu)勢(shì)和管理經(jīng)驗(yàn)，與設(shè)計(jì)、施工、廠家等合作單位構(gòu)建全產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)同聯(lián)動(dòng)機(jī)制，高標(biāo)準(zhǔn)、高質(zhì)量突破高海拔極端環(huán)境施工、多端柔直協(xié)同控制等世界級(jí)技術(shù)難題，打造央企合作典范。”中國(guó)南方電網(wǎng)有限責(zé)任公司工程建設(shè)部副總經(jīng)理、廣東藏粵直流電力運(yùn)營(yíng)有限公司董事長(zhǎng)董言樂表示，藏粵直流工程的建設(shè)，不僅是我國(guó)能源電力領(lǐng)域的一項(xiàng)重大創(chuàng)新實(shí)踐，更是我國(guó)推動(dòng)區(qū)域協(xié)調(diào)發(fā)展、實(shí)現(xiàn)綠色低碳發(fā)展的重要舉措，將為我國(guó)能源電力行業(yè)高質(zhì)量發(fā)展注入新的活力，為實(shí)現(xiàn)國(guó)家“雙碳”目標(biāo)貢獻(xiàn)重要力量。
相隔2681公里，西藏的綠電跨越山海，與粵港澳大灣區(qū)攜手相牽，這一條能源大動(dòng)脈，牽引著清潔低碳、安全智能的全球電力未來。
攻關(guān)團(tuán)隊(duì)耗時(shí)三年
為輸電系統(tǒng)打造一顆堅(jiān)強(qiáng)“心臟”
柔性直流換流閥堪稱柔性直流輸電系統(tǒng)的“心臟”，然而，它有時(shí)會(huì)遇到“能量爆棚”的麻煩——受端交流電網(wǎng)發(fā)生短路故障時(shí)，大量盈余能量會(huì)不斷進(jìn)入換流閥功率模塊，導(dǎo)致直流系統(tǒng)因過電壓閉鎖，威脅電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。這種問題在輸電容量達(dá)到1000萬千瓦、輸電距離超過2600公里的藏粵直流工程中尤為明顯。
“打個(gè)比方，當(dāng)?shù)缆飞贤蝗话l(fā)生嚴(yán)重車禍時(shí)，大量車流就會(huì)瞬間擁堵，交通壓力急劇升高，導(dǎo)致交通癱瘓。這時(shí)我們就需要開一條支路，幫助紓解這種壓力。”南方電網(wǎng)攻關(guān)團(tuán)隊(duì)成員趙曉斌說。
傳統(tǒng)的柔直系統(tǒng)普遍采用集中式直流耗能裝置，雖然也能實(shí)現(xiàn)受端電網(wǎng)交流故障穿越，但存在占地面積大、成本高等問題，不利于大規(guī)模新能源高效輸送。為適應(yīng)發(fā)展需求，中國(guó)南方電網(wǎng)有限責(zé)任公司聯(lián)合科研單位、國(guó)內(nèi)高校、設(shè)備廠商攻關(guān)，共同踏上了自主研發(fā)之路。
團(tuán)隊(duì)首次提出全新的能量自平衡柔性直流換流閥拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，即在現(xiàn)有的換流閥功率模塊中增加一個(gè)包含電子開關(guān)和電阻的能量自平衡支路，為柔性直流輸電系統(tǒng)打造一顆堅(jiān)強(qiáng)“心臟”——如果系統(tǒng)故障，盈余功率導(dǎo)致功率模塊電壓抬升時(shí)，該支路開關(guān)就會(huì)閉合，盈余功率通過電阻得到泄放，功率模塊電壓降低，保障系統(tǒng)安全。
但是，需要什么樣的開關(guān)和電阻？“那段時(shí)間，我們就像在迷宮里找出口。”團(tuán)隊(duì)骨干周月賓回憶，“我們想出個(gè)‘笨辦法’：把上百種可能出現(xiàn)的電網(wǎng)故障情況全都輸入電腦，用仿真軟件一遍又一遍模擬。”有時(shí)候仿真要“跑”上一整天，團(tuán)隊(duì)成員就守在電腦前，盯著屏幕上跳動(dòng)的數(shù)據(jù)，困了就輪流趴在桌上瞇一會(huì)兒。經(jīng)過無數(shù)次嘗試，他們逐漸摸清了開關(guān)和電阻的使用邊界和設(shè)計(jì)原則，提出了開關(guān)和電阻的參數(shù)選型及投退策略，為能量自平衡換流閥裝備研制打下基礎(chǔ)。
歷時(shí)3年，團(tuán)隊(duì)攻克了特高壓超長(zhǎng)距離和新能源接入柔性直流輸電系統(tǒng)的能量快速平衡關(guān)鍵技術(shù)難題，研發(fā)出世界首套能量自平衡柔直換流閥，以更緊湊、更經(jīng)濟(jì)、更安全的方式實(shí)現(xiàn)受端交流電網(wǎng)故障全穿越。
南方電網(wǎng)超高壓公司特級(jí)專業(yè)技術(shù)專家任成林介紹，依托本工程與國(guó)家科技重大專項(xiàng)，中國(guó)南方電網(wǎng)有限責(zé)任公司組建了產(chǎn)學(xué)研團(tuán)隊(duì)，開展大規(guī)模新能源與柔性直流組網(wǎng)、超遠(yuǎn)距離送出與安全消納以及柔性直流主動(dòng)支撐電網(wǎng)等關(guān)鍵技術(shù)研究，保障直流安全穩(wěn)定運(yùn)行；開展直流主設(shè)備技術(shù)攻關(guān)，自主研制出基于6.5千伏、3千安IGBT功率器件柔直閥、能量自平衡換流閥、全力攻關(guān)多端柔性直流控制保護(hù)核心技術(shù)，帶動(dòng)產(chǎn)業(yè)鏈上下游協(xié)同創(chuàng)新。