當(dāng)英國或比利時(shí)的人們打開電燈或給手機(jī)充電時(shí)，他們可能不會(huì)意識(shí)到，他們所使用的電力是跨境傳輸而來——而這種形式正逐漸常態(tài)化。

一條橫穿了英吉利海峽的高壓直流輸電線路，實(shí)現(xiàn)了英國和比利時(shí)之間的能源互通。這條名為Nemo Link的線路，輸電容量為1000兆瓦（MW），通過140公里的海底和地下電纜，為百萬個(gè)家庭提供安全穩(wěn)定的清潔電力。

這其中，西門子能源新型高壓直流輸電（HVDC PLUS）技術(shù)的應(yīng)用，為電力輸送的安全穩(wěn)定性添上了關(guān)鍵的一筆，尤其是在可再生能源、清潔能源的傳輸上。

電力的跨境運(yùn)輸已成為大趨勢(shì)，Nemo Link是首個(gè)實(shí)現(xiàn)HVDC PLUS技術(shù)的±400千伏直流輸電系統(tǒng)。在全球努力實(shí)現(xiàn)去碳化的背景下，傳統(tǒng)的化石能源利用正在逐漸轉(zhuǎn)化為清潔能源的使用，這個(gè)過程中顯現(xiàn)出來的綠色電網(wǎng)安全穩(wěn)定性非常關(guān)鍵。在歐洲電力市場(chǎng)一體化的大趨勢(shì)之下，Nemo Link 具有舉足輕重的地位。

“電力可以用來架構(gòu)橋梁。”西門子能源方面如是說，希望全世界的人都能享受負(fù)擔(dān)得起的電力，這也是西門子能源在電力技術(shù)創(chuàng)新研發(fā)上的初心與愿景。

強(qiáng)大的線路

在經(jīng)歷2年建設(shè)后，Nemo Link于2019年投入運(yùn)營，是比利時(shí)和英國之間的首條高壓輸電線路，由英國國家電網(wǎng)和比利時(shí)Elia集團(tuán)合資運(yùn)營。

基于功率流動(dòng)的雙向性，兩國都能從跨境電力交易和能源結(jié)構(gòu)多樣性中獲益。在位于比利時(shí)的赫德斯布魯格（Herdersbrug）和英格蘭東南部的里奇伯勒（Richborough）兩端，Nemo Link建造了基于HVDC PLUS技術(shù)應(yīng)用的換流站。

英國的海上風(fēng)電資源豐富，在當(dāng)?shù)氐目稍偕茉窗l(fā)電超過了本地電力需求之后，多出來的清潔電力可以輸送到比利時(shí)，‍‍當(dāng)英國有電力缺口的時(shí)候，比利時(shí)的電力又可以‍送往英國，兩邊互相傳輸電力，實(shí)現(xiàn)能源互通。數(shù)據(jù)顯示，Nemo Link投運(yùn)以來，一直保持連續(xù)可靠運(yùn)行，每年電力輸送達(dá)87.6億千瓦小時(shí)。從運(yùn)行穩(wěn)定性上來看，年可用率（‍1年時(shí)間里，‍非人為因素切換造成的停電天數(shù)）達(dá)到了99%以上。

Nemo Link項(xiàng)目占地面積小、動(dòng)態(tài)性能高，可以獨(dú)立控制有功/無功功率，是實(shí)現(xiàn)HVDC PLUS 技術(shù)的不二之選。2017年，Nemo Link被英國安全委員會(huì)授予了“榮譽(yù)之劍”，這個(gè)獎(jiǎng)項(xiàng)僅授予在環(huán)境、健康和安全標(biāo)準(zhǔn)方面出類拔萃的項(xiàng)目。

西門子能源相關(guān)負(fù)責(zé)人介紹稱，HVDC PLUS是西門子原創(chuàng)的、基于電壓源（VSC）的模塊化多電平換流器（MMC）構(gòu)成的高壓直流輸電系統(tǒng)，屬于國際標(biāo)準(zhǔn)劃分的VSC-HVDC類別。使用的新型MMC換流器，其核心組件是大功率全控電力電子器件IGBT組成的半橋/全橋拓?fù)涔β誓K和高速控制保護(hù)系統(tǒng)。

換流器交直流轉(zhuǎn)換所需的絕緣柵雙極晶體管（IGBT）模塊能夠以高度智能的方式實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)開關(guān)，從而讓換流過程產(chǎn)生接近理想的電流和電壓波形。這個(gè)交直流換流的特性，使得換流站交流側(cè)無需使用濾波器，大大節(jié)省了換流站的占地空間。

而且，通過HVDC PLUS技術(shù)，可再生或新能源發(fā)電廠不再以交流方式直接并入電網(wǎng)，而是可以實(shí)現(xiàn)與主電網(wǎng)之間的“隔離”，避免因輸電線上的電壓中斷或者電廠停機(jī)帶來的影響，確保電網(wǎng)故障不會(huì)擴(kuò)散，實(shí)現(xiàn)高壓直流輸電系統(tǒng)穩(wěn)定可靠高效的電力傳輸。這也是HVDC PLUS的最大特點(diǎn)。

基于這些特點(diǎn)，HVDC PLUS技術(shù)極大地解決了可再生能源的間歇性問題。HVDC PLUS解決方案極其適用于如海上風(fēng)電場(chǎng)等系統(tǒng)。

以海上風(fēng)電場(chǎng)為例，HVDC PLUS技術(shù)的應(yīng)用，以直流形式連接電網(wǎng)，送、受端系統(tǒng)隔離，可避免故障在電網(wǎng)及風(fēng)電場(chǎng)間傳播，防止系統(tǒng)電壓大幅振蕩、功角失穩(wěn)及風(fēng)電場(chǎng)失速。同時(shí)，對(duì)無功功率進(jìn)行動(dòng)態(tài)控制，提高并網(wǎng)系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性，抑制并網(wǎng)風(fēng)電場(chǎng)電壓波動(dòng)和閃變，改善并網(wǎng)系統(tǒng)電能質(zhì)量。可精確控制有功潮流，為風(fēng)電場(chǎng)提供優(yōu)異的并網(wǎng)性能，提高并網(wǎng)系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性。實(shí)現(xiàn)多端直流輸電系統(tǒng)，提高風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)能利用率，簡(jiǎn)化大型風(fēng)電場(chǎng)結(jié)構(gòu)，減少線路走廊施工環(huán)節(jié)，易于擴(kuò)充新機(jī)組，減小風(fēng)力的不確定性影響。

遠(yuǎn)距離或者超遠(yuǎn)距離輸電通常使用高壓直流輸電（HVDC）技術(shù)，可以降低輸電過程中電力損耗，西門子能源是全球領(lǐng)先的HVDC系統(tǒng)制造商之一。2010年，HVDC PLUS技術(shù)首次在美國進(jìn)行了商業(yè)化應(yīng)用，通過一條穿越灣區(qū)的長(zhǎng)85公里的電纜將坐落于加利福尼亞州州匹茲堡的天然氣電廠生產(chǎn)的電力輸送至舊金山市中心。

西門子能源相關(guān)負(fù)責(zé)人表示，相較于傳統(tǒng)的高壓直流，HVDC PLUS的優(yōu)勢(shì)在于，無源換流工作方式，不需要電網(wǎng)提供換相電壓，并且能夠構(gòu)成并聯(lián)多端直流輸電系統(tǒng)。控制方式靈活，可同時(shí)獨(dú)立控制有功功率和無功功率，穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)不需要交流系統(tǒng)提供無功功率；在交流系統(tǒng)故障時(shí)，能夠提供緊急有功支援和動(dòng)態(tài)無功支撐，提高系統(tǒng)的功角、電壓穩(wěn)定性。

能源互聯(lián)互通

當(dāng)前，碳中和與綠色發(fā)展已成為全球共識(shí)，截至2020年10月，全球范圍內(nèi)提出碳中和目標(biāo)的國家已達(dá)126個(gè)，占全球碳排放總量約51%，其中，有53個(gè)國家和33個(gè)地區(qū)承諾實(shí)現(xiàn)100%清潔能源。

清潔能源的電力化成為大趨勢(shì)，也是當(dāng)前全球能源轉(zhuǎn)型的必經(jīng)之路。隨著高壓和特高壓輸電技術(shù)的成熟，電力的跨區(qū)域、跨國輸送越來越便捷。全球正朝著能源互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展，且隨著可再生能源的發(fā)展，如何確保電網(wǎng)的穩(wěn)定性變得日益緊迫。

西門子能源相關(guān)負(fù)責(zé)人表示，HVDC PLUS技術(shù)使可再生能源產(chǎn)生的電力變得穩(wěn)定。一些地區(qū)的可再生能源很豐富，但是如果沒有相應(yīng)的穩(wěn)定技術(shù)支持，這些能源可能會(huì)浪費(fèi)掉，導(dǎo)致需要用化石能源進(jìn)行彌補(bǔ)，‍‍而這不符合全球碳中和的大趨勢(shì)，如今，通過HVDC PLUS技術(shù)能夠有效解決這一問題。

這不僅有助于可再生能源發(fā)電的有效產(chǎn)出，也能夠在全球范圍能進(jìn)行電力的有效配置，推進(jìn)了清潔能源的擴(kuò)大化使用。

回到Nemo Link項(xiàng)目，通過采用基于HVDC PLUS系統(tǒng)的換流站，在英國和比利時(shí)的國家電網(wǎng)之間提供更多的能源互聯(lián)，也給兩國供電的穩(wěn)定性和安全性提供了保障。在項(xiàng)目投運(yùn)后，一個(gè)國家的超額供給可以用來滿足另一個(gè)國家的需求，這極大地提高了市場(chǎng)效率。

值得關(guān)注的是，Nemo Link同時(shí)也是連接英國與其他鄰國電網(wǎng)的新建高壓聯(lián)絡(luò)線之一。目前，在建的項(xiàng)目還，包括了貫穿英法海底隧道的ElecLink，以及英國和丹麥之間長(zhǎng)達(dá)767公里的 Viking Link。這一技術(shù)使得清潔能源的穩(wěn)定輸送成為了可能，也將有助于歐洲形成一個(gè)安全穩(wěn)定的能源互聯(lián)網(wǎng)。

歐洲電網(wǎng)在未來的整合中將繼續(xù)前行，開展更深入地探索，據(jù)悉，西門子能源致力于將 Viking Link 打造為全球最長(zhǎng)的運(yùn)用 HVDC VSC 技術(shù)的直流電纜換流站之一，輸電電壓將達(dá)到±500千伏。

西門子能源HVDC PLUS技術(shù)成熟業(yè)績(jī)眾多，業(yè)績(jī)工程中擁有第三方認(rèn)證的系統(tǒng)高可用率指標(biāo)記錄，同時(shí)西門子能源還提供全生命周期服務(wù)，保證所在國家運(yùn)營方穩(wěn)定獲益(一般獨(dú)立運(yùn)營方模式)。

迄今為止，HVDC PLUS技術(shù)一直被用于海底及地下電纜線路。然而，借助采用全橋技術(shù)的新型IGBT模塊，計(jì)劃在2022年之前竣工的貫穿德國南北、長(zhǎng)340公里的Ultranet輸電項(xiàng)目中，將采用輸電容量高達(dá)2000兆瓦的靈活、可靠的架空線路。

西門子能源相關(guān)負(fù)責(zé)人表示，“送電方式如果拓展到架空線的話，無論是電壓等級(jí)還是輸電容量，有望達(dá)到傳統(tǒng)HVDC的參數(shù)，這將是一個(gè)令人興奮的發(fā)展趨勢(shì)。”據(jù)了解，西門子能源每年在研發(fā)上的投入相當(dāng)可觀，這也是其能夠保持持續(xù)技術(shù)創(chuàng)新與突破的強(qiáng)大基石。。

隨著全控電力電子器件(如IGBT)的技術(shù)進(jìn)步和額定參數(shù)的提升和成本下降，HVDC PLUS有逐漸接近和達(dá)到傳統(tǒng)高壓直流所具有的各項(xiàng)極限評(píng)價(jià)指標(biāo)的發(fā)展趨勢(shì)，從成本上來講，整體造價(jià)有接近和趨近相同的趨勢(shì)。

具體到中國，自上世紀(jì)80年代起，西門子就一直在積極參與高壓直流項(xiàng)目的建設(shè)。早在1984年，西門子參與建設(shè)了葛洲壩到上海的HVDC線路，這也是中國第一條遠(yuǎn)距離高壓直流輸電線路。2009年，還與南方電網(wǎng)合作建設(shè)投運(yùn)了云南至廣東的高壓直流UHVDC項(xiàng)目，輸電容量高達(dá)5000兆瓦，可將在云南的水電站生產(chǎn)的電力輸送至遠(yuǎn)在1400公里之外的廣東省內(nèi)的大城市。該項(xiàng)目也是世界上首條投入運(yùn)營的輸電電壓為800千伏的高壓直流輸電線路，通過取代由燃煤產(chǎn)生的補(bǔ)充電力，助力廣東省每年減排二氧化碳約3000萬噸。截至到目前，西門子能源在中國已經(jīng)參與建設(shè)了31個(gè)高壓直流項(xiàng)目。

尤其是在中國提出雙碳目標(biāo)之后，西門子能源相關(guān)負(fù)責(zé)人表示，在新能源政策推動(dòng)之下，中國市場(chǎng)的潛力十分巨大，西門子能源密切關(guān)注中國市場(chǎng)的培育和發(fā)展，當(dāng)前也與業(yè)主及科研設(shè)計(jì)單位保持頻繁技術(shù)交流互訪，等到條件成熟時(shí)，就可推進(jìn)HVDC PLUS技術(shù)的本地工程化應(yīng)用與合作。

標(biāo)簽： 能源 西門子 HVDC PLUS