西門子能源HVDC PLUS：能源互聯下的優先之選

當英國或比利時的人們打開電燈或給手機充電時，他們可能不會意識到，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化。

一條橫穿了英吉利海峽的高壓直流輸電線路，實現了英國和比利時之間的能源互通。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，為百萬個家庭提供安全穩定的清潔電力。

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

電力的跨境運輸已成為大趨勢，Nemo Link是首個實現HVDC PLUS技術的±400千伏直流輸電系統。在全球努力實現去碳化的背景下，傳統的化石能源利用正在逐漸轉化為清潔能源的使用，這個過程中顯現出來的綠色電網安全穩定性非常關鍵。在歐洲電力市場一體化的大趨勢之下，Nemo Link 具有舉足輕重的地位。

“電力可以用來架構橋梁。”西門子能源方面如是說，希望全世界的人都能享受負擔得起的電力，這也是西門子能源在電力技術創新研發上的初心與愿景。

強大的線路

在經歷2年建設后，Nemo Link于2019年投入運營，是比利時和英國之間的首條高壓輸電線路，由英國國家電網和比利時Elia集團合資運營。

基于功率流動的雙向性，兩國都能從跨境電力交易和能源結構多樣性中獲益。在位于比利時的赫德斯布魯格（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技術應用的換流站。

英國的海上風電資源豐富，在當地的可再生能源發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，‍‍當英國有電力缺口的時候，比利時的電力又可以‍送往英國，兩邊互相傳輸電力，實現能源互通。數據顯示，Nemo Link投運以來，一直保持連續可靠運行，每年電力輸送達87.6億千瓦小時。從運行穩定性上來看，年可用率（‍1年時間里，‍非人為因素切換造成的停電天數）達到了99%以上。

Nemo Link項目占地面積小、動態性能高，可以獨立控制有功/無功功率，是實現HVDC PLUS 技術的不二之選。2017年，Nemo Link被英國安全委員會授予了“榮譽之劍”，這個獎項僅授予在環境、健康和安全標準方面出類拔萃的項目。

西門子能源相關負責人介紹稱，HVDC PLUS是西門子原創的、基于電壓源（VSC）的模塊化多電平換流器（MMC）構成的高壓直流輸電系統，屬于國際標準劃分的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/全橋拓撲功率模塊和高速控制保護系統。

換流器交直流轉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現精準開關，從而讓換流過程產生接近理想的電流和電壓波形。這個交直流換流的特性，使得換流站交流側無需使用濾波器，大大節省了換流站的占地空間。

而且，通過HVDC PLUS技術，可再生或新能源發電廠不再以交流方式直接并入電網，而是可以實現與主電網之間的“隔離”，避免因輸電線上的電壓中斷或者電廠停機帶來的影響，確保電網故障不會擴散，實現高壓直流輸電系統穩定可靠高效的電力傳輸。這也是HVDC PLUS的最大特點。

基于這些特點，HVDC PLUS技術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電場等系統。

以海上風電場為例，HVDC PLUS技術的應用，以直流形式連接電網，送、受端系統隔離，可避免故障在電網及風電場間傳播，防止系統電壓大幅振蕩、功角失穩及風電場失速。同時，對無功功率進行動態控制，提高并網系統電壓穩定性，抑制并網風電場電壓波動和閃變，改善并網系統電能質量?？删_控制有功潮流，為風電場提供優異的并網性能，提高并網系統暫態穩定性。實現多端直流輸電系統，提高風電場風能利用率，簡化大型風電場結構，減少線路走廊施工環節，易于擴充新機組，減小風力的不確定性影響。

遠距離或者超遠距離輸電通常使用高壓直流輸電（HVDC）技術，可以降低輸電過程中電力損耗，西門子能源是全球領先的HVDC系統制造商之一。2010年，HVDC PLUS技術首次在美國進行了商業化應用，通過一條穿越灣區的長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的電力輸送至舊金山市中心。

西門子能源相關負責人表示，相較于傳統的高壓直流，HVDC PLUS的優勢在于，無源換流工作方式，不需要電網提供換相電壓，并且能夠構成并聯多端直流輸電系統。控制方式靈活，可同時獨立控制有功功率和無功功率，穩態運行時不需要交流系統提供無功功率；在交流系統故障時，能夠提供緊急有功支援和動態無功支撐，提高系統的功角、電壓穩定性。

能源互聯互通

當前，碳中和與綠色發展已成為全球共識，截至2020年10月，全球范圍內提出碳中和目標的國家已達126個，占全球碳排放總量約51%，其中，有53個國家和33個地區承諾實現100%清潔能源。

清潔能源的電力化成為大趨勢，也是當前全球能源轉型的必經之路。隨著高壓和特高壓輸電技術的成熟，電力的跨區域、跨國輸送越來越便捷。全球正朝著能源互聯網發展，且隨著可再生能源的發展，如何確保電網的穩定性變得日益緊迫。

西門子能源相關負責人表示，HVDC PLUS技術使可再生能源產生的電力變得穩定。一些地區的可再生能源很豐富，但是如果沒有相應的穩定技術支持，這些能源可能會浪費掉，導致需要用化石能源進行彌補，‍‍而這不符合全球碳中和的大趨勢，如今，通過HVDC PLUS技術能夠有效解決這一問題。

這不僅有助于可再生能源發電的有效產出，也能夠在全球范圍能進行電力的有效配置，推進了清潔能源的擴大化使用。

回到Nemo Link項目，通過采用基于HVDC PLUS系統的換流站，在英國和比利時的國家電網之間提供更多的能源互聯，也給兩國供電的穩定性和安全性提供了保障。在項目投運后，一個國家的超額供給可以用來滿足另一個國家的需求，這極大地提高了市場效率。

值得關注的是，Nemo Link同時也是連接英國與其他鄰國電網的新建高壓聯絡線之一。目前，在建的項目還，包括了貫穿英法海底隧道的ElecLink，以及英國和丹麥之間長達767公里的 Viking Link。這一技術使得清潔能源的穩定輸送成為了可能，也將有助于歐洲形成一個安全穩定的能源互聯網。

歐洲電網在未來的整合中將繼續前行，開展更深入地探索，據悉，西門子能源致力于將 Viking Link 打造為全球最長的運用 HVDC VSC 技術的直流電纜換流站之一，輸電電壓將達到±500千伏。

西門子能源HVDC PLUS技術成熟業績眾多，業績工程中擁有第三方認證的系統高可用率指標記錄，同時西門子能源還提供全生命周期服務，保證所在國家運營方穩定獲益(一般獨立運營方模式)。

迄今為止，HVDC PLUS技術一直被用于海底及地下電纜線路。然而，借助采用全橋技術的新型IGBT模塊，計劃在2022年之前竣工的貫穿德國南北、長340公里的Ultranet輸電項目中，將采用輸電容量高達2000兆瓦的靈活、可靠的架空線路。

西門子能源相關負責人表示，“送電方式如果拓展到架空線的話，無論是電壓等級還是輸電容量，有望達到傳統HVDC的參數，這將是一個令人興奮的發展趨勢。”據了解，西門子能源每年在研發上的投入相當可觀，這也是其能夠保持持續技術創新與突破的強大基石。。

隨著全控電力電子器件(如IGBT)的技術進步和額定參數的提升和成本下降，HVDC PLUS有逐漸接近和達到傳統高壓直流所具有的各項極限評價指標的發展趨勢，從成本上來講，整體造價有接近和趨近相同的趨勢。

具體到中國，自上世紀80年代起，西門子就一直在積極參與高壓直流項目的建設。早在1984年，西門子參與建設了葛洲壩到上海的HVDC線路，這也是中國第一條遠距離高壓直流輸電線路。2009年，還與南方電網合作建設投運了云南至廣東的高壓直流UHVDC項目，輸電容量高達5000兆瓦，可將在云南的水電站生產的電力輸送至遠在1400公里之外的廣東省內的大城市。該項目也是世界上首條投入運營的輸電電壓為800千伏的高壓直流輸電線路，通過取代由燃煤產生的補充電力，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參與建設了31個高壓直流項目。

尤其是在中國提出雙碳目標之后，西門子能源相關負責人表示，在新能源政策推動之下，中國市場的潛力十分巨大，西門子能源密切關注中國市場的培育和發展，當前也與業主及科研設計單位保持頻繁技術交流互訪，等到條件成熟時，就可推進HVDC PLUS技術的本地工程化應用與合作。

標簽： 能源 西門子 HVDC PLUS