文／本刊记者 赵卉寒 特约记者 王庆滨 

　　作为推动经济社会发展的重要动力，能源一直是科技创新的重要领域。2014年，随着“四个革命、一个合作”能源安全新战略的提出，我国能源转型进入了新的历史阶段。其中，推动能源技术革命，成为我国发展新质生产力、实现“双碳”目标的重要驱动力。 

　　过去十年，新能源装机容量及发电量大涨是我国能源革命取得的最显著成果。 

　　随着我国风光总装机容量突破10亿千瓦，未来如何做好新能源的消纳利用，是能源转型过程中的又一道必答题，也是新型电力系统建设的关键。 

　　作为“风的故乡、光的海洋”，依托于冀北清洁能源基地和张家口可再生能源示范区内的多种要素资源，张家口积极推动源网荷储协同互动发展，并在新型电力系统建设方面先行先试，探索出了多元化的技术路径，为我国能源转型提供了技术样本。 

　　探索源网荷储协同互动，让绿电更“稳定” 

　　稳定，是我国新型电力系统建设的大前提。 

　　为支撑适应大规模新能源和分布式电源友好并网，加快前瞻性电网核心技术攻关是当前新型电力系统建设的首要任务。 

　　截至目前，我国已经探索出不少适应新型电力系统的电网技术，如新能源发电并网及主动支撑技术、电力系统仿真分析及安全高效运行技术、交直流混合配电网灵活规划运行技术、构网型储能技术，以及源网荷储一体化和多能互补集成设计及运行技术。 

　　具备多项区位优势的张家口成为承接这些新技术的“试验场”。 

　　位于我国“三北”地区交汇处的张家口，是“一带一路”中蒙俄经济走廊的重要节点城市，处于我国九大清洁能源基地之一的冀北清洁能源基地。2015年7月，经国务院批复同意，张家口可再生能源示范区成为我国唯一一个国家级可再生能源示范区。 

　　近年来，冀北清洁能源基地的风光装机容量屡创新高。截至2023年年底，该基地的新能源总装机容量突破5000万千瓦，冀北电网全年新能源发电量达820亿千瓦时，同比增长14.7%，新能源发电量已占冀北电网电源发电总量的51%，冀北电网在全国率先实现新能源装机和发电量占比过半“双主体”。 

　　众所周知，以风光为主的新能源发电具有间歇性和波动性，这也是新型电力系统建设过程中绕不过的坎儿。 

　　过去，电网系统调控主要采取源随荷动的模式，其问题在于当用电负荷突然增高时，一旦电源发电能力不足，便会出现供需不平衡以致严重影响电网的安全运行。因此，在新能源发电侧增加储能，让源随荷动向源网荷储协同互动转型成为新型电力系统建设的关键。 

　　目前，已在张家口可再生能源示范区投运的国家风光储输示范工程便是源网荷储协同互动的代表。 

　　作为国家科技支撑计划重大项目、河北省重点产业支撑项目、国家电网坚强智能电网首批试点工程，国家风光储输示范工程采用了世界首创的风光储输联合发电技术，即通过风、光、储的七种组合发电方式，与平滑出力、跟踪计划、系统调频、削峰填谷四种功能结合，实现多组态、多功能、可调节、可调度的联合发电运行方式。简单来说，就是当风电、光伏发电富余时，将无法并网的电能进行存储；当风电、光伏发电出力不足时，储能系统再释放出储存的电能。 

　　当下，储能因具备灵活调节、快速响应、主动支撑等优势，已经成为新型电力系统不可或缺的组成部分。 

　　中国工程院院士黄其励曾表示，储能既可布局在大电源、大电网的关键节点，也可作为分布式智能电网、综合智慧能源系统的关键装备之一，在新型电力系统“保供应”和“保安全”中发挥重要作用。 

　　目前，国网冀北张家口风光储输新能源有限公司还与中国电科院合作建成了储能系统并离网特性检测平台。据悉，该平台具备兆瓦级储能系统并网运行特性的实证能力和500千瓦以下储能系统离网运行特性的测试与实证能力。截至目前，已完成陕西合容电气公司调频用超级电容储能、北京普能世纪公司第三代全钒液流储能性能测试与实证运行。同时，通过自主搭建锂电池安全试验环境，完成了国内首次磷酸铁锂电池簇级热失控试验。 

　　针对风光发电具有间歇性这一特点，国网冀北张家口风光储输新能源有限公司的工作人员表示，风光储输“四位一体”联合发电控制和调度模式可以将新能源发电出力10分钟的平均波动率由30%降低至小于5%。“同时该工程拥有国内首个多尺度、全天候、高精度风光联合功率预测系统，可实现风光联合功率预测偏差小于10%”。 

　　为进一步提升新能源功率预测精度水平，2022年，国网冀北电力开发并应用了风光储基地数字孪生三维可视化展示与辅助决策平台，可实现状态监测、故障预警、尾流偏航优化、缺陷自动预警等功能。 

　　“风光储基地数字孪生三维可视化展示与辅助决策平台像是智慧的大脑，足不出户就可以运筹帷幄，实现基于海量信息的新能源功率预测。截至目前，可实现日前预测精度风电达到85%，光伏发电达到90%；风电第四小时预测精度不低于90%，光伏发电第四小时预测精度不低于95%。”国网冀北张家口风光储输新能源有限公司的工作人员说道。 

　　国家风光储输示范工程的亮点不仅体现在技术创新上，还体现在模式创新上。 

　　国网冀北电力的工作人员告诉记者，大多数新能源场站采用“大规模集中式开发，高电压远距离送出”的典型发展模式，低惯量、过电压、宽频振荡等问题突出，成为制约新能源消纳、危及系统稳定的主要因素。为解决这一问题，2022年，国家风光储输示范基地启用“新能源＋储能＋调相机”的发展模式，这也是全国首家应用该模式的新能源基地，对于探索新型电力系统的电源构建方案具有重大意义。 

　　在业内，调相机被称为电网安全稳定运行的“稳定器”，可以有效解决区域新能源送出能力不足等问题。据了解，调相机系统是介于发电机和电动机间，能够不发出、不吸收有功的一种特殊电机，可根据系统需要，自动在电网电压波动时调节无功输出，不仅可为风光储输示范工程提供足够的短路容量支撑，还可在既有基础上，直接提升风光储输新能源送出同时率30%以上，大幅提升新能源外送能力。截至5月中旬，冀北电网累计投产调相机24台，总容量61万千瓦，提升新能源送出能力129.5万千瓦。 

　　建设“柔性”通道，让绿电外送更畅通 

　　提升新能源消纳，是新型电力系统建设的另一个重点。 

　　十年前，张家口也曾面临绿电消纳能力不足的困境。根据《河北省张家口市可再生能源示范区发展规划》，2014年张家口的可再生能源电力装机总容量约700万千瓦，但区域内电网最大负荷仅为185万千瓦，可再生能源对外输送能力不足400万千瓦，可再生能源发电受限。 

　　张家口的绿电消纳问题并非个例，过去十年间，不少可再生能源送出省（市）或区域都曾有过类似的问题。因此，加快建设电力外送通道是保障绿电“送得出”的关键。 

　　国家能源局在2023年发布的《关于加强新型电力系统稳定工作的指导意见（征求意见稿）》中就指出，要协同推进大型新能源基地、调节支撑电源和外送通道开发建设，保障外送电力的连续性和稳定性。 

　　为此，作为京津冀地区的电力输送通道节点，张家口将扩建超高压输变电工程、增建特高压输变电工程，以及完善可再生能源电力跨省跨区输送通道提上日程。 

　　目前，张家口陆续建成张北—雄安1000千伏特高压交流通道、张北±500千伏柔性直流通道和张南、万全、沽源3个500千伏变电站。 

　　其中，创造了12项世界第一的张北柔性直流电网试验示范工程（以下简称“张北柔直工程”）成为能源技术创新的集大成者，2022年北京奥运场馆实现100%清洁用能也源于其在背后的助力。 

　　据了解，张北柔直工程是世界首个四端环形柔性直流电网，它不仅是世界首个±500千伏柔性直流电网工程，也是当时世界上电压等级最高、输送容量最大的柔性直流工程，能够有效解决张北可再生能源的送出与消纳问题，促进大型能源基地集约化开发和清洁能源高效利用。 

　　2020年6月29日，张北柔直工程正式投运，共新建中都、康巴诺尔、阜康和延庆4座换流站，额定电压±500千伏，额定输电能力450万千瓦，输电线路长666千米。其中，中都、康巴诺尔换流站为送电端，接入新能源，阜康站为调节端，接入抽水蓄能，延庆站为接收端，接入首都负荷中心。 

　　那么，张北柔直工程何以获得12项世界第一？ 

　　相较传统交流和直流输电技术，柔性直流输电是一种以电压源换流器、自关断器件和脉宽调制（PWM）技术为基础的新型输电技术，该输电技术具有可向无源网络供电、不会出现换相失败、换流站间无需通信以及易于构成多端直流系统等优点。与传统方式相比，柔性直流输电在孤岛供电、城市配电网的增容改造等方面具有较强的技术优势，是改变大电网发展格局的战略选择。 

　　国网冀北电力有限公司超高压分公司的相关负责人告诉记者，张北柔直工程突破了柔性直流组网、容量提升与可靠性提升等三大技术难题，并实现了五项技术创新突破。“在系统控制上，打造了世界上首个基于直流电网的多维度、多要素的控制保护系统；在开断能力上，研制出世界上最高电压等级、最高开断能力的直流断路器；在换流容量上，研制出世界上最高电压等级、最大换流容量柔性直流换流阀；在耗能装置上，研制出世界上最大容量交流耗能装置；最后，在器件功率上，研制出世界上最大功率的全控可关断器件”。 

　　截至5月15日，张北柔直工程累计向京津冀地区输送绿电突破300亿千瓦时，约等于820万户家庭一年的用电量，累计节约标准煤1050万吨。 

　　全方位提升新能源消纳能力 

　　科技创新在推动能源变革的同时，还带动了产业转型升级以及绿电交易机制的创新。 

　　随着张家口新能源规模化开发成效显著，《关于促进新能源产业高质量发展的实施办法》《张家口市关于支持新能源产业发展优惠政策》等文件相继出台，吸引了一大批装备制造业落地，其中明阳智慧、金风科技、亿华通等约29家新能源高端装备制造企业在张家口可再生能源示范区落地生根，涵盖风机、塔筒、叶片、光伏组件上下游产业，形成了智能风机、高效光伏组件、氢燃料电池发动机等多个产业链条。 

　　同时，依托于海量的绿电供应，近年来，冀北地区形成了大数据中心产业集群，打造了“新能源+数据平台”新样板。 

　　作为京津冀算力枢纽节点城市，目前，张家口吸引了阿里、腾讯、秦淮等一批大数据企业落户。 

　　“目前，官厅湖大数据产业基地已通过‘四方交易’机制购买绿色清洁能源，提升绿色能源使用占比。”秦淮数据官厅湖大数据产业基地负责人表达了使用清洁能源的强烈需求。他口中“四方交易”机制由国网冀北电力首创。这一机制保障了北京冬奥会场馆实现百分之百绿电供应。 

　　北京冬奥会虽已落幕，但“四方交易”这一机制还在持续发挥作用。在“四方交易”机制基础上，国网冀北电力畅通了新能源交易机制和渠道，让域内有使用绿电需求的企业和产业都用上了新能源。 

　　冀北电力交易中心结合市场主体绿色电力生产消费需求，在冬奥绿电交易与认证的引领示范下，优化交易组织时序，优先组织年度、月度绿电分时段交易，简化业务流程，市场准入、交易组织与结算全流程线上办理、紧密衔接；同时，在电力市场运营中融入互联网电商思维，推出了“电商式”购电服务平台——基于e－交易App的电力零售商城，为售电公司提供套餐展示和签约服务，也为零售用户提供信息查询、筛选比价、下单签约等一站式服务，提高了零售用户购买绿电的便捷度。截至今年4月底，张家口大数据累计用电量达17.54亿千瓦时，同比增长28.37%。 

　　科技创新离不开人才助力，目前，借助京津冀地区的区位优势，张家口正在加速构建京津冀人才一体化发展的“先遣队”，不断加强与京津冀的人才交流。 

　　以产聚才、以才兴产。未来，为满足京津冀地区负荷发展需求，张家口将持续推动以可再生能源为主体的新型电力系统建设，进一步提升新能源送出能力。 

　　根据《张家口可再生能源示范区“十四五”发展实施方案》，预计到2025年，示范区的可再生能源装机容量将达到4300 万千瓦以上，利用率达到95%以上，年替代化石能源2100万吨以上标准煤；可再生能源消费量占终端能源消费总量比例达到45%，70%的电力消费来自可再生能源，形成以可再生能源为主的绿色能源生产消费体系。