当英国或比利时的人们打开电灯或给手机充电时，他们可能不会意识到，他们所使用的电力是跨境传输而来——而这种形式正逐渐常态化。

 

一条横穿了英吉利海峡的高压直流输电线路，实现了英国和比利时之间的能源互通。这条名为Nemo Link的线路，输电容量为1000兆瓦（MW），通过140公里的海底和地下电缆，为百万个家庭提供安全稳定的清洁电力。

 

这其中，西门子能源新型高压直流输电（HVDC PLUS）技术的应用，为电力输送的安全稳定性添上了关键的一笔，尤其是在可再生能源、清洁能源的传输上。

 

电力的跨境运输已成为大趋势，Nemo Link是首个实现HVDC PLUS技术的±400千伏直流输电系统。在全球努力实现去碳化的背景下，传统的化石能源利用正在逐渐转化为清洁能源的使用，这个过程中显现出来的绿色电网安全稳定性非常关键。在欧洲电力市场一体化的大趋势之下，Nemo Link 具有举足轻重的地位。

 

“电力可以用来架构桥梁。”西门子能源方面如是说，希望全世界的人都能享受负担得起的电力，这也是西门子能源在电力技术创新研发上的初心与愿景。

 

强大的线路

 

在经历2年建设后，Nemo Link于2019年投入运营，是比利时和英国之间的首条高压输电线路，由英国国家电网和比利时Elia集团合资运营。

 

基于功率流动的双向性，天辰注册两国都能从跨境电力交易和能源结构多样性中获益。在位于比利时的赫德斯布鲁格（Herdersbrug）和英格兰东南部的里奇伯勒（Richborough）两端，Nemo Link建造了基于HVDC PLUS技术应用的换流站。

 

英国的海上风电资源丰富，天辰注册在当地的可再生能源发电超过了本地电力需求之后，多出来的清洁电力可以输送到比利时，‍‍当英国有电力缺口的时候，比利时的电力又可以‍送往英国，两边互相传输电力，实现能源互通。数据显示，Nemo Link投运以来，一直保持连续可靠运行，每年电力输送达87.6亿千瓦小时。从运行稳定性上来看，年可用率（‍1年时间里，‍非人为因素切换造成的停电天数）达到了99%以上。

 

Nemo Link项目占地面积小、动态性能高，可以独立控制有功/无功功率，是实现HVDC PLUS 技术的不二之选。2017年，Nemo Link被英国安全委员会授予了“荣誉之剑”，这个奖项仅授予在环境、健康和安全标准方面出类拔萃的项目。

 

西门子能源相关负责人介绍称，HVDC PLUS是西门子原创的、基于电压源（VSC）的模块化多电平换流器（MMC）构成的高压直流输电系统，属于国际标准划分的VSC-HVDC类别。使用的新型MMC换流器，其核心组件是大功率全控电力电子器件IGBT组成的半桥/全桥拓扑功率模块和高速控制保护系统。

 

换流器交直流转换所需的绝缘栅双极晶体管（IGBT）模块能够以高度智能的方式实现精准开关，从而让换流过程产生接近理想的电流和电压波形。这个交直流换流的特性，使得换流站交流侧无需使用滤波器，大大节省了换流站的占地空间。

 

而且，通过HVDC PLUS技术，可再生或新能源发电厂不再以交流方式直接并入电网，而是可以实现与主电网之间的“隔离”，避免因输电线上的电压中断或者电厂停机带来的影响，确保电网故障不会扩散，实现高压直流输电系统稳定可靠高效的电力传输。这也是HVDC PLUS的最大特点。

 

基于这些特点，HVDC PLUS技术极大地解决了可再生能源的间歇性问题。HVDC PLUS解决方案极其适用于如海上风电场等系统。

 

以海上风电场为例，HVDC PLUS技术的应用，以直流形式连接电网，送、受端系统隔离，可避免故障在电网及风电场间传播，防止系统电压大幅振荡、功角失稳及风电场失速。同时，对无功功率进行动态控制，提高并网系统电压稳定性，抑制并网风电场电压波动和闪变，改善并网系统电能质量。可精确控制有功潮流，为风电场提供优异的并网性能，提高并网系统暂态稳定性。实现多端直流输电系统，提高风电场风能利用率，简化大型风电场结构，减少线路走廊施工环节，易于扩充新机组，减小风力的不确定性影响。

 

远距离或者超远距离输电通常使用高压直流输电（HVDC）技术，可以降低输电过程中电力损耗，西门子能源是全球领先的HVDC系统制造商之一。2010年，HVDC PLUS技术首次在美国进行了商业化应用，通过一条穿越湾区的长85公里的电缆将坐落于加利福尼亚州州匹兹堡的天然气电厂生产的电力输送至旧金山市中心。

 

西门子能源相关负责人表示，相较于传统的高压直流，HVDC PLUS的优势在于，无源换流工作方式，不需要电网提供换相电压，并且能够构成并联多端直流输电系统。控制方式灵活，可同时独立控制有功功率和无功功率，稳态运行时不需要交流系统提供无功功率；在交流系统故障时，能够提供紧急有功支援和动态无功支撑，提高系统的功角、电压稳定性。

 

能源互联互通

 

当前，碳中和与绿色发展已成为全球共识，截至2020年10月，全球范围内提出碳中和目标的国家已达126个，占全球碳排放总量约51%，其中，有53个国家和33个地区承诺实现100%清洁能源。

 

清洁能源的电力化成为大趋势，也是当前全球能源转型的必经之路。随着高压和特高压输电技术的成熟，电力的跨区域、跨国输送越来越便捷。全球正朝着能源互联网发展，且随着可再生能源的发展，如何确保电网的稳定性变得日益紧迫。

 

西门子能源相关负责人表示，HVDC PLUS技术使可再生能源产生的电力变得稳定。一些地区的可再生能源很丰富，但是如果没有相应的稳定技术支持，这些能源可能会浪费掉，导致需要用化石能源进行弥补，‍‍而这不符合全球碳中和的大趋势，如今，通过HVDC PLUS技术能够有效解决这一问题。

 

这不仅有助于可再生能源发电的有效产出，也能够在全球范围能进行电力的有效配置，推进了清洁能源的扩大化使用。

 

回到Nemo Link项目，通过采用基于HVDC PLUS系统的换流站，在英国和比利时的国家电网之间提供更多的能源互联，也给两国供电的稳定性和安全性提供了保障。在项目投运后，一个国家的超额供给可以用来满足另一个国家的需求，这极大地提高了市场效率。

 

值得关注的是，Nemo Link同时也是连接英国与其他邻国电网的新建高压联络线之一。目前，在建的项目还，包括了贯穿英法海底隧道的ElecLink，以及英国和丹麦之间长达767公里的 Viking Link。这一技术使得清洁能源的稳定输送成为了可能，也将有助于欧洲形成一个安全稳定的能源互联网。

 

欧洲电网在未来的整合中将继续前行，开展更深入地探索，据悉，西门子能源致力于将 Viking Link 打造为全球最长的运用 HVDC VSC 技术的直流电缆换流站之一，输电电压将达到±500千伏。

 

西门子能源HVDC PLUS技术成熟业绩众多，业绩工程中拥有第三方认证的系统高可用率指标记录，同时西门子能源还提供全生命周期服务，保证所在国家运营方稳定获益(一般独立运营方模式)。

 

迄今为止，HVDC PLUS技术一直被用于海底及地下电缆线路。然而，借助采用全桥技术的新型IGBT模块，计划在2022年之前竣工的贯穿德国南北、长340公里的Ultranet输电项目中，将采用输电容量高达2000兆瓦的灵活、可靠的架空线路。

 

西门子能源相关负责人表示，“送电方式如果拓展到架空线的话，无论是电压等级还是输电容量，有望达到传统HVDC的参数，这将是一个令人兴奋的发展趋势。”据了解，西门子能源每年在研发上的投入相当可观，这也是其能够保持持续技术创新与突破的强大基石。。

 

随着全控电力电子器件(如IGBT)的技术进步和额定参数的提升和成本下降，HVDC PLUS有逐渐接近和达到传统高压直流所具有的各项极限评价指标的发展趋势，从成本上来讲，整体造价有接近和趋近相同的趋势。

 

具体到中国，自上世纪80年代起，西门子就一直在积极参与高压直流项目的建设。早在1984年，西门子参与建设了葛洲坝到上海的HVDC线路，这也是中国第一条远距离高压直流输电线路。2009年，还与南方电网合作建设投运了云南至广东的高压直流UHVDC项目，输电容量高达5000兆瓦，可将在云南的水电站生产的电力输送至远在1400公里之外的广东省内的大城市。该项目也是世界上首条投入运营的输电电压为800千伏的高压直流输电线路，通过取代由燃煤产生的补充电力，助力广东省每年减排二氧化碳约3000万吨。截至到目前，西门子能源在中国已经参与建设了31个高压直流项目。

 

尤其是在中国提出双碳目标之后，西门子能源相关负责人表示，在新能源政策推动之下，中国市场的潜力十分巨大，西门子能源密切关注中国市场的培育和发展，当前也与业主及科研设计单位保持频繁技术交流互访，等到条件成熟时，就可推进HVDC PLUS技术的本地工程化应用与合作。