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电已经成为我们工作生活不可或缺的能源，照明、公交地铁高铁运行、城市建设……处处需要用电。北京的电从哪里来？市民们或许想不到，超过7成的供电来自外部调入。近年来，随着绿色环保低碳理念的落实，进京的外调电越来越绿色，最多时一半供电来自风电、光伏电等清洁电力。
出京一路向北，可以看见草原上一片片“大风车”，向阳山坡上一面面“大镜子”。这些都是北京供电的源头。然而，将分散的绿色电流与火力发电一起接入大电网并非易事。国家电网冀北电力科学研究院教授级高级工程师刘辉及其团队攻坚克难，确保了“绿色”电流安全稳定、和谐共存地一同输京。
不久前，在第13届北京发明创新大赛创新人物评选中，刘辉工程师被授予“创新大工匠”荣誉称号。记者了解到，目前，他正在带领团队围绕“绿色冬奥”开展清洁供电技术攻关。到2022年，世界上首套集纳风电、光电、抽水蓄能电等新能源电力的“柔直电网”工程将投入使用，全力保障延庆、崇礼等冬奥赛区用电。
攻克谐振难题 风电平稳进入电网
无论是在张北、丰宁坝上，还是在内蒙古草原，人们总是能见到一座座 “风车”，巨大的叶片在缓缓转动。每座“风车”其实就是一台风力发电机组。很多人都有疑问，发电不应该是叶片飞快转动才能带动发电机运转吗？记者的采访就是从这个问题开始。
刘辉笑着回答道，别小看这些风机的叶片，它们短的也有10多米，最长的能达到40多米，叶片扫过时，尖部的线速度可达每小时200公里，小汽车都追不上。加上风机内部有齿轮箱，可以把叶片转速放大100倍，使得内部发电机的转速可达每分钟1000至2000转。“一般的单台风力发电机，发电功率能够达到2000千瓦，也就是转一小时可以发2000度电。”
风电机组发出的电和光伏板发的电最终都需要并入大电网，才能传到千家万户。在并入大电网时，风电会遇到一位“老大哥”——火电机组发的电。这是国内电力的主要来源，我国最大单台火力发电机组一小时可以发电100万度。“相比火电可以全天候发电，为电网稳定供电，风电、光伏电受气象等因素影响较大，无论是抗干扰能力，还是支撑电网的能力，都要弱得多，还出现了一些与火电截然不同的问题，比如风电次同步谐振现象。”刘辉解释道。
风电次同步谐振最早是2010年在京北的张家口沽源地区发生，“风电、光电、火电，输入大电网都需要电流电压平顺、稳定，但是工作人员发现当地的风电不时出现波动式电流，时高时低，这对京津冀电网显然不是件好事。”至于什么原因造成，当地一直发现不了。后来，在吉林、新疆等风电大规模接入的地区，也发生了这一现象。
2012年，刘辉带领团队展开了技术攻坚，发现不同于大多数电力设备呈现“正电阻”的特性，风电机组在一定条件下会表现为“负电阻”，导致系统电流出现了谐振现象。经过三年多的努力，这一难题终于得到解决。他们把解决方案提交给了相关设备制造商和电网运行部门，实现风电平稳地进入京津冀大电网。
建设柔直电网 灵活保障冬奥用电
2015年7月31日，国际奥委会第128次全会投票选出北京成为2022年冬奥会举办城市。北京冬奥会将是一届清洁、绿色的冬奥会，清洁能源将得到全面的应用，其中就包括电力。2016年，刘辉带领团队申报了国家重点研发计划项目“支撑低碳冬奥的智能电网综合示范工程”。
刘辉告诉记者，未来将打造一张“四端柔直电网”。四端分别位于张家口的张北、康保，承德的丰宁，以及北京。张北、康保都建设大量风力发电、光伏发电设施，这些电力将直接保障北京城区以及延庆、张家口崇礼两个冬奥赛区。同时，他们还将在丰宁端建设抽水蓄能电站，当发电能力大于用电需求时，可以把电“存”起来，以备不时之需。
一张“四端柔直电网”不仅接纳风电、光电、抽水蓄能电，还要输送给北京城区、延庆、崇礼，因而必须要有一套灵活的调控技术。国家电网有限公司创新使用了“柔性直流”输电技术，把单向的输电“铁路”变成了拥有多个立交互通出口，可灵活调配的“综合交通枢纽”，最大限度保障将清洁能源安全稳定地输送给用户。
柔性直流属于新兴技术，相关人员的专业储备较为薄弱。刘辉全身心地投入到紧张的项目研发中，枯燥的数据、复杂的图纸成为他不离手的宝贝。就在项目进展到关键时期，传来母亲病重的消息。为不拖团队后腿，刘辉将医院病房变成了办公室，在照顾母亲休息后，又投入到工作当中。一个月的时间，他瘦了10斤。
刘辉告诉记者，如今“柔直电网”已经在全面建设中，预计今年底有一部分能够投入使用，2022年冬奥会时将全面派上用场，保证赛区全部使用清洁电力。他自豪地说，“这将是全球首个柔直成网部署的工程。”
储存风电光电 改变靠天吃饭弱点
当前，京津冀电力系统协同发展已经走在全国前列。记者了解到，京津冀电网早已经实现了一体化运行，冀北电网承担冀北地区电力保障以及向北京供电保障的任务。2018年底，冀北电网装机容量达3089.5万千瓦，其中清洁能源装机占57.6%。
刘辉带着记者走进冀北电科院的一层，这里的国家电网有限公司风光储并网运行技术重点实验室已经建成投入使用。他对记者说，这里面的设备都是宝贝，“比如我们这里的设备可以复现新能源场站的各类运行事故，可以模拟风电、光电与火电并入大电网时如何协调控制等。”很多人将他们比喻为京津冀电网的“家庭医生”，而这些设备投入使用，将显着提高他们的“把脉”能力。
作为冀北电科院智能电网与新能源研究所所长，刘辉带领的团队人员有35人，其中包括12名博士、16名硕士。他们的一系列研究成果解决了京津冀新能源发展中遇到的重大问题，增强了电网安全运行水平。记者了解到，仅攻克风电谐振问题这一项技术贡献，五年累计增加新能源发电量60亿度，实现二氧化碳减排670万吨，为北京清洁供电和大气污染防治发挥了重要作用。
2018年8月，刘辉职工创新工作室被命名为北京市级创新工作室。他说，工作室未来有许多事情要做，主要是让风电、光电等新能源电网更智慧、更可控，提高新能源发电设备对大电网的支撑能力，“让它们尽可能向火电一样‘瓷实、稳定、强壮’。”另外，还要努力改变风电、光电“靠天吃饭”的弱点。比如：上午风大，风机发电用不了；下午风小，发电跟不上，以后必须想办法把用不了的电先存储起来，等不够的时候再输入大电网，“我们实验室已经在开展风电、光电、储能电并网运行的研究，有望在近期内取得技术突破和推广。”
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风力发电、光伏发电不影响气候污染
近年来，大气污染、气候变化愈发受到关注。不知从什么时候开始，网上一直流传一种说法：大规模推广使用光伏板削弱了太阳光对地面的辐射，导致了气候异常；内蒙古、坝上地区的大片风电机组减弱了风力，加剧了雾霾空气污染。这次采访中，刘辉对这两种谣言进行了辟谣。
刘辉告诉记者，光伏发电肯定不会影响气候。事实上，太阳光被人们利用的比例还很低，“全国国土面积如果能有1%被用来光伏发电，电量足够全国使用。”同时，在已有的光伏板发电过程中，太阳光只有20%会被转化成电能，其余能量又重新通过反射等方式回到了大自然。
同样，风力机组加剧雾霾也没有科学依据。刘辉对记者说，最大的风力机组高度一般不会超过100米，这个高度以下的大气环流能量只占到整个大气环流能量的数万分之一。另外，风机把风能转化为电能的比例也在30%左右，其余的风仍在往前“跑”，风速几乎不会受到影响。
刘辉特别说道，过去，北京遇到的几次特别重的雾霾大气污染，京津冀地区都处于大气静稳状态。当时，我们技术人员正在张北坝上地区做科研。那边也没有风，风机风叶都停转了。因此，不存在风力发电加剧雾霾污染的情况。
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