位于西班牙海岸的 DolWin kappa 换流平台正在建设中，该平台高 6 米，重 11000 吨，是世界上第一个配备最先进的气体绝缘直流开关设备的海上平台。Maria 和她的团队在直流输电领域的创新，正在助力这一伟大的电气工程成为现实。
作者：Christina Hümmer
自古以来，西班牙南部海岸就是诸多神话文明的发祥地之一：靠近直布罗陀海峡的海滨城市加的斯，据说是由希腊神话中的大力神赫拉克勒斯一手打造的。
如果你把目光转向风景如画的加的斯古城的东部，你可能会看到在地平线上矗立着一座巨大的钢结构建筑——西班牙工程、采购和建设（EPC）承包商 Dragados Offshore S.A.和西门子能源正在这里建造 DolWin kappa 换流平台，这是一个比肩赫拉克勒斯任务般艰巨的的卓越技术项目。
TennetT 是欧盟领先的绿色海上电网运营商之一，其建造的 DolWin kappa 平台是 900 兆瓦的 DolWin6 电网接入系统的核心，它将确保 TennetT 通过其荷兰和德国大部分地区的高压电网，将海上绿色风电从德国北海输送到海岸边。投入使用后，这座庞然大物般的平台将会矗立北海，高达 约 56 米，高度相当于一座 18 层楼高的建筑物。它的总重量为11,000 吨，由 10 根锚定在海床 50 米深处的钢桩支撑。
"我们当下的任务是将多达 15,000 个组件集成到 200 个子系统中。"西门子能源高压直流输电（HVDC）项目首席工程师
DolWin kappa平台将接收来自多个风电场输送的交流电，并将其转换为直流电。这是将电力以极低线损传输到 90 公里外的陆上电网的唯一方法。在那里，另一端的换流站再把直流电转换为交流电，以便将清洁电力源源不断地馈入电网，并输送给千家万户。
这是多种输电技术的综合性应用：“我们当下的任务是将多达 15,000 个组件集成到 200 个子系统中，”西门子能源 Maria Kosse 博士说道。作为负责将电网接入系统的首席工程师，她的工作是确保换流平台上的每个组件都能完美地交互。从换流平台的心脏——高压直流输电（HVDC）换流器，到平台的大脑——可处理约 40 万个信号的控制和保护系统，每项功能与每种技术都必须正常运行，才能确保将清洁电力输送给千家万户。然而，让 Maria 眼前一亮的不是换流平台的大脑或心脏，而是另外一种与众不同的技术。
DolWin kappa 是全球首个在海上平台使用直流气体绝缘开关设备（DC GIS）的项目。 Maria 负责开发其电压达 ±550 kV 的开关设备，从2016年起，她就一直在参与直流气体绝缘开关设备（DC GIS）的开发工作，直到2021年该设备在加的斯船厂成功完成投运测试。
占地空间对于海上风电场的电网接入方案至关重要，直流气体绝缘开关设备（DC GIS）拥有决定性的优势：同样配置下的空气绝缘开关设备，占地空间为 4,000 立方米，直流气体绝缘开关设备（DC GIS）占地仅为 200 立方米。更重要的是，它甚至不需要平台提供专门的空间，仅需利用其他设备房即可。
通过减少高达 95％ 的安装空间需求，Maria 和她的团队在绝缘技术方面开创了新局面，为海上风电电网接入提供了一种最节省空间和成本的技术，使得像 DolWin kappa 这样的换流平台能以最紧凑的方式建造，节省了宝贵的资源。
热爱点亮职场之路
年少时的 Maria 就梦想成为一名电气工程师：在德累斯顿工业大学高压实验室为期两周的实习期间，她发现自己对电气工程无比热爱。"我看到了闪电并听到了它发出的巨响。我想：这样的放电场面看起来简直太美了。"Maria 笑着说， "在实习的前几天，我就知道：这就是我想要做的！这就是我想要学习的！"
起初，这种追逐梦想的勇气和决心，却被家人和朋友当作一个 15 岁孩子不切实际的想法而嗤之以鼻。然而，这最终成为了 Maria 职业生涯的起点。Maria 在德累斯顿工业大学完成了实习后，又继续攻读了电气工程学位，并在俄罗斯圣彼得堡国立理工大学学习了一个学期，从而积累了丰富的海外经验。
在中国实习的半年时间里，她参与到宁东-山东高压直流输电（HVDC）换流器项目中，第一次有了实际操作经验。这个项目深深地吸引了她，因为“这项技术具有如此多的优点，我真的感觉到我还能在其中学习到更多的东西“。
事实上，还有更多的东西需要探索： 虽然 Maria 在基础学习中获取了丰富知识，使她在高级工程师的工作中受益，但 Maria 也深知学无止境。在获得高压技术领域的专业文凭后，她想要学习更多专业知识，于是她决定继续攻读博士学位。她论文的主题是：在直流（DC）电压应力作用下气固绝缘系统的闪络特性。
直流输电研发更需要耐心
在她的论文实验部分，一个核心问题是： 在什么电压水平下和经过多长时间后会发生击穿或闪络，也就是说，开关设备的绝缘系统在什么地方会失去绝缘能力，而变成导电体？通过多次实验各种不同电压应力的持续时间，Maria 观察到交流（AC）和直流（DC）电压施加在绝缘系统上的差异。而做直流输电研发，是非常需要耐心的。
通过长期的实验，Maria 才发现直流气体绝缘开关（DC GIS）中的电场是会变化的： "与交流气体绝缘开关（AC GIS）不同，直流气体绝缘开关（DC GIS）的气固绝缘系统在通电时暴露于静电场，随后电场转变为受多种因素（如应用材料及其温度）强烈影响的恒流电场。”
在完成博士学位后，Maria 成为西门子能源直流气体绝缘开关（DC GIS）的开发工作的负责人，在过程中她意识到： 虽然直流气体绝缘开关（DC GIS）是基于西门子能源久经验证的交流气体绝缘开关（AC GIS）技术，但仍需要开发和测试一种新的绝缘体，以处理与直流相关的问题。凭借她在大学里接受的高压工程方面的专业课程和相关经验，她可以对直流气体绝缘开关（AC GIS）进行反复实验，如果需要的话，Maria 还能亲自上手操作设备—有时这会让她身边的同事感到惊讶。
当 Maria 谈到在男性主导的领域工作所面临的挑战时，话题从工作服（因为工作服尺寸主要针对男性设计）到许多会先入为主地质疑年轻女性工程师的能力，导致她不得不一次又一次地证明自己。通过自信地专注于自己的技术能力，并不断挑战自己和他人发展这些技能，Maria 消除了性别刻板印象并成为其他年轻工程师的榜样，向他们展示了这一领域有多让人着迷，鼓励他们也成为技术创新者。
超越技术极限
技术发展永远不会停滞不前：第一代直流气体绝缘开关（DC GIS）可用于 ±336 kV 电压等级，而今天它已可用于高达 ±550 kV 的电压等级——这是技术上的重大进步。将助力实现功率达 2 吉瓦（GW）的电网互联。
在离加的斯不远的地方，传说赫拉克勒斯在地中海出口处刻下了一句拉丁文 "Non plus ultra"，意为 "无法逾越"，以此标志出我们所认知的世界的尽头。在全球气候变化的背景下，能源格局正在彻底重塑，技术领域已知的界限需要被一次又一次地打破——就像Maria和她的团队在开发直流气体绝缘开关（DC GIS）时所做的那样。今天，Maria继续在国际技术组织，如国际大电网会议（CIGRE）和国际电工委员会（IEC）中致力于直流气体绝缘开关（DC GIS）技术的标准化工作，但西门子能源的工程师们已经在研究下一代直流气体绝缘开关（DC GIS），它将使用气候中立的洁净空气，这是一种工业净化空气，而且不含氟。洁净空气能够使风电的传输更绿色环保。
有一点很明确，如果我们不能有效地将可再生能源接入能源系统，并延缓全球气候变化，那么我们真的会迎来“世界末日“。
2022 年 8 月
Christina Hümmer，西门子能源传播部
图片和视频来源： 西门子能源; TenneT
