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柔直技術(shù)支撐風電走向深遠海

經(jīng)濟日報發(fā)布時間:2023-06-06 09:12:56  作者:王軼辰

  大力發(fā)展海上風電是我國構(gòu)建新型電力系統(tǒng)的關(guān)鍵路徑。隨著海上風電開發(fā)向深遠海邁進,如何保障電力穩(wěn)定送出成為重要研究課題。

  截至5月22日,由國網(wǎng)經(jīng)濟技術(shù)研究院有限公司(以下簡稱“國網(wǎng)經(jīng)研院”)承擔成套設(shè)計與工程調(diào)試的我國首個遠海風電經(jīng)直流送出項目——江蘇如東海上風電柔性直流工程(以下簡稱“如東工程”)已安全穩(wěn)定運行513天,實現(xiàn)年上網(wǎng)電量約26億千瓦時,相當于約105萬戶家庭年用電量,為海上風電深遠海大規(guī)模開發(fā)提供了關(guān)鍵解決方案。

  《“十四五”可再生能源發(fā)展規(guī)劃》提出,優(yōu)化近海海上風電布局,開展深遠海海上風電規(guī)劃。近年來,我國海上風電裝機容量持續(xù)增長,截至2022年累計裝機容量已超3000萬千瓦,居全球首位。受生態(tài)環(huán)境保護、交通航道占用等因素影響,近海風電資源日趨緊張,遠海具備更廣闊的海域資源和更龐大的風能儲量,開發(fā)潛力更大。

  向深遠海挺進,就意味著更遠的輸電距離,風電大規(guī)模并網(wǎng)成了難題。“傳統(tǒng)交流傳輸方式受電纜充電功率限制,僅適用于近海小容量風電并網(wǎng),而遠海大容量海上風電必須采用柔性直流并網(wǎng)技術(shù)。”國網(wǎng)經(jīng)研院直流技術(shù)咨詢中心主任李明說,在2016年以前,遠海風電柔直并網(wǎng)技術(shù)仍被國外長期嚴密封鎖,沒有任何經(jīng)驗可供借鑒,自主創(chuàng)新是唯一出路。

  為攻克該難題,國網(wǎng)經(jīng)研院組建了遠海風電并網(wǎng)技術(shù)攻關(guān)團隊,相繼攻克高壓大容量遠海風電“源—網(wǎng)—直”交互協(xié)同、直流系統(tǒng)構(gòu)建、成套裝備研發(fā)和工程設(shè)計實施等重大技術(shù)難題,完成高壓大容量遠海風電柔性直流系列創(chuàng)新,研發(fā)出具有完全自主知識產(chǎn)權(quán)的全套技術(shù)解決方案。

  國網(wǎng)經(jīng)研院如東工程項目經(jīng)理趙崢介紹,“源—直—網(wǎng)”交互協(xié)同難,主要因為大規(guī)模海上風電孤島柔直受端單線、長距離饋入電網(wǎng),海上風電場無濾波裝置,系統(tǒng)耦合特性復(fù)雜、諧波劣化嚴重。攻克該難題后,可以確保百萬千瓦柔直在多故障工況下平穩(wěn)穿越,同時可有效化解海上風電接入柔直系統(tǒng)的寬頻振蕩風險。

  該團隊根據(jù)海上柔直環(huán)境惡劣、平臺空間布局緊張、運維工況復(fù)雜的特點,研發(fā)出滿足高可靠性、強適海性與免維護等需求的柔性直流系統(tǒng)構(gòu)建技術(shù),在保證系統(tǒng)安全前提下,柔性直流過電壓、海上設(shè)備空間比國外均降低10%以上,大幅降低了核心設(shè)備與海上換流平臺的設(shè)計制造難度和整體投資水平。

  因為缺乏高壓大容量直流耗能裝置、海上換流閥等適海設(shè)備,工程進展受到嚴重影響。該團隊提出了高性能、低成本的海上風電柔直核心設(shè)備設(shè)計標準和研發(fā)技術(shù)規(guī)范,支撐國內(nèi)設(shè)備制造單位成功研制出世界電壓等級最高的直流耗能裝置、世界首套輕型化適海型±400千伏換流閥等,直流耗能裝置投切電壓波動小于3%,成本和尺寸比國外分布式裝置均降低30%,海上換流閥尺寸和重量比陸上分別降低15%和10%。

  “這些研發(fā)成果填補了我國遠海風電柔直送出領(lǐng)域技術(shù)空白,打破了國外在遠海風電柔直并網(wǎng)領(lǐng)域的技術(shù)封鎖,是我國遠海風電發(fā)展的重要里程碑。”李明說。

  據(jù)介紹,如東工程是世界上電壓等級最高、輸送容量最大的海上風電柔直工程,額定直流電壓為±400千伏,額定容量為1100兆瓦,在破解遠海風電大規(guī)模消納難題上取得重大技術(shù)突破,創(chuàng)造了8項世界第一,對我國大規(guī)模遠海風電開發(fā)建設(shè)具有重大示范意義。國網(wǎng)經(jīng)研院黨委書記、執(zhí)行董事郭銘群表示:“柔性直流具有自主構(gòu)網(wǎng)、靈活可控等優(yōu)勢,可破解交流送出容量、距離受限難題,是目前百萬千瓦、百公里級海上風電并網(wǎng)消納的最優(yōu)手段。”

  預(yù)計2030年,我國遠海風電并網(wǎng)規(guī)模將超過1億千瓦。目前,多條遠海風電柔直并網(wǎng)工程已進入可行論證階段,柔直并網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用前景非常廣闊。但隨著我國海上風電從高補貼階段進入平價上網(wǎng)時代,降低遠海風電的開發(fā)利用成本成為首要任務(wù),亟待研發(fā)輕型緊湊化并網(wǎng)設(shè)計技術(shù)。

  “目前已開發(fā)出輕型化主回路設(shè)計技術(shù),攻克了‘阻—感—容’暫態(tài)特性全局優(yōu)化設(shè)計方法與百微秒級超高速保護協(xié)同方法,提出了多路徑核心設(shè)備功率密度提升技術(shù),使海上平臺的尺寸、重量相比如東均降低40%以上,使工程的總體投資水平降低30%以上,可實現(xiàn)柔直成套裝備輕型化、海上平臺緊湊化、工程投資低量化的整體設(shè)計目標,為大規(guī)模海上風電安全、可靠、經(jīng)濟送出奠定技術(shù)基礎(chǔ)。”趙崢介紹。

  業(yè)內(nèi)人士表示,柔性直流輸電技術(shù)因海纜線路輸送容量大、損耗小,使用壽命長,輸送距離基本不受限制,可有效解決海上風電場大容量、遠距離輸電問題,對未來我國海上風電集中連片規(guī)?;瓦h海大容量風電開發(fā)建設(shè)具有重要意義。(經(jīng)濟日報記者 王軼辰 )


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