中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)訊：眼下，在浙江省溫州市洞頭區(qū)，浙江（華東）深遠(yuǎn)海風(fēng)電母港正加快建設(shè)。該項(xiàng)目于2024年年底開(kāi)工，是浙江首個(gè)服務(wù)深遠(yuǎn)海項(xiàng)目的新型功能港，計(jì)劃到2030年打造千億級(jí)風(fēng)電產(chǎn)業(yè)集群。
邁入海上風(fēng)電大規(guī)模開(kāi)發(fā)時(shí)代，沿海省份紛紛加大海上風(fēng)電開(kāi)發(fā)和電力集群送出力度。在用電大省浙江，國(guó)網(wǎng)浙江省電力有限公司持續(xù)強(qiáng)化技術(shù)創(chuàng)新，探索海上風(fēng)電大規(guī)模集群送出策略，助力浙江向海爭(zhēng)風(fēng)。
海上風(fēng)電加快發(fā)展，深遠(yuǎn)海成為主戰(zhàn)場(chǎng)
浙江近岸海域坐落著4300多個(gè)海島，海岸線和海島岸線總長(zhǎng)6400多千米，均居全國(guó)首位。根據(jù)《浙江海上風(fēng)電發(fā)展規(guī)劃（2021～2035年）》，全省風(fēng)電裝機(jī)規(guī)劃容量為3650萬(wàn)千瓦，其中遠(yuǎn)海風(fēng)電規(guī)劃容量為2800萬(wàn)千瓦。
截至3月底，浙江海上風(fēng)電裝機(jī)容量達(dá)477萬(wàn)千瓦，主要是離岸80千米以內(nèi)的近海小型風(fēng)電場(chǎng)，均采用工頻交流送出技術(shù)?！肮ゎl交流送出技術(shù)是目前國(guó)內(nèi)裝備最成熟、工程經(jīng)驗(yàn)最豐富的輸電技術(shù)?！眹?guó)網(wǎng)浙江電力科技部二級(jí)職員金文德介紹。
2013年以來(lái)，我國(guó)風(fēng)電裝機(jī)增長(zhǎng)了6倍，年均增長(zhǎng)約20%，2024年年底突破5.1億千瓦，規(guī)模居世界首位。隨著海上風(fēng)電加快發(fā)展，深遠(yuǎn)海成為未來(lái)海風(fēng)資源開(kāi)發(fā)的主戰(zhàn)場(chǎng)。
據(jù)介紹，影響海上風(fēng)電送出模式選擇的主要因素是風(fēng)電場(chǎng)離岸距離和規(guī)模。受交流電纜的能量損耗問(wèn)題和電纜成本問(wèn)題影響，如果將工頻交流送出技術(shù)直接應(yīng)用于即將開(kāi)發(fā)的離岸80千米～150千米的中遠(yuǎn)海域風(fēng)電場(chǎng)，輸電經(jīng)濟(jì)性將大打折扣。
中遠(yuǎn)海域的風(fēng)電要如何送出？這是一個(gè)國(guó)際性難題。英國(guó)、德國(guó)等國(guó)家在海上風(fēng)電領(lǐng)域正廣泛應(yīng)用柔性直流輸電技術(shù)，即通過(guò)大功率、高性能的電力電子器件實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)電網(wǎng)電壓、電流等各類參數(shù)，提升電能可控性、適應(yīng)性、響應(yīng)速度和智能化程度。
但在國(guó)網(wǎng)浙江電力看來(lái)，這仍不是中遠(yuǎn)海域風(fēng)電送出的最優(yōu)解。“柔性直流輸電克服了海纜充電無(wú)功的問(wèn)題，輸電能力更強(qiáng)，但缺點(diǎn)也十分明顯，即需要建設(shè)海上換流站?！苯鹞牡抡f(shuō)。海上換流站的平面面積近乎一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)足球場(chǎng)大小，高度可比肩15層的居民樓，建設(shè)成本高，需要探索更經(jīng)濟(jì)的輸電模式。
柔性低頻輸電成為選擇，兼顧經(jīng)濟(jì)性和輸電能力
何為更經(jīng)濟(jì)的送出方式？“一是成本更低，二是送出效率更高?！闭憬娏茖W(xué)研究院電網(wǎng)技術(shù)中心副主任陸翌介紹，用其他設(shè)備代替海上換流站可大幅削減成本，減少電力損耗能提升送出效率。
20世紀(jì)90年代，中國(guó)科學(xué)院院士王錫凡便提出分頻輸電方式，通過(guò)降低輸電頻率減少電能損耗，提升輸電容量和距離。2014年前后，浙江電科院柔性電力技術(shù)團(tuán)隊(duì)逐步啟動(dòng)柔性低頻輸電技術(shù)研究。
“低頻技術(shù)的優(yōu)勢(shì)在于，只需建設(shè)一座海上升壓站，將低頻風(fēng)電機(jī)組發(fā)出的電力升壓至需要的電壓等級(jí)再送至陸地。”陸翌介紹。目前，全球最大的海上升壓站占地面積僅為一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)海上換流站的一半。
輸電頻率低到多少才最為經(jīng)濟(jì)？“離岸80千米～180千米的中遠(yuǎn)海百萬(wàn)千瓦級(jí)風(fēng)電送出時(shí)，若輸電頻率低于20赫茲，變壓器、斷路器的成本將增高，若高于20赫茲，海纜傳輸能力將下降，須增設(shè)海纜才能滿足送出要求。”柔性電力技術(shù)團(tuán)隊(duì)頻率優(yōu)選工作骨干裘鵬說(shuō)。
2021年3月，在中國(guó)科學(xué)院院士陳維江等專家的指導(dǎo)下，國(guó)網(wǎng)浙江電力確定20赫茲是80千米～180千米中遠(yuǎn)距離海風(fēng)送出場(chǎng)景下最兼顧經(jīng)濟(jì)性與輸電能力的頻率。
全新的技術(shù)路線，意味著配套裝備的空白?！昂诵脑O(shè)備全部需要自主研發(fā)。”金文德說(shuō)。近年來(lái)，依托國(guó)家電網(wǎng)海洋輸電工程技術(shù)實(shí)驗(yàn)室等創(chuàng)新平臺(tái)，國(guó)網(wǎng)浙江電力掌握了柔性低頻輸電系統(tǒng)的行為特性，并聯(lián)合科研機(jī)構(gòu)及上下游企業(yè)，自主研發(fā)了包括柔性低頻換流器、低頻變壓器、新型海纜船等在內(nèi)的近100項(xiàng)核心技術(shù)裝備和專利成果。
示范工程驗(yàn)證技術(shù)路線，探索逐步深化
在臺(tái)州大陳島上，低頻風(fēng)力發(fā)電機(jī)在海風(fēng)中旋轉(zhuǎn)葉片，綠電從這里送至陸地電網(wǎng)。
2022年6月，臺(tái)州35千伏柔性低頻輸電示范工程投運(yùn)。這是世界上首套投入商業(yè)運(yùn)行的低頻海上風(fēng)電送出系統(tǒng)，也是國(guó)網(wǎng)浙江電力柔性低頻輸電系列示范工程規(guī)劃的第一步。
“臺(tái)州35千伏柔性低頻輸電示范工程對(duì)大陳島上原有兩臺(tái)1100千瓦工頻風(fēng)機(jī)進(jìn)行了低頻改造，將風(fēng)機(jī)發(fā)出的20赫茲電能升壓至35千伏后送至鹽場(chǎng)低頻換流站，變頻為50赫茲后并入工頻系統(tǒng)?！迸_(tái)州供電公司變電檢修中心副主任蔣旭介紹。投運(yùn)至今，該工程已向陸地輸送海上風(fēng)電超1600萬(wàn)千瓦時(shí)，比工頻輸電能量損耗降低了1.2%。工程還配套研制并投運(yùn)了35千伏柔性低頻換流器、低頻變壓器等19項(xiàng)國(guó)際首臺(tái)首套設(shè)備。
35千伏線路主要應(yīng)用于中短距離的輸電線路，還不能滿足長(zhǎng)距離、大功率的電力輸送需求。隨后，柔性低頻輸電示范工程規(guī)劃的第二步探索很快開(kāi)始。
2023年6月，杭州220千伏柔性低頻輸電示范工程投入運(yùn)行，額定傳輸容量30萬(wàn)千瓦，是目前我國(guó)電壓等級(jí)最高、輸送容量最大的柔性低頻輸電工程，完成了高壓大容量海上風(fēng)電場(chǎng)電力輸送成套裝備性能的技術(shù)驗(yàn)證。
“目前我們正聯(lián)合華能浙江分公司依托玉環(huán)2號(hào)海上風(fēng)電場(chǎng)項(xiàng)目開(kāi)展大容量海上風(fēng)電柔性低頻匯集送出系統(tǒng)驗(yàn)證。這是柔性低頻輸電系列示范工程探索的第三步?！苯鹞牡抡f(shuō)。
玉環(huán)2號(hào)海上風(fēng)電場(chǎng)位于臺(tái)州市玉環(huán)海域，規(guī)劃裝機(jī)容量50.8萬(wàn)千瓦，采用工低頻混合方式送出，其中20.4萬(wàn)千瓦采用工頻輸電方案，30.4萬(wàn)千瓦采用低頻輸電方式送至陸上計(jì)量站。該風(fēng)電場(chǎng)配備了1座220千伏工低頻共建海上升壓站，將海上低頻風(fēng)電和工頻風(fēng)電都升壓至220千伏后，分別通過(guò)1回低頻海纜和1回工頻海纜送至陸地。該風(fēng)電場(chǎng)預(yù)計(jì)今年年內(nèi)投運(yùn)，屆時(shí)能積累工頻交流與柔性低頻輸電的具體數(shù)據(jù)，進(jìn)一步回答中遠(yuǎn)海大規(guī)模風(fēng)電送出的經(jīng)濟(jì)性問(wèn)題。
