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浙江積極探求未來海上風(fēng)電大規(guī)模集群送出策略

來源：中國能源新聞網(wǎng) 時(shí)間：2025-01-17 11:37

徐梓沐

　　2024年12月26日，浙江（華東）深遠(yuǎn)海風(fēng)電母港在溫州開工，這將是全國首個(gè)面向深遠(yuǎn)海的風(fēng)電母港項(xiàng)目。依托母港建設(shè)，浙江計(jì)劃到2030年打造千億級(jí)風(fēng)電產(chǎn)業(yè)集群。

　　海上風(fēng)電大規(guī)模開發(fā)的時(shí)代來了，帶著機(jī)遇，也帶著挑戰(zhàn)。

　　海上風(fēng)電優(yōu)勢卓異，為什么？

　　浙江，七山一水二分田，綠水青山熔鑄出了詩畫江南的美景，鋪就了經(jīng)濟(jì)發(fā)展的底色，也激發(fā)出蓬勃的經(jīng)濟(jì)活力，帶來旺盛的電力需求。

　　不過，需求大卻不等同于稟賦好。與其他地域相比，浙江本地電源匱乏，三分之一的用電量需要依靠省外輸入，在綠色發(fā)展理念和丘陵地形的雙重?cái)D壓下，火電等本地傳統(tǒng)電源擴(kuò)張余地局促。浙江渴求電源的目光便投向了海上風(fēng)電、分布式光伏和抽水蓄能。

　　尤其是海洋資源。浙江近岸海域內(nèi)擁有海島4300多個(gè)，居全國第一。同時(shí)，浙江的海岸線和海島岸線總長6000多千米。得天獨(dú)厚的環(huán)境賦予了浙江豐富的可開發(fā)海上風(fēng)能資源，2021-2035年間，浙江省風(fēng)電發(fā)展規(guī)劃達(dá)到3650萬千瓦，其中近海風(fēng)電850萬千瓦、遠(yuǎn)海風(fēng)電2800萬千瓦。海上風(fēng)電大規(guī)模且集群式開發(fā)并網(wǎng)正從藍(lán)圖變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)。

　　一向敢為人先的浙江確實(shí)早已開始了海上風(fēng)電送出相關(guān)的研究。

　　“影響海上風(fēng)電送出模式選擇的主要因素是風(fēng)電場離岸距離和規(guī)模?！眹W(wǎng)浙江電力科技部二級(jí)職員金文德介紹。目前，浙江開發(fā)的都是離岸80公里以內(nèi)的近海小型風(fēng)電場，其中，單個(gè)風(fēng)電場的最大發(fā)電容量為50萬千瓦。截至2024年11月，浙江海上風(fēng)電總裝機(jī)容量達(dá)477萬千瓦，這些項(xiàng)目均采用了工頻交流送出的技術(shù)。

　　同樣的送出方式被國內(nèi)大多數(shù)海上風(fēng)電場所青睞。我國是目前全球海上風(fēng)電場數(shù)量最多的國家，近10年累計(jì)裝機(jī)增長近10倍，裝機(jī)容量超過英國，躍居世界第一位。“這些風(fēng)電場以水深30米左右、離岸50千米以內(nèi)的近海海域?yàn)橹?，?duì)于近海小型風(fēng)電場而言，工頻交流送出是目前裝備最成熟、工程經(jīng)驗(yàn)最豐富的技術(shù)。”金文德說，然而，受交流電纜的能量損耗問題和電纜成本問題影響，如果將工頻交流送出技術(shù)直接應(yīng)用于即將開發(fā)的離岸80~150公里的中遠(yuǎn)海域風(fēng)電場，其經(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)國際性難題。英國、德國、丹麥、澳大利亞等國家在海上風(fēng)電領(lǐng)域正廣泛應(yīng)用柔性直流輸電技術(shù)。柔性直流中的柔性是指一種基于大功率、高性能的電力電子器件，實(shí)現(xiàn)對(duì)電網(wǎng)電壓、電流、功率等各類參數(shù)實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)的先進(jìn)技術(shù)，能讓電能可控性好、適應(yīng)性強(qiáng)、響應(yīng)速度快、智能化程度高。

　　但在金文德看來，雖然這是當(dāng)前國際上主流的深遠(yuǎn)海風(fēng)送出模式，但卻不是回答海上風(fēng)電送出的最優(yōu)解?！叭嵝灾绷鬏旊姷闹饕獌?yōu)勢在于克服了海纜充電無功的問題，輸電能力更強(qiáng)。缺點(diǎn)也十分明顯，即需要建設(shè)海上換流站?！彼忉尩?。海上換流站被稱作“海上巨無霸”，平面面積近乎一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)足球場，高度可比肩15層的居民樓，建設(shè)成本動(dòng)輒幾十億元，無論是在建設(shè)還是運(yùn)維，都涉及巨額的投資和成本。

　　即使投資成本是天文數(shù)字，但向海爭風(fēng)的策略不能放棄——海上風(fēng)電不僅發(fā)電效率高且無需占用土地資源，投運(yùn)后的環(huán)境效益和經(jīng)濟(jì)效益優(yōu)勢在新能源界都出類拔萃。此時(shí)，破題之法只能是找到更具經(jīng)濟(jì)性的海上風(fēng)電送出模式。

　　柔性低頻更加經(jīng)濟(jì)，憑什么？

　　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?！眹W(wǎng)浙江電科院電網(wǎng)技術(shù)中心副主任陸翌回答。很顯然，優(yōu)化掉海上換流站就可以大幅削減成本，減少電力損耗就能提升送出效率。

　　早在上世紀(jì)90年代，中國科學(xué)院院士王錫凡就提出了分頻輸電方式，即在較低頻率下輸電，在較高頻率下用電，通過降低輸電頻率，來減少電能損耗，讓電能被送得更遠(yuǎn)。2014年前后，國網(wǎng)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再送至陸地?！标懸罱榻B。目前，全球最大海上升壓站尺寸為66米*55米*32米，占地面積僅為一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)海上換流站的二分之一，建造難度及成本優(yōu)勢顯而易見。

　　頻率低到多少才最為經(jīng)濟(jì)？“通過層層計(jì)算驗(yàn)證和仿真對(duì)比，我們發(fā)現(xiàn)當(dāng)要實(shí)現(xiàn)離岸80-180公里的中遠(yuǎn)海百萬千瓦風(fēng)電送出時(shí)，若輸電頻率低于20赫茲，變壓器、斷路器的成本將上升，若高于20赫茲，海纜傳輸能力將下降，必須增設(shè)海纜才能滿足送出要求?！比嵝噪娏夹g(shù)團(tuán)隊(duì)中負(fù)責(zé)組織開展頻率優(yōu)選工作的團(tuán)隊(duì)骨干裘鵬說。

　　2021年3月，經(jīng)與中國科學(xué)院院士陳維江等權(quán)威專家共同研究探討，國網(wǎng)浙江電力明確當(dāng)下20赫茲是80-180公里中遠(yuǎn)距離海風(fēng)送出場景下最能兼顧經(jīng)濟(jì)性與輸電能力的選擇。

　　全新的技術(shù)路線，意味著配套裝備的空白?！笆謾C(jī)性能不夠了，我們通常會(huì)選擇換一個(gè)，但如果市場上已經(jīng)沒有更好的手機(jī)了怎么辦？只能自己研究，從配件開始，核心設(shè)備全部自研?！苯鹞牡麓蛄藗€(gè)比方。

　　依托國家能源源網(wǎng)荷儲(chǔ)互動(dòng)協(xié)同技術(shù)研發(fā)中心、國網(wǎng)海洋輸電工程技術(shù)實(shí)驗(yàn)室等創(chuàng)新平臺(tái)，國網(wǎng)浙江電力先后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)，自研了包括柔性低頻換流器、低頻變壓器、海纜、新型海纜船在內(nèi)的近100項(xiàng)核心技術(shù)裝備和專利成果。

　　向海爭風(fēng)，還需要什么？

　　在浙江臺(tái)州大陳島上，海風(fēng)吹動(dòng)低頻風(fēng)力發(fā)電機(jī)，綠色的風(fēng)電便從小小的海島輸送至陸地上的電網(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)，也是國網(wǎng)浙江電力柔性低頻輸電系列示范工程規(guī)劃邁出的第一步。

　　“臺(tái)州35千伏柔性低頻輸電示范工程對(duì)大陳島上原有的兩臺(tái)1.1兆瓦工頻風(fēng)機(jī)進(jìn)行了低頻改造，將風(fēng)機(jī)發(fā)出20赫茲的電能，升壓至35千伏后送至鹽場低頻換流站，變頻為50赫茲后并入工頻系統(tǒng)。”國網(wǎng)臺(tái)州供電公司變電檢修中心副主任蔣旭介紹。投運(yùn)至今，臺(tái)州35千伏柔性低頻輸電示范工程已向陸地輸送海上風(fēng)電超1600萬千瓦時(shí)，相比工頻輸電能量損耗降低了1.2%。工程還配套研制并投入使用了35千伏柔性低頻換流器、低頻變壓器等19項(xiàng)國際首臺(tái)首套設(shè)備。

　　“大陳島項(xiàng)目的穩(wěn)定運(yùn)行，驗(yàn)證了海島風(fēng)機(jī)源側(cè)低頻接入的技術(shù)先進(jìn)性及風(fēng)電柔性低頻送出技術(shù)的可行性?！标懸钫f，但35千伏線路主要應(yīng)用于中短距離的輸電線路，還不能滿足長距離、大功率的電力輸送需求。因此，柔性低頻輸電系列示范工程規(guī)劃的第二步探索悄然開始。

　　2023年6月30日，杭州220千伏柔性低頻輸電示范工程投入運(yùn)行，該工程額定傳輸容量30萬千瓦，是目前我國電壓等級(jí)最高、輸送容量最大的柔性低頻輸電工程，真正完成了高壓大容量海上風(fēng)電場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)電場項(xiàng)目開展大容量海上風(fēng)電柔性低頻匯集送出系統(tǒng)驗(yàn)證。這是我們?nèi)嵝缘皖l輸電系列示范工程的第三部曲?！苯鹞牡陆榻B。

　　玉環(huán)2號(hào)海上風(fēng)電場位于浙江省臺(tái)州市玉環(huán)海域，規(guī)劃裝機(jī)容量508兆瓦，采用工低頻混合方式送出，其中204兆瓦采用工頻輸電方案，304兆瓦采用低頻輸電方式送至陸上計(jì)量站。

　　“玉環(huán)2號(hào)海上風(fēng)電場配備設(shè)置了一座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，通過一回220千伏工頻海纜和一回220千伏低頻海纜送至陸地?！标懸钫f。目前，該工程已完成成套參數(shù)設(shè)計(jì)，預(yù)計(jì)將于2025年完成投運(yùn)。屆時(shí)，將能夠在同一工程中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)性問題。

　　“當(dāng)前，海上風(fēng)電送出設(shè)備小型化的問題還沒解決，同時(shí)，海上風(fēng)電的開發(fā)正逐步向深藍(lán)推進(jìn)。未來海上風(fēng)電大規(guī)模集群送出，有沒有比低頻柔性送出更好的解決方案？這仍值得繼續(xù)探索，仍需研究送出模式，儲(chǔ)備好關(guān)鍵技術(shù)裝備?！苯鹞牡抡J(rèn)為。

　　除積累海上風(fēng)電送出技術(shù)外，也有業(yè)內(nèi)人士表示，海上風(fēng)電開發(fā)成本問題也需得到進(jìn)一步重視——當(dāng)前，我國沿海省份已形成海上風(fēng)電規(guī)?；a(chǎn)業(yè)基地，9個(gè)省份累計(jì)建成或在建20多個(gè)海上風(fēng)電產(chǎn)業(yè)園。海上風(fēng)電較陸地風(fēng)電在投建、并網(wǎng)、運(yùn)維等方面難度更大、技術(shù)設(shè)備要求更高，投資相應(yīng)更大，需加強(qiáng)統(tǒng)籌規(guī)劃，豐富扶持政策，以刺激風(fēng)電企業(yè)投資的積極性和上下游企業(yè)的國產(chǎn)化設(shè)備研發(fā)、運(yùn)維保養(yǎng)的積極性，需要進(jìn)一步加強(qiáng)原材料掌控力，解決海上風(fēng)電送出關(guān)鍵技術(shù)“卡脖子”難題與瓶頸。

　　再清潔一點(diǎn)、再優(yōu)質(zhì)一點(diǎn)、再超前一點(diǎn)。向海爭風(fēng)正在進(jìn)行時(shí)。

　　責(zé)任編輯：于學(xué)華