自主创新打破技术壁垒 中国海上风电事业稳步迈向未来

未来的能源是洁净环保的，其中一个方向便是海上风电。据悉，目前海上风电柔性直流输电技术几乎都掌握在海外电力巨头手中，自主创新便是中国要突破这个领域的唯一出路。

在江苏省如东县绵长的海岸线上，一排排白色风机迎风而转，将源源不断的清洁电能送向远方。不久后，一栋乘风破浪的"海景房"也将加入这片"蔚蓝"，掀开我国海上风电产业发展新的一页。

日前，由中国能建旗下的中国电力工程顾问集团中南电力设计院有限公司（以下简称"中南院"）负责电气设计的江苏如东海上风电场柔性直流输电工程海上换流站，平台三层已经顺利搭载，一层至三层电气设备正处于安装和分系统调试阶段，为这项世界上首个±400千伏海上风电柔性直流输电工程按期推进奠定了基础。


海上换流站建造仰视图

据了解，柔性直流输电技术具有潮流反转方便快捷、事故后快速恢复供电及黑启动等优点，特别适合于可再生能源并网、分布式发电并网及孤岛供电等领域。江苏如东海上风电场柔性直流输电工程是世界在建的电压等级最高的海上风电柔性直流输电工程，全面建成投运后，年上网电量可达24亿千瓦时，满足约99万户家庭年用电量。同时，该工程将铺设超过100公里的直流海底电缆，是国内电压等级最高、输送距离最长的直流海底电缆。

国外海上风电柔性直流输电工程的设计建设周期通常为3-5年，为尽快利用海上丰富的风电资源和绿色电能，江苏如东海上风电场柔性直流输电工程须在2021年底前完成并网，时间紧、任务重、难度大是中南院设计团队必然面对的重大挑战。

海上换流站是远距离、大容量海上风电送出工程的核心装备。如东海上换流站位于如东县东部的黄沙洋海域，离岸直线距离约70公里，负责汇聚如东#H6、#H8和#H10三个海上风电场共计1100兆瓦的电能，转换为直流电后，通过直流海缆送至陆上换流站，最终接入江苏电网。

工程接线示意图

如东海上换流站按无人值班设计，由陆上换流站统一运维，在陆上换流站建设一套一体化监控平台，实现风场监控系统、升压站监控系统、柔直换流站监控系统、结构在线监测、海缆在线监测、平台辅助系统等统一接入，不仅可实现陆上换流站对整个如东海上风电柔性直流输电工程的监控，还能将监控信息传至远方集控中心。

如东海上换流站包含基础桩、导管架、上部模块3大部分，其建造规模约为常规220千伏海上升压站的7-8倍。换流站的上部模块为七层建筑，平面尺寸约为84米×94米，相当于一个足球场大小，高约44米，总重约20000吨。

海上换流站效果图

据该项目经理周国梁介绍，"换流站施工图设计高峰正逢新冠肺炎疫情暴发之际。但是，工期紧、步伐更紧，困难多、办法更多，项目团队迎难而上，克服重重困难，有力保障了施工图设计进度。"

海上换流站紧凑化、轻型化的设计要求与大容量柔性直流输电工程换流站的电气设备布置设计存在较大的冲突。经过全方位的方案比选论证和几十稿电气总平面图的迭代优化，项目团队提出了海上风电柔性直流输电工程海上换流站电气设备布置的典型范式。

海上换流站建造俯视图

由于如东海上换流站采用了全户内、全封闭、紧凑型、层叠式的电气设备布置方案，新设备、新技术较多，并且，海上换流站在国内尚无实际工程设计经验，如何在短期内完成电气设备技术规范书的编制，是前期设计中面临的严峻挑战。"我们联合多家设计单位和设备供应商，开展了多轮设备可靠性提升与性能优化研究，最终提出了适应极端恶劣环境、设备紧凑轻型化、运维远程/无人化、高可靠性等特殊要求的设备参数及性能要求。"电气一次主设人陈鹏回忆说。

"相比于陆上换流站，海上换流站的设计有其特殊性和技术难点，需结合特殊环境和特点要求。"中南院副总工程师梁言桥表示，中南院已将海上风电柔性直流输电工程作为未来发展的主要方向之一，将依托江苏如东海上风电柔性直流输电工程，实现系列化创新型技术成果的落地实践，打破国外设计壁垒，努力打造能复制、可推广的远海风电直流送出精品方案与样板工程，助推我国远海风电大规模集约开发与并网技术发展，努力建成具有世界领先水平的远海风电送出技术研发体系。