大力發展海上風電是我國構建新型電力系統的關鍵路徑。隨著海上風電開發向深遠海邁進，如何保障電力穩定送出成為重要研究課題。
截至5月22日，由國網經濟技術研究院有限公司（以下簡稱“國網經研院”）承擔成套設計與工程調試的我國首個遠海風電經直流送出項目——江蘇如東海上風電柔性直流工程（以下簡稱“如東工程”）已安全穩定運行513天，實現年上網電量約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模開發提供了關鍵解決方案。
《“十四五”可再生能源發展規劃》提出，優化近海海上風電布局，開展深遠海海上風電規劃。近年來，我國海上風電裝機容量持續增長，截至2022年累計裝機容量已超3000萬千瓦，居全球首位。受生態環境保護、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，風電大規模并網成了難題。“傳統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，而遠海大容量海上風電必須采用柔性直流并網技術。”國網經研院直流技術咨詢中心主任李明說，在2016年以前，遠海風電柔直并網技術仍被國外長期嚴密封鎖，沒有任何經驗可供借鑒，自主創新是唯一出路。
為攻克該難題，國網經研院組建了遠海風電并網技術攻關團隊，相繼攻克高壓大容量遠海風電“源—網—直”交互協同、直流系統構建、成套裝備研發和工程設計實施等重大技術難題，完成高壓大容量遠海風電柔性直流系列創新，研發出具有完全自主知識產權的全套技術解決方案。
國網經研院如東工程項目經理趙崢介紹，“源—直—網”交互協同難，主要因為大規模海上風電孤島柔直受端單線、長距離饋入電網，海上風電場無濾波裝置，系統耦合特性復雜、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穿越，同時可有效化解海上風電接入柔直系統的寬頻振蕩風險。
該團隊根據海上柔直環境惡劣、平臺空間布局緊張、運維工況復雜的特點，研發出滿足高可靠性、強適海性與免維護等需求的柔性直流系統構建技術，在保證系統安全前提下，柔性直流過電壓、海上設備空間比國外均降低10%以上，大幅降低了核心設備與海上換流平臺的設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備設計標準和研發技術規范，支撐國內設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%。
“這些研發成果填補了我國遠海風電柔直送出領域技術空白，打破了國外在遠海風電柔直并網領域的技術封鎖，是我國遠海風電發展的重要里程碑。”李明說。
據介紹，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模消納難題上取得重大技術突破，創造了8項世界第一，對我國大規模遠海風電開發建設具有重大示范意義。國網經研院黨委書記、執行董事郭銘群表示：“柔性直流具有自主構網、靈活可控等優勢，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消納的最優手段。”
預計2030年，我國遠海風電并網規模將超過1億千瓦。目前，多條遠海風電柔直并網工程已進入可行論證階段，柔直并網技術應用前景非常廣闊。但隨著我國海上風電從高補貼階段進入平價上網時代，降低遠海風電的開發利用成本成為首要任務，亟待研發輕型緊湊化并網設計技術。
“目前已開發出輕型化主回路設計技術，攻克了‘阻—感—容’暫態特性全局優化設計方法與百微秒級超高速保護協同方法，提出了多路徑核心設備功率密度提升技術，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計目標，為大規模海上風電安全、可靠、經濟送出奠定技術基礎。”趙崢介紹。
業內人士表示，柔性直流輸電技術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模化和遠海大容量風電開發建設具有重要意義。
（本文刊發于《經濟日報》2023年6月6日06版）
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