中國儲能網訊：眼下，在浙江省溫州市洞頭區(qū)，浙江（華東）深遠海風電母港正加快建設。該項目于2024年年底開工，是浙江首個服務深遠海項目的新型功能港，計劃到2030年打造千億級風電產業(yè)集群。
邁入海上風電大規(guī)模開發(fā)時代，沿海省份紛紛加大海上風電開發(fā)和電力集群送出力度。在用電大省浙江，國網浙江省電力有限公司持續(xù)強化技術創(chuàng)新，探索海上風電大規(guī)模集群送出策略，助力浙江向海爭風。
海上風電加快發(fā)展，深遠海成為主戰(zhàn)場
浙江近岸海域坐落著4300多個海島，海岸線和海島岸線總長6400多千米，均居全國首位。根據(jù)《浙江海上風電發(fā)展規(guī)劃（2021～2035年）》，全省風電裝機規(guī)劃容量為3650萬千瓦，其中遠海風電規(guī)劃容量為2800萬千瓦。
截至3月底，浙江海上風電裝機容量達477萬千瓦，主要是離岸80千米以內的近海小型風電場，均采用工頻交流送出技術?！肮ゎl交流送出技術是目前國內裝備最成熟、工程經驗最豐富的輸電技術?！眹W浙江電力科技部二級職員金文德介紹。
2013年以來，我國風電裝機增長了6倍，年均增長約20%，2024年年底突破5.1億千瓦，規(guī)模居世界首位。隨著海上風電加快發(fā)展，深遠海成為未來海風資源開發(fā)的主戰(zhàn)場。
據(jù)介紹，影響海上風電送出模式選擇的主要因素是風電場離岸距離和規(guī)模。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直接應用于即將開發(fā)的離岸80千米～150千米的中遠海域風電場，輸電經濟性將大打折扣。
中遠海域的風電要如何送出？這是一個國際性難題。英國、德國等國家在海上風電領域正廣泛應用柔性直流輸電技術，即通過大功率、高性能的電力電子器件實時調節(jié)電網電壓、電流等各類參數(shù)，提升電能可控性、適應性、響應速度和智能化程度。
但在國網浙江電力看來，這仍不是中遠海域風電送出的最優(yōu)解?！叭嵝灾绷鬏旊娍朔撕＠|充電無功的問題，輸電能力更強，但缺點也十分明顯，即需要建設海上換流站?！苯鹞牡抡f。海上換流站的平面面積近乎一個標準足球場大小，高度可比肩15層的居民樓，建設成本高，需要探索更經濟的輸電模式。
柔性低頻輸電成為選擇，兼顧經濟性和輸電能力
何為更經濟的送出方式？“一是成本更低，二是送出效率更高。”浙江電力科學研究院電網技術中心副主任陸翌介紹，用其他設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90年代，中國科學院院士王錫凡便提出分頻輸電方式，通過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團隊逐步啟動柔性低頻輸電技術研究。
“低頻技術的優(yōu)勢在于，只需建設一座海上升壓站，將低頻風電機組發(fā)出的電力升壓至需要的電壓等級再送至陸地?！标懸罱榻B。目前，全球最大的海上升壓站占地面積僅為一個標準海上換流站的一半。
輸電頻率低到多少才最為經濟？“離岸80千米～180千米的中遠海百萬千瓦級風電送出時，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，須增設海纜才能滿足送出要求。”柔性電力技術團隊頻率優(yōu)選工作骨干裘鵬說。
2021年3月，在中國科學院院士陳維江等專家的指導下，國網浙江電力確定20赫茲是80千米～180千米中遠距離海風送出場景下最兼顧經濟性與輸電能力的頻率。
全新的技術路線，意味著配套裝備的空白。“核心設備全部需要自主研發(fā)?！苯鹞牡抡f。近年來，依托國家電網海洋輸電工程技術實驗室等創(chuàng)新平臺，國網浙江電力掌握了柔性低頻輸電系統(tǒng)的行為特性，并聯(lián)合科研機構及上下游企業(yè)，自主研發(fā)了包括柔性低頻換流器、低頻變壓器、新型海纜船等在內的近100項核心技術裝備和專利成果。
示范工程驗證技術路線，探索逐步深化
在臺州大陳島上，低頻風力發(fā)電機在海風中旋轉葉片，綠電從這里送至陸地電網。
2022年6月，臺州35千伏柔性低頻輸電示范工程投運。這是世界上首套投入商業(yè)運行的低頻海上風電送出系統(tǒng)，也是國網浙江電力柔性低頻輸電系列示范工程規(guī)劃的第一步。
“臺州35千伏柔性低頻輸電示范工程對大陳島上原有兩臺1100千瓦工頻風機進行了低頻改造，將風機發(fā)出的20赫茲電能升壓至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)?！迸_州供電公司變電檢修中心副主任蔣旭介紹。投運至今，該工程已向陸地輸送海上風電超1600萬千瓦時，比工頻輸電能量損耗降低了1.2%。工程還配套研制并投運了35千伏柔性低頻換流器、低頻變壓器等19項國際首臺首套設備。
35千伏線路主要應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。隨后，柔性低頻輸電示范工程規(guī)劃的第二步探索很快開始。
2023年6月，杭州220千伏柔性低頻輸電示范工程投入運行，額定傳輸容量30萬千瓦，是目前我國電壓等級最高、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電場電力輸送成套裝備性能的技術驗證。
“目前我們正聯(lián)合華能浙江分公司依托玉環(huán)2號海上風電場項目開展大容量海上風電柔性低頻匯集送出系統(tǒng)驗證。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。
玉環(huán)2號海上風電場位于臺州市玉環(huán)海域，規(guī)劃裝機容量50.8萬千瓦，采用工低頻混合方式送出，其中20.4萬千瓦采用工頻輸電方案，30.4萬千瓦采用低頻輸電方式送至陸上計量站。該風電場配備了1座220千伏工低頻共建海上升壓站，將海上低頻風電和工頻風電都升壓至220千伏后，分別通過1回低頻海纜和1回工頻海纜送至陸地。該風電場預計今年年內投運，屆時能積累工頻交流與柔性低頻輸電的具體數(shù)據(jù)，進一步回答中遠海大規(guī)模風電送出的經濟性問題。
