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南网科学研究院 饶宏:粤港澳大湾区海上风电及其送出发展战略研究

北极星风力发电网  来源:北极星风力发电网    2020/12/5 14:47:38  我要投稿  

北极星风力发电网讯:“目前广东近海风电规划已经到了6000多万,最近广东也做了新的规划,还有1000多万千瓦,加起来超过了8000万千瓦,这是非常巨大的资源,未来中国海上风电开发热点在广东。”

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——南方电网科学研究院有限责任公司董事长、党委书记饶宏

2020年12月4日至6日,由中国海洋工程咨询协会海上风电分会、中国南方电网有限责任公司、中国华能集团清洁能源技术研究院有限公司、中国长江三峡集团有限公司、新疆金风科技股份有限公司等单位共同主办的“2020中国海上风电工程技术大会”在北京召开。

南方电网科学研究院有限责任公司董事长、党委书记饶宏作题为《粤港澳大湾区海上风电及其送出发展战略研究》的主题演讲。

直播专题:2020年中国海上风电工程技术大会 

以下为发言实录:

饶宏:

各位领导、各位代表,大家下午好,非常高兴参加海上风电工程技术大会,海上风电很热,广东、粤港澳大湾区将是中国风电资源最丰富、开发最密切的地区,今天从电网公司解决未来海上风电并网的一些技术方面给大家做一个交流和汇报。

第一,大湾区海上风电资源与特性。

这一点大家都比较清楚,上午报告里面有过相关的内容,在湾区、在广东有4000多公里长的海岸线和非常辽阔的海域,整个海风资源比较好,

我们把海上风电和广东地区的陆上风电资源做了简单的比较,总体来讲,海上风电利用小时数要明显高于陆上风电,甚至比云南陆上风电的小时数也要好,云南陆上风电的资源在全国是比较好的,可以达到2600小时,而无论是在粤东还是粤西都明显高于这一数据。

广东湾区的海上风电和西电有一个明显的互补,在春季和冬季风电资源比较好,从10月份到次年3、4月份这个资源正好和西电有一个互补性。上午毕书记的报告里面也有这张图,我再次转引一下,目前广东近海风电规划已经到了6000多万,最近广东也做了新的规划,还有1000多万千瓦,加起来超过了8000万千瓦,这是非常巨大的资源,未来中国海上风电开发热点在广东。新提出来的1000多万千瓦的海上风电其中有800多万千瓦是在阳江、江门一带,这个是弥补了在粤西海上风电的资源。从开发时序上来看,已经开工建设的大约是1200万千瓦,预计到2030年要建成3000万千瓦,这个是比较保守的估计,我们在未来的十年要建将近2000万千瓦的海上风电,这个是一个非常好的资源的利用。

从海上风电的特点来讲它靠近负荷中心,不需要长距离的输送,更便于消纳,在粤东地区占了整个资源80%多一点。从水深的分布来看主要还是分布在近海的深水区,超过85%大约在35米以上的水深。

海上风电技术不断突破,今天这个大会吸引到了这么多参会的代表,这也是我参加很多次学术交流非常少见了,说明风电确实很热。单机容量不断突破,现在已经有15MW的海上风机,从欧洲的经验来看现在已经在建的海上风电离岸最远距离已经超过100公里,现在他们提出要建的已经有200公里,这个离海岸线非常远,当然风资源也非常好,而且第一个漂浮式的海上风电据说我们了解已经建成了,这个区域的水深超过了固定式的2倍,这个都为未来海上风电的开发提供了很好借鉴的经验。我国的海上风电技术也快速发展,我这里举了两个简单的例子,仅仅是今年10MW海上风电机组和11MW的海上风电机组都已经研制成功,11MW的机组预计在明年就要安装试验,这个代表了中国在风电技术上的快速突破,还有包括基础、平台等技术方面的快速突破。

第二,海上风电送出并网的新技术和新理念。

海上风电发出来的电能肯定要接入电网,通常有交流并网和直流并网两种形式,交流并网非常成熟,近海我们都用的这个方式,但是对于远海就要采用直流并网,因为它的距离不受限。如果采用交流送出,都是电缆送出,有电容效应,比如220kV、1000平方毫米的电缆距离越长输送的能力越小,大约80公里左右80%以上都是送的无功,基本上不能送什么功率,如果一定要用交流并网就要加一个很大的补偿装置,这个也要提高造价,而且交流并网末端点压非常高,我们这是做了一个仿真算力,比如超出100公里的时候实际上已经不可接受了,超过允许电压范围超过40%,随着输电距离的增加电缆产生的柔性无功功率会大幅度增大,国际上我们查到的资料只有英国的项目是大约100公里、100多万kV,它建了非常庞大的交流补偿站。

交流和直流并网就要进行一些经济的比较,哪一种方式更合理、更经济?现在业内通常会用“费用限制比较法”,把建设成本、运行费用、初期建设投资、维护费用、损耗等都考虑进去。有这样一个公式和交直流等价的距离,可以由几个基本的概念,通常来讲直流换流站的成本是会比变电站+补偿站要贵一些,但是交流的电缆比直流电缆要贵,交流的线损比直流要大,但是输电距离越长容量越大直流技术优势越明显,所以我们要降低直流的造价,这个等价距离就会越来越朝着小的方向来靠近,一会儿我会讲一下直流并网有它的技术上的优势和好处。这里举了一个例子,±250kV、1000兆瓦,现在通常用±320kV,这是世界上通用建了很多工程都大概是这个范围,但是如果把电压降低到±250kV等价距离就可以到80多公里,设备的寿命取的是25年,如果设备寿命能够适当的增加,用直流就具有优势了,我们做方案比较的时候可以根据实际情况进行测算。

以上是技术和经济的比较。还有一个很重要的观点,从对电网的相互影响角度来考虑,右侧的图是我们实际的例子,我们在广东南澳岛建了多端柔性直流工程,这个工程原来是交流并网的,中间红线左侧是直流没并进来的时候是用交流并网的,它的电压的波动幅度是比较大的,通常在10%左右,那天比较小大概6%,用柔性直流并网以后并网点电压波动明显的得到了抑制,这是因为柔性直流有快速无功调节能力,使得并网点的电压稳定了,这个就是我们用柔性直流并网非常重要的一个特点,可以提高可再生能源的并网性能,包括穿越也是有好处的,所以我们考虑采用交流和直流不仅是要从经济上考虑,更要从和电网的相互影响,我们可以说用柔性直流并网可以提高并网能力,使得整个运行期间的消纳得到保证。

对柔性直流采用直流并网提出了要求和挑战,现在世界上已经建的916MW,在北海建了好几个这样的项目,这样的容量跟当时设备制造能力相关,比如电压就是±320kV,用的器件是4.5kV、1500A的IGBT,通常我们会选用下浮非常典型的对称单极方案,如果要向远海更大发展柔性直流,在平台重量、安装、运输、维护等方面都会提出新的挑战和要求。为了满足海上风电并网要求,我们要对这些技术、方案进行优化,比如说送出方案我们会研究更加先进、合理的拓扑结构,优化电压等级和容量,对接线、设备选型等进行优化,比如说采用一些三次谐波等。比如优化电压,通常对于100公里左右输出容量在1000MW左右用±320kV、±350kV,如东用了±400kV,因为它超过了1000MW,如果提高电流降低换流阀电压可以大大减轻平台的重量,目前我们国家这个等级的设备制造能力和国际上的先进水平还有不小的差距,在这个等级上我们是1.9万多吨,国际上先进平台的能力大概在9000多吨、1万吨的样子。降低换流阀的电压就可以减轻阀的重量,提高柔性直流的技术和经济的竞争力。

还有一些其他的,比如说在信息的拓扑结构,柔性直流通常用MMC(模块化多电平输电技术),但是它用设备的数量比较多、平台重量比较重,现在也有研究提出来可以在平台这一侧采用二极管的方案,同时配一个小容量的MMC给它提供启动电源和支撑电压等,总的来讲这些方案是可以减轻海上平台的重量。

由于现在采用了大容量的风电机组,比如10MW以上的风电机组,我们就可以把升压站和换流站合并起来变成一个站,现在德国Borwin5风电场就采用这种模式,用66kV风电机组直接接任道路换流站上来。

电缆方面进步也非常快,英国今年启动了非常长的600多公里海缆的项目,代表性的技术是直流海缆已经达到了±525kV,我们未来在远海要采用更大的容量就得要用这个技术,比如说现在2000MM就要采用这样的电压等级。

对于超远距离的海上风电只能选柔性直流的技术,英国在建的索菲亚海上风电场离岸距离已经超过200公里,欧洲还提出了一个非常宏伟的计划叫北海风电枢纽,它规划到2045年有1.8亿千瓦,而且建了几个岛,有的岛叫电岛,把它变成直流输出,有的岛可以制氢,总的来讲这样一个规划可以使平均化的电力成本节约6%左右。德国运营商也提出了海上风电并网新的计划,建了海上风电的母线,构想相当于把陆上的电网延伸到海上,海上风电可以就近接入这个电网,现在直流电网技术也有很快的发展,能够解决像这样一个大规模远海风电并网的需求。欧洲提出来可以把海上风电制氢,经济效益要比它把电送到岸上再制氢经济效益要好得多。

第三,大湾区海上风电及其送出发展战略。

湾区人口还在进一步集聚,经济发展还要体现较快的增长。从未来发展来看湾区整个对于用电的需求负荷增长在全国还是保持较快较高的水平,从能源供给来讲湾区是资源匮乏型的,煤对外依存100%、天然气对外依存80%,但是我们有非常好的海上风电的资源,可以达到一个什么样的程度?按照现在的预计到2035年海上风电的装机会达到广东最高负荷的20%,更重要的是电量会超过10%,所以它将会成为不可忽视主力的电源。

借鉴一下国外的经验,德国对整个风电发展做了一个长期非常好的规划,可以给我们提供一些借鉴。比如说对于上网的位置、路径、走向等都做了长期的规划。这是广东的情况,右边这张图上红色的点是由电网公司目前做的登陆点的规划,但是海上风电的规划是由不同发电商分别开展的,我们在“十四五”期间大概1000多万的海上风电资源有十多家开发商分别在做规划,缺少一个整体统筹的规划,我们也希望要发挥海上风电集群送出的效应来进一步的提高送出的效率,提高可靠性。这里举了两个例子,比如我们用多端直流/直流电网等等,可以采用岸上直流汇集或者是海上直流汇集等各种方式,我们还提出了一个新的设想,针对湾区特别是粤东地区有大片深水风场,离岸距离都超过100公里,我们可以考虑在适当的位置利用现有岛建立人工岛来汇集丰富大量的海上风电资源,来提高它的并网效率,也希望在座的各位企业一起来研究这样一些新的方案。

通过海上风电来统筹的并网和西部的电力有一个互动,上午杜院士说到的不仅有西电输送还有东部海上风电的西送,来解决湾区能源供应问题。南方电网科学研究院有很丰富的直流输电的科研和成套设计经验,我们也愿意和大家一起合作来共同打造我国海上风电核心技术的竞争力,我们会在规划、建设、运营、装备等方面进行重点的攻关,占领技术前沿。

以上是我的汇报,谢谢各位。

(根据速记整理,未经演讲人审核)


原标题:目前广东近海风电规划已经到了6000多万,最近广东也做了新的规划,还有1000多万千瓦,加起来超过了8000万千瓦,这是非常巨大的资源,未来中国海上风电开发热点在

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