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“柔直”出海记

2022-09-28 10:12来源:中国三峡能源作者:王磊 袁向南关键词:三峡能源海上风电风电技术收藏点赞

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若是随便问一个人,你知道如东吗?想必大多数人都不知道这座江苏沿海小县城,但若是问一个风电人,他大概率会脱口而出:“知道,那边有个柔直风电场,特别有名。”“柔直”二字,如今已成为如东县的“金字招牌”。“自2021年12月正式投运以来,三峡如东海上风电场运行良好,状态稳定。”三峡能源江苏运维公司如东项目部张新生说。

(文章来源:微信公众号“中国三峡能源”作者:王磊 袁向南)

“运行良好,状态稳定”,短短八个字,饱含着我国近百家海上风电产业链上下游企业的心血。

一座换流站

海上换流站是海上风电柔性直流输送的关键核心装备,在如东项目之前,中国并无制造海上换流站的经验,并且,国外的核心技术对中国并不开放。

“我们当时在国外调研海上换流站,参观的时候,对方不允许带手机等任何摄影通讯设备,只能用眼睛看。”三峡能源江苏分南通公司工程管理部何俊生回忆说。柔直技术到底是什么?简单来讲,电网实现稳定运行,控制好电压和频率两项指标至关重要,它们相当于一个人的血压和心率。而柔性直流不仅输送电能,还能调节电压,它的应用就像人有了强健的心脏和血管,能很好控制心率和血压。

“柔性直流输电技术是世界上最前沿的输电技术,是一种电网友好型技术,它是未来海上风电发展的主要方向。”国网江苏省电力公司建设部副主任吴威告诉记者。只能用眼睛看?没关系,那就自己研究;遭遇国外技术壁垒?没关系,那就自己造。

“最后,三峡集团牵头,联合上下游企业,攻坚克难,一鼓作气,终于突破了柔直关键技术,造出了这个海上换流站。”三峡集团江苏分公司董事长袁英平说。

走进振华重工位于南通的制造基地,只见高达数十米的巨大厂房整齐排列在江边,厂房内,机床灵活运行,正在制造各式各样的重型海上装备。振华重工业务重心是重型装备制造,核心产品是港口起重机。

“如东项目的海上换流站当初就在此制造,滑行入江,由江入海,最后矗立在了黄沙洋海域。”振华重工现场生产管控负责人李树清指着换流站的演示图说道。

“三峡如东海上换流站,重达2.2万吨,在此之前,振华没造过这种大家伙。”李树清告诉记者。

三峡如东海上换流站,是目前全球容量最大、电压等级最高的海上换流站。为了这个换流站的成功制造,三峡集团联合振华重工,在设计、制造、运输、安装等环节,进行了独家定制。

在设计环节,由于如东海上换流站的重量是一般海上升压站的4-6倍,常规的一体式导管架不适合这个庞然大物,为此振华特别运用了分体式导管架施工工艺,将换流站的“基座”一分为二,合理进行布局;在运输环节,换流站由陆入江采用了滑轨运输法,在制造基地到江边这段距离里搭建一条轨道,让换流站滑行入江,最后再由江入海;在安装环节,采用浮托安装法,用一种类似“搭积木”的方式将换流站与导管架拼合,并且将拼合误差控制在了毫米级。

“三峡如东海上换流站是中国重特大型海上装备设计、运输、制造、安装能力的集中体现,这个项目过程中的创新,对中国未来海上装备的制造和安装具有重要意义。”李树清说。

一根海缆

行船眺望远方,高度约等于15层居民楼的换流站稳稳矗立在海上,向过往船舶凸显强烈存在感,而在海底,一根根海缆正深埋在淤泥海床下,无声履行着输电使命。

在此之前,国际上广泛应用的海上输电电缆基本都是±320kV水平,±400kV的柔性直流海缆,国内没有做过,要成功做出这根电缆,必须攻克一些技术瓶颈和核心指标。

以操作过电压为例,它是整个换流站系统中关键的核心参数之一,江苏如东海上风电项目的操作过电压水平达到了1235kV,甚至要高于国外±500kV等级的电缆操作过电压水平,如何攻克这个核心参数,是个难题。

“了解到这一情况后,我们主动想办法,帮助如东项目海缆提供者的中天科技攻克这个难题。”袁英平说。

在这个过程中,三峡集团先是组织行业专家进行设计校核方面的指导,然后又在集团内部进行科技项目立项,专攻海缆相关技术难题。“在三峡集团的帮助下,我们攻克了操作过电压水平这个参数,随后也进行了柔直电缆的研发试制,在经过多次可靠性验证检验后,终于做出了这根±400kV的柔性直流电缆。”中天科技海缆研究所所长张洪亮指着展厅里明显比其他电缆小了一圈的柔直海缆说。

这根电缆,不仅是中国企业首次自主研发制造的±400kV直流电缆,也是目前中国电压等级最高、输送距离最长的柔性直流输电电缆。在这根电缆由“0”变“1”的过程中,中天海缆也沉淀了诸多技术经验。

根据相关统计资料显示,中天科技在这根柔直电缆上先后申请的专利已经超过50项,授权的核心专利接近10项,发表SCI和EI收录论文接近20篇,并且还参与制定了中国第一个高压直流海底电缆国家标准。“有了这根±400kV的海缆后,柔直海缆的核心制造技术就牢牢掌握在了自己手里。”张洪亮说。

一座县城

江苏省如东县,一个靠海的县城,因为“柔直”这两个字,在风电行业声名大噪。

如东陆上换流站内,前来参观的人正盯着中控大屏上各项指标,了解如东项目的运行情况。江苏如东县是全国第一个开展海上风电规划研究的县,是中国首批绿色能源示范县,更是亚洲首个采用柔性直流输电技术的海上风电项目所在地,多年来,如东县海上风电产业飞速发展,也给当地带去了一些变化。

开车进入如东县城,长达几十米,用做装饰艺术的“退休”风机叶片在道路两旁飞速掠过。蓝天白云下,不管往哪个方向望去,都能看见一台台风机迎风转动。

可以说,在如东,风电元素随处可见。

十年前,如东还是个以传统制造业为主的小县城,化工、食品、农业、纺织和传统机械是当地的主要产业,但在以风电为主的新能源产业进驻如东后,如东当地的产业结构发生了变化。

数据显示,截至目前,全国前5的海上风电主机品牌,在如东已落户3家,涉及到以风电产业为主体的企业数量,如东也已超过了70家。

“经过多年的发展,如东已经形成集制造、施工、运维、检测为一体的海上风电设备制造全产业链。”如东县发展改革委副主任张俊说。

不只是产业结构,如东县整个社会都发生了新变化。海上风电产业发展起来后,渔民可以考取相关证书,进入运维船舶领域,增加收入。风电产业的发展也为如东带来了高精尖专业技术人才,为如东的发展注入了新鲜血液。

“一直以来,如东都在大力发展海上风电产业,我们当前的目标是要实现从全国海上风电第一县到全国绿色能源示范城的转变。”张俊说。

走向深远海

作为海上风电产业的集大成者,如东海上柔直项目正在向世界展示中国海上风电发展的新成就。以发展的视角来看,这个项目还蕴含着更加深远的意义。

我国“十四五”可再生能源规划指出,要开展深远海海上风电规划,争取在广东、广西、福建、山东、江苏、浙江、上海等资源和建设条件好的区域,结合基地项目建设,推动一批百万千瓦级深远海海上风电示范工程开工建设。

但是,深远海海上风电开发有两个绕不过去的坎,那就是大规模和远距离输电。

柔性直流似乎有改变这一切的潜力。

与传统输电技术相比,柔性直流输电在孤岛供电、大规模风电场并网等方面具有较强的技术优势,并且,柔直技术也能有效解决海上远距离输电损耗问题。如东海上风电场,离岸直线距离在50-60公里左右,刚好卡在远海和近海之间,在这里运用国产柔直技术,无疑是基于长远发展的考量。

“如东海上柔直项目,更像是练兵场和试验场,让各种新技术有了用武之地,为中国海上风电走向深远海打下基础。”袁英平说。

万顷碧海之上,一片片“海上旗帜”正迎风飘扬,彰显中国海洋资源开发战略雄心。


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