【南方电网】高压大容量紧凑化海上风电送出新技术与挑战_42页_13mb

报告摘要

高压大容量紧凑化海上风电送出新技术与挑战总结

核心内容概述

随着全球能源转型及我国“双碳”目标的推进，海上风电作为新能源的重要组成部分，正迎来快速发展。本文重点分析了高压大容量海上风电送出技术的发展现状、关键技术、核心装备及未来趋势，旨在为海上风电送出工程提供技术参考与发展方向。

主要观点与关键信息

1. 海上风电发展现状

新能源发展趋势：清洁低碳是全球能源转型方向，我国在“双碳”目标及新型电力系统建设背景下，海上风电迎来爆发式增长。
能源分布不均：我国能源资源主要集中在西北，而电力需求集中在中东部，海上风电资源丰富且靠近负荷中心，具备良好消纳条件。
开发规模与规划：我国海上风电资源储量约2250GW，目前开发规模不足2%。广东省规划海上风电容量超过1亿千瓦，未来将建设多个大型项目。
技术进步：国内海上风电已实现16MW机组投产，漂浮式风机示范项目逐步推进，海上风电送出技术向高压大容量发展。

2. 高压大容量海上风电送出技术

直流电压/容量提升：部分工程已规划±525kV/2000MW的直流送出技术，如如东、青洲五、七等项目。
系统方案：采用双极与对称单极两种接线方案，其中对称单极方案更适用于当前工程，具有更高的可靠性。
66kV汇集方案：取消海上升压站，采用66kV汇集方案，降低投资成本和工程难度。
过电压与绝缘配合：通过优化避雷器配置与绝缘水平，降低过电压水平，提升系统可靠性。
控制技术：
- 柔性直流输电技术具备高可靠性，可实现对称单极系统运行。
- 提出柔直有源与无源阻尼协同方案，有效抑制谐振。
- 实现海风与柔直协同控制，提升系统惯量与调频能力。
海上平台设计：平台轻型化与紧凑化是发展趋势，需解决设备尺寸、重量、施工难度等问题。
电气布置设计：结合设备需求与平台结构，推荐阀厅下层布置，未来可采用上层或分层布置方案。
冷却与消防系统：采用三循环冷却系统，推荐压缩空气泡沫喷淋系统（CAFS）以提高安全性。
电气二次设计：优化冗余屏柜布置，减少设备数量与占地面积，提升工程经济性。

3. 核心装备与技术挑战

换流阀：
- 需实现轻型化与紧凑化，以支持远海大容量海上风电送出。
- 当前采用MMC拓扑，模块数量多，重量大，需进一步优化。
- 6500V/2000A换流阀可减少约24%的占地面积与10%的重量。
直流GIS：
- 是海上风电平台建设与陆上换流站改造的关键设备。
- 国内尚无±550kV直流GIS设备，需突破核心技术。
高压直流海缆：
- 交联聚乙烯绝缘电缆是当前主流，但存在绝缘材料依赖进口、工厂接头试验通过率低等问题。
- 需突破超高压直流海缆制造与测试技术，提升全生命周期可靠性。
柔直一体化变压器：
- 日本东芝已研制出一体化柔直变压器，国内研究仍处于理论阶段。
- 需解决阻抗匹配、多场量协同调控等关键技术。
浮式动态缆：
- 漂浮式风电是深远海开发趋势，动态缆面临复杂地形、施工难度等挑战。
- 需突破构型设计、制造、老化测试及快速连接技术。
新型直流送出方案：
- 二极管整流送出：减少换流阀体积，无需滤波器，降低平台尺寸。
- 低频输电（20Hz）：无需建设海上换流站，降低建设与运维成本，已开展多个示范工程。
- 混合直流送出：结合二极管与VSC换流器，实现风机黑启动与自同步，提升系统灵活性。
海上互联电网：
- 欧洲探索海上互联电网方案，如丹麦能源岛与德国“欧洲海上风电母线”，提升区域能源互济能力。
海上风电制氢：
- 作为绿氢规模化供应路径，提高风能利用率，解决并网消纳难题。
- 欧洲已布局百万千瓦级制氢项目，我国尚处于探索阶段，广东、福建、山东等地已有相关示范项目。