【国家电网】2023年远海风电柔性直流送出技术的实践与展望报告_43页_4mb

远海风电柔性直流送出技术的实践与展望总结

核心内容概述

远海风电柔性直流送出技术作为海上风电并网的重要解决方案，具备显著的技术与经济优势，尤其适用于远距离、大容量风电场的电力输送。本文围绕海上风电发展现状、如东风电柔性直流示范项目、远海风电送出技术展望等方面进行了系统分析，重点介绍了技术应用、设备创新、经济性评估及未来发展方向。

主要观点

海上风电发展现状

• 海上风电资源丰富，利用小时数高，距离负荷中心近，且不占用土地，具有显著的开发优势。
• 全球海上风电发展迅速，2021年新增装机容量21.1GW，中国占比达80%，成为全球海上风电装机容量第一大国。
• 我国海上风电正逐步向深水远海发展，预计未来平均离岸距离将达到100km，2050年深远海风电装机容量将达到40GW。

如东风电柔性直流示范项目概况

• 作为国内首个用于海上风电送出的柔性直流输电工程，项目额定功率为1100MW，直流电压为±400kV，送电距离99km，包含9km陆缆。
• 项目由三峡集团主导，涉及多个设计、施工与调试单位，已安全运行一年，累计上网电量约26亿千瓦时。
• 项目投资成本约47亿元，按上网电价0.85元/kW·h和年利用小时数3000h计算，收益率约为13%，预计11年收回成本。

关键信息

技术经济性对比

柔性直流输电优势

• 具有可向无源网络供电、无换相失败、无需通信、易于构成多端直流系统等优点。
• 国内已在城市供电、风电送出等领域示范应用，国外已有十余个远海风电工程商业运行。

核心设备与技术挑战

• 联接变压器：两台并联，容量各70~80%，采用水冷却方式，价格约占全站电气设备的18%。
• 换流阀：采用IGBT器件构成MMC拓扑，海水冷却，冗余度高，价格约占全站电气设备的55%。
• 桥臂电抗器：干式空心结构，需特殊固定措施，价格约占全站电气设备的4%。
• 直流耗能装置：由电力电子器件和电阻组成，价格约占全站电气设备的7%。
• 直流海缆：±400kV交联聚乙烯绝缘海缆，国内首次通过工厂接头型式试验，技术突破包括绝缘材料软接头、大截面导体焊接等。
• 海上GIS：采用电缆+GIS连接方式，节省占地，但现场试验空间有限，需特殊试验方案。

调试与创新点

• 针对海上平台特殊条件，提出关键设备优先安装与试验、平台临时加固等创新方案。
• 采用可调电源-串联阻抗-站用变-联接变级联充电技术，实现低电压小容量配电电源向高电压大冲击设备的友好充电。
• 制定完整的直流端对端系统调试与风机并网调试交叉实施方案，提高调试效率与质量。

未来技术展望

1. 设计标准化：推动柔性直流送出系统序列标准化，实现设备最优匹配，降低设计和研发成本。
2. 方案轻型化：探索66kV交流汇集方案、全直流汇集送出方案，取消海上升压站，优化冷却与绝缘技术。
3. 竞争充分化：随着远海风电发展，设备制造、平台搭建、海缆研制等领域形成规模效益，降低单位动态投资成本。
4. 开发集约化：通过集中式海上换流平台连接多个风电场，减少50%的基础设施投入，如英国规划的4GW HVDC输电线路。
5. 并网新技术：
   • 低频输电：采用低频电能方式发电，通过低频电缆传输至岸上，再变频至工频，无需海上直流平台。
   • 改进型柔性直流输电：在传统方案基础上，部分换流器替换为晶闸管阀，兼顾灵活性与经济性。

平价上网时代的机遇与挑战

• 随着海上风电补贴取消，进入平价上网时代，柔性直流送出技术需在技术创新、降本增效、可靠性提升等方面寻求突破。
• 提升经济性是关键，预计未来几年单位动态投资在4000元/kW左右，随着市场充分竞争，有望降至2500元/kW。

社会经济效益

• 项目投产一年，已实现上网电量约26亿千瓦时，可满足约105万户家庭年用电需求。
• 节约淡水约780万立方米，减少标煤消耗80万吨，减排二氧化碳约200万吨。

总结

远海风电柔性直流送出技术是海上风电并网的重要手段，具备高可靠性、高经济性等优势。随着海上风电向深远海发展，该技术将在未来发挥更大作用。当前，国内已开展如东风电示范项目，验证了技术可行性与经济性。未来需进一步推动设计标准化、方案轻型化、竞争充分化和开发集约化，以应对平价上网时代的挑战，实现海上风电的可持续发展。