隨著全球能源轉(zhuǎn)型的加速與“雙碳”目標(biāo)的深入推進(jìn),遠(yuǎn)海風(fēng)電憑借其風(fēng)能資源更豐富、更穩(wěn)定、對環(huán)境影響更小等優(yōu)勢,正成為中國新能源發(fā)展的重要戰(zhàn)略方向。將遠(yuǎn)海“綠電”高效、安全、經(jīng)濟(jì)地輸送至大陸電網(wǎng),面臨著前所未有的技術(shù)挑戰(zhàn)。國網(wǎng)經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院院長潘爾生及其團(tuán)隊長期致力于此領(lǐng)域的研究與工程實踐,為我們勾勒出中國遠(yuǎn)海風(fēng)電并網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展藍(lán)圖與實踐路徑。
一、 遠(yuǎn)海風(fēng)電并網(wǎng)的核心技術(shù)挑戰(zhàn)
潘爾生指出,遠(yuǎn)海風(fēng)電并網(wǎng)并非簡單地將陸上技術(shù)“復(fù)制到海上”。其核心技術(shù)挑戰(zhàn)集中體現(xiàn)在三個方面:
- 遠(yuǎn)距離大容量電力輸送:離岸距離超過100公里甚至更遠(yuǎn),傳統(tǒng)的交流輸電技術(shù)因充電電流大、損耗高而面臨瓶頸。高壓直流輸電技術(shù),特別是柔性直流輸電,成為解決這一難題的關(guān)鍵。它能夠?qū)崿F(xiàn)低損耗、長距離、大容量的電力傳輸,并具備優(yōu)異的電網(wǎng)支撐能力。
- 復(fù)雜海洋環(huán)境下的工程可靠性:海上換流站平臺、海底電纜的規(guī)劃、設(shè)計、施工與運維,需要應(yīng)對臺風(fēng)、鹽霧腐蝕、海浪沖擊、海洋生物附著等一系列嚴(yán)苛環(huán)境考驗,對設(shè)備的可靠性、工程的耐久性提出了極高要求。
- 電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行:遠(yuǎn)海風(fēng)電場具有間歇性、波動性特點,且通過電力電子設(shè)備并網(wǎng),其“弱慣性”、“低短路容量”特性對主網(wǎng)的頻率、電壓穩(wěn)定性構(gòu)成挑戰(zhàn)。如何實現(xiàn)風(fēng)電場與電網(wǎng)的友好互動,提升系統(tǒng)抗干擾和故障穿越能力,是確保電網(wǎng)安全的核心議題。
二、 關(guān)鍵技術(shù)突破與創(chuàng)新實踐
針對上述挑戰(zhàn),潘爾生院長介紹了我國在工程和技術(shù)研究與試驗發(fā)展方面取得的系列突破:
- 柔性直流輸電技術(shù)的自主化與工程化:我國已成功掌握了±320kV、±400kV等電壓等級的柔性直流輸電成套設(shè)計、裝備制造和工程施工技術(shù),并應(yīng)用于如江蘇如東等海上風(fēng)電項目中,實現(xiàn)了關(guān)鍵設(shè)備的全面國產(chǎn)化,為大規(guī)模開發(fā)奠定了堅實基礎(chǔ)。
- 海上換流站輕型化與集成化設(shè)計:通過優(yōu)化電氣布局、采用新型材料和緊湊型設(shè)備,顯著降低了平臺重量、尺寸和造價,提高了經(jīng)濟(jì)性和建造效率。研究探索浮式換流平臺等新型技術(shù),為邁向更深海域做好準(zhǔn)備。
- 智能化運維與狀態(tài)監(jiān)測技術(shù):綜合利用物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能等技術(shù),構(gòu)建“空-天-海”一體化的智能監(jiān)測體系,對海底電纜、風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)、換流站設(shè)備進(jìn)行實時狀態(tài)感知與智能診斷,實現(xiàn)預(yù)測性維護(hù),大幅提升運維效率和系統(tǒng)可用率。
- 系統(tǒng)級仿真與協(xié)同控制技術(shù):建立了高精度的遠(yuǎn)海風(fēng)電并網(wǎng)全數(shù)字仿真平臺,深入研究風(fēng)電場群與柔性直流輸電系統(tǒng)的動態(tài)交互機(jī)理,開發(fā)了適應(yīng)中國電網(wǎng)特點的協(xié)同控制策略,有效保障了并網(wǎng)系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定與電能質(zhì)量。
三、 未來展望與發(fā)展路徑
潘爾生認(rèn)為中國遠(yuǎn)海風(fēng)電并網(wǎng)技術(shù)將向“更遠(yuǎn)、更深、更智能、更融合”的方向發(fā)展:
- 技術(shù)迭代升級:研發(fā)更高電壓等級(如±500kV及以上)、更大輸送容量的柔性直流輸電技術(shù),并探索直流組網(wǎng)等新型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),以支撐千萬千瓦級遠(yuǎn)海風(fēng)電基地的開發(fā)。
- 深遠(yuǎn)海工程探索:加快浮式風(fēng)電與柔性直流輸電結(jié)合的技術(shù)攻關(guān)與示范,突破水深超過50米的深遠(yuǎn)海風(fēng)電開發(fā)技術(shù)瓶頸。
- 多能互補(bǔ)與綜合利用:推動遠(yuǎn)海風(fēng)電與海洋能、儲能(如海上制氫)等多種能源形式的協(xié)同開發(fā)與綜合利用,構(gòu)建“電-氫-氣”多元能源輸送體系,提升整體經(jīng)濟(jì)性和能源利用效率。
- 標(biāo)準(zhǔn)體系與產(chǎn)業(yè)生態(tài)建設(shè):進(jìn)一步完善遠(yuǎn)海風(fēng)電規(guī)劃設(shè)計、設(shè)備制造、施工運維、并網(wǎng)調(diào)度等全鏈條技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系,培育健康、協(xié)同、具有國際競爭力的產(chǎn)業(yè)生態(tài)。
潘爾生強(qiáng)調(diào),遠(yuǎn)海風(fēng)電并網(wǎng)是一項涉及多學(xué)科、多產(chǎn)業(yè)、多環(huán)節(jié)的系統(tǒng)性工程。持續(xù)加強(qiáng)“工程和技術(shù)研究和試驗發(fā)展”,推動產(chǎn)學(xué)研用深度融合,是中國在這一戰(zhàn)略新興領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)引領(lǐng)發(fā)展的根本保證。通過技術(shù)創(chuàng)新與工程實踐的雙輪驅(qū)動,中國的遠(yuǎn)海風(fēng)電必將為構(gòu)建新型電力系統(tǒng)、保障國家能源安全、實現(xiàn)綠色低碳發(fā)展貢獻(xiàn)磅礴力量。