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南方电网李岩:柔性直流是海上风电送出最重要的技术发展方向

北极星输配电网  来源:能见App    2018/12/14 14:56:52  我要投稿  

北极星输配电网讯:第三届全国海上风电工程技术大会将于12月8-9日在广州召开。大会分别从载荷、支撑结构设计及岩土,风电项目工程建设及管理,海上风电场运行维护及评估,水文气象及海洋环境融合技术,海上风电场柔性直流技术多维度深入展开探讨,为您提供一场海上风电工程技术“盛宴”。

南方电网科研院院长助理、直流输电与电力电子技术研究所所长李岩出席第三届全国海上风电工程技术大会,并作题为“海上风电电力传输发展”的主旨演讲。

以下为发言实录:

李岩:非常高兴有机会在这里汇报一下我们做的海上风电输出方面的工作。尊敬的各位领导,各位专家,我下面就开始汇报一下我们海上风电电力传输发展的一些研究情况,汇报主要分为4个部分。

首先是关于海上风电传输的基本情况的一个介绍。我们国家的海上风电和国外相比我们目前还在快速的发展阶段,首先我们就回顾一下海上风电的国外的发展情况,目前全球的海上风电都保持了一个高速发展的态势,特别是以英国、德国、欧洲国家为主,左下图我们把2017年全球的海上风电累计的装机情况做了一个统计。其中欧洲占到84.9%,排前两位的是英国和德国。2017年来逐渐向离岸更远的方向发展,最远的距离在200公里,最深的水深在52米。国内的发展也非常强劲,已经有9个省相继获得了国家能源局的批复。2020年广东省的目标在1200万千瓦。海上并网整体的速度从13-17年整个趋势也是在快速的上升,目前海上风电的开发主要集中在了浅海区域,由小规模到大规模开发的特点,以广东省为例,我们在23个规划城市当中近海装机容量在1215万,远海厂址只有7个,单个厂址的容量明显增大了。今后远距离大规模的海上风电的开发需求非常巨大。

简单回顾一下全世界海上风电电力传输的发展历程。

91年丹麦的风场投入开始2010年才建成了首个海上柔性直流的工程。2015年建成了世界上首个海上基于MMC柔性直流工程等等。

海上风电的送出方无外乎就是交流和直流。在直流速度方面主要优势集中在输电不受控制,综合比较下来高压交流的输出方式它的相对成本是比较低的,但是缺点就是输电距离以及和交流电网的吻合可能会导致一些问题。直流输电的成本是比较高的,但是它的输电距离不受限。所以这2个方案就有一个叫等效输电距离就是成本,当输电距离超过一定的范围之后,直流输电就有明显的成本优势了,所以我们考虑在大规模远海岸上柔性直流输电技术换交流有更好的前景。

现有的工程在交流方面主要集中在德国之外的一些国家。英国的风电场已经有100公里。在德国主要采用了直流输电的方式,由于它的海上+陆上的距离大于100公里。在国内目前还没有直流的送出,都是采用交流的送出方式,离岸距离在20-30公里。目前海上风电送出面临的主要有五个方面的问题。一个是市场的问题,包括交流的评估市场交易的规则,包括风电场的规划海洋占用海域等等问题。

第二部分是关于海上风电送出关键技术的一些情况。海上和陆上的换电站存在明显的差距。主要存在5个方面,总体来讲海上用电设备要求更高的可靠性,同时由于平台重量的限制要求体积更小重量更轻,考虑在海上的情况要求我们的海上设备具有更高的防腐蚀能力。在抗倾斜的方面提高了更高的要求。为了保证单一设备故障的时候不要影响整体的送出所以在整体的设计上设计原则完全不一样。同时还要考虑环保和军事的要求。

交流的设备主要集中在了无功补偿设备、海上GIS等等。它的主要特点就是采用了变压器的整体和散热器的布置,海上升压站的二次设备要考虑长期安全的可靠运行在长期无人职守的情况下。

在控制保护方面主要是考虑到了无人职守的要求,需要进行紧凑化的设计,特别是要解决海上风电直流送出的系统充电的方法,快速的功率控制,以及和风电系统配合的问题。在仿真技术方面要考虑大量的电子器件对模型的要求,特别是考虑到多个风电场特别是风力数特别多的情况下怎么能够实现风机和柔性直流的高精确的仿真。最后就是关于海底电缆,综合考虑设备的选型,长距离的无接头的电缆,软的电缆接头等等这样一些要求,也包括电缆的运维技术。

我们在送出方面对于国内的海上风电技术能力做了一个简单的梳理,在交流送出技术方面我们目前是建设以国内的企业为主,设备以合资企业为主。整体上来讲我们在海上风电的交流送出方面国内是有的比较好的基础,也有的相关的经验,在直流送出方面我们目前还没有实际的海上风电直流送出这个实际工程,相关的技术和装备都在研制阶段没有,考虑我们国家海上风电的规模化特别是远距离化的发展方向,迫切的需要提前开展布局,研究核心技术和关键装备。

第三部分海上风电直流送出技术的发展基础。

我们国家在陆上直流方面是有着很丰富的工程经验,这里我是列出了我们国家已经建成和在建的柔性直流的工程情况,大家可以看到,这里面既包括了风电送出也包括了电网送电,包括了双端工程也包括了三端五端的工程。既有电缆的应用也有电缆和加工线的应用这些都是我们国家形成的非常丰富的技术积累。

海岛型风电场柔性直流输电接入技术容量达到了200兆瓦,这也是国内首个百千伏百兆瓦的柔性直流工程。截止2018年前三季度,累计完成风电超过8.2亿度。我们已经有很良好的业绩可靠性也完全满足要求。

在关键装备方面这2年来我们国家在关键装备的研发上取得了非常大的进步,比如说世界首个特高压柔性直流的换流阀,可以做到800kV,容量可以做到5000兆瓦。我们国内的几大电缆长开发的正负525千伏的电缆也已经通过了实验,电压机场开发的220千伏的升压站的主变压器,这种变压器可以用于直流的接线直接用的这种变压器。这些都为我们进一步的将国内的国产的装备用在我们的海上装备上奠定了非常好的基础。

最后简单的汇报一下海上风电未来发展的方向。

首先来讲我们觉得柔性直流可以作为海上风电送出最重要的技术发展方向。主要需要解决的问题是送出规模增加之后海上换流站的平台重量体积大幅度的增加,欧洲现在建造的换流站大概都在14500吨到25000吨之间重量非常大。设计安装运输难度都在不断的加大,另外解决方向我们需要尽可能研究相关结构。我们二次和一次一体化的设计等等这些技术。在配套的技术方面我们还要关注技术的发展,在风电大量送出之后由于风电的随机性和波动性带来的冲击,还要提高电能质量,这种情况下需要考虑适当的安装储能装备。同时为了考虑海上的环保的需求,这种压力我们现在也在研究采用职务绝缘油的变压器,具有良好的耐热型,可以延长寿命同时在海上应用有比较好的耐潮能力,当然也包括我们现在所谓的设备,比如说充气的GS设备这些都是装备向绿色环保发展作为一个重要的发展方向。另外就是关于运维技术的发展,包括机器人、无人机等新的技术。故障后处理困难的情况和海上环境复杂包括远程的技术。

这个就是我今天汇报的主要内容,谢谢各位专家!

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