未來(lái)的能源是潔凈環(huán)保的，其中一個(gè)方向便是海上風(fēng)電。據(jù)悉，目前海上風(fēng)電柔性直流輸電技術(shù)幾乎都掌握在海外電力巨頭手中，自主創(chuàng)新便是中國(guó)要突破這個(gè)領(lǐng)域的唯一出路。

在江蘇省如東縣綿長(zhǎng)的海岸線上，一排排白色風(fēng)機(jī)迎風(fēng)而轉(zhuǎn)，將源源不斷的清潔電能送向遠(yuǎn)方。不久后，一棟乘風(fēng)破浪的"海景房"也將加入這片"蔚藍(lán)"，掀開(kāi)我國(guó)海上風(fēng)電產(chǎn)業(yè)發(fā)展新的一頁(yè)。

日前，由中國(guó)能建旗下的中國(guó)電力工程顧問(wèn)集團(tuán)中南電力設(shè)計(jì)院有限公司（以下簡(jiǎn)稱"中南院"）負(fù)責(zé)電氣設(shè)計(jì)的江蘇如東海上風(fēng)電場(chǎng)柔性直流輸電工程海上換流站，平臺(tái)三層已經(jīng)順利搭載，一層至三層電氣設(shè)備正處于安裝和分系統(tǒng)調(diào)試階段，為這項(xiàng)世界上首個(gè)±400千伏海上風(fēng)電柔性直流輸電工程按期推進(jìn)奠定了基礎(chǔ)。


海上換流站建造仰視圖

據(jù)了解，柔性直流輸電技術(shù)具有潮流反轉(zhuǎn)方便快捷、事故后快速恢復(fù)供電及黑啟動(dòng)等優(yōu)點(diǎn)，特別適合于可再生能源并網(wǎng)、分布式發(fā)電并網(wǎng)及孤島供電等領(lǐng)域。江蘇如東海上風(fēng)電場(chǎng)柔性直流輸電工程是世界在建的電壓等級(jí)最高的海上風(fēng)電柔性直流輸電工程，全面建成投運(yùn)后，年上網(wǎng)電量可達(dá)24億千瓦時(shí)，滿足約99萬(wàn)戶家庭年用電量。同時(shí)，該工程將鋪設(shè)超過(guò)100公里的直流海底電纜，是國(guó)內(nèi)電壓等級(jí)最高、輸送距離最長(zhǎng)的直流海底電纜。

國(guó)外海上風(fēng)電柔性直流輸電工程的設(shè)計(jì)建設(shè)周期通常為3-5年，為盡快利用海上豐富的風(fēng)電資源和綠色電能，江蘇如東海上風(fēng)電場(chǎng)柔性直流輸電工程須在2021年底前完成并網(wǎng)，時(shí)間緊、任務(wù)重、難度大是中南院設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)必然面對(duì)的重大挑戰(zhàn)。

海上換流站是遠(yuǎn)距離、大容量海上風(fēng)電送出工程的核心裝備。如東海上換流站位于如東縣東部的黃沙洋海域，離岸直線距離約70公里，負(fù)責(zé)匯聚如東#H6、#H8和#H10三個(gè)海上風(fēng)電場(chǎng)共計(jì)1100兆瓦的電能，轉(zhuǎn)換為直流電后，通過(guò)直流海纜送至陸上換流站，最終接入江蘇電網(wǎng)。

工程接線示意圖

如東海上換流站按無(wú)人值班設(shè)計(jì)，由陸上換流站統(tǒng)一運(yùn)維，在陸上換流站建設(shè)一套一體化監(jiān)控平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)風(fēng)場(chǎng)監(jiān)控系統(tǒng)、升壓站監(jiān)控系統(tǒng)、柔直換流站監(jiān)控系統(tǒng)、結(jié)構(gòu)在線監(jiān)測(cè)、海纜在線監(jiān)測(cè)、平臺(tái)輔助系統(tǒng)等統(tǒng)一接入，不僅可實(shí)現(xiàn)陸上換流站對(duì)整個(gè)如東海上風(fēng)電柔性直流輸電工程的監(jiān)控，還能將監(jiān)控信息傳至遠(yuǎn)方集控中心。

如東海上換流站包含基礎(chǔ)樁、導(dǎo)管架、上部模塊3大部分，其建造規(guī)模約為常規(guī)220千伏海上升壓站的7-8倍。換流站的上部模塊為七層建筑，平面尺寸約為84米×94米，相當(dāng)于一個(gè)足球場(chǎng)大小，高約44米，總重約20000噸。

海上換流站效果圖

據(jù)該項(xiàng)目經(jīng)理周?chē)?guó)梁介紹，"換流站施工圖設(shè)計(jì)高峰正逢新冠肺炎疫情暴發(fā)之際。但是，工期緊、步伐更緊，困難多、辦法更多，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)迎難而上，克服重重困難，有力保障了施工圖設(shè)計(jì)進(jìn)度。"

海上換流站緊湊化、輕型化的設(shè)計(jì)要求與大容量柔性直流輸電工程換流站的電氣設(shè)備布置設(shè)計(jì)存在較大的沖突。經(jīng)過(guò)全方位的方案比選論證和幾十稿電氣總平面圖的迭代優(yōu)化，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)提出了海上風(fēng)電柔性直流輸電工程海上換流站電氣設(shè)備布置的典型范式。

海上換流站建造俯視圖

由于如東海上換流站采用了全戶內(nèi)、全封閉、緊湊型、層疊式的電氣設(shè)備布置方案，新設(shè)備、新技術(shù)較多，并且，海上換流站在國(guó)內(nèi)尚無(wú)實(shí)際工程設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，如何在短期內(nèi)完成電氣設(shè)備技術(shù)規(guī)范書(shū)的編制，是前期設(shè)計(jì)中面臨的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。"我們聯(lián)合多家設(shè)計(jì)單位和設(shè)備供應(yīng)商，開(kāi)展了多輪設(shè)備可靠性提升與性能優(yōu)化研究，最終提出了適應(yīng)極端惡劣環(huán)境、設(shè)備緊湊輕型化、運(yùn)維遠(yuǎn)程/無(wú)人化、高可靠性等特殊要求的設(shè)備參數(shù)及性能要求。"電氣一次主設(shè)人陳鵬回憶說(shuō)。

"相比于陸上換流站，海上換流站的設(shè)計(jì)有其特殊性和技術(shù)難點(diǎn)，需結(jié)合特殊環(huán)境和特點(diǎn)要求。"中南院副總工程師梁言橋表示，中南院已將海上風(fēng)電柔性直流輸電工程作為未來(lái)發(fā)展的主要方向之一，將依托江蘇如東海上風(fēng)電柔性直流輸電工程，實(shí)現(xiàn)系列化創(chuàng)新型技術(shù)成果的落地實(shí)踐，打破國(guó)外設(shè)計(jì)壁壘，努力打造能復(fù)制、可推廣的遠(yuǎn)海風(fēng)電直流送出精品方案與樣板工程，助推我國(guó)遠(yuǎn)海風(fēng)電大規(guī)模集約開(kāi)發(fā)與并網(wǎng)技術(shù)發(fā)展，努力建成具有世界領(lǐng)先水平的遠(yuǎn)海風(fēng)電送出技術(shù)研發(fā)體系。