建成后，換流站將負責(zé)匯集輸出三峽如東H6、H10項目(共80萬千瓦)以及中廣核如東H8項目(30萬千瓦)總計110萬千瓦容量生產(chǎn)的電能，可有效解決海上風(fēng)電場大容量、遠距離輸電問題。
近日，在江蘇如東黃沙洋海域，重達2.2萬噸的三峽如東柔性直流輸電工程海上換流站在駁船的托舉下，完成與導(dǎo)管架的毫米級精準對接，標志著世界最大、亞洲首座海上換流站順利完成安裝。
三峽如東柔性直流輸電工程海上換流站由三峽集團聯(lián)合產(chǎn)業(yè)鏈相關(guān)單位協(xié)同攻關(guān)，完成建設(shè)任務(wù)。該換流站是目前世界容量最大、電壓等級最高、體積最大的海上換流站。建成后，它將負責(zé)匯集輸出三峽如東H6、H10項目(共80萬千瓦)以及中廣核如東H8項目(30萬千瓦)總計110萬千瓦容量生產(chǎn)的電能，可有效解決海上風(fēng)電場大容量、遠距離輸電問題。
巧借潮汐力，海上“筑高樓”
一幢相當(dāng)于15層樓高的“鋼鐵巨屋”，由江向海，鳴笛啟航。這是三峽如東海上換流站從江蘇南通長江岸邊出發(fā)時的場景，3天后“鋼鐵巨屋”抵達黃海海域，并進行安裝。10天后，安裝完成。
三峽如東海上換流站平面面積接近一個標準足球場，高度約等于15層居民樓，重量接近10個響水海上升壓站，是名副其實的“大塊頭”。因目前世界最大吊裝能力的起重船為1.2萬噸，傳統(tǒng)浮吊安裝模式無法滿足該換流站約2.2萬噸的吊裝重量要求，三峽集團組織各參建單位組成項目團隊，創(chuàng)新使用浮托法進行海上換流站安裝(以下簡稱浮托安裝)。
海上換流站浮托安裝技術(shù)經(jīng)理倫燦章告訴科技日報記者，浮托安裝分為陸地建造與海上安裝兩個階段。在陸地建造階段，采用甲板支撐框架(DSF)將上部模塊架高;在海上安裝階段時，通過駁船壓載，將上部模塊下放至導(dǎo)管架上，在此過程中，通過樁腿耦合緩沖裝置(LMU)吸收組塊與導(dǎo)管架之間的碰撞力，完成安裝任務(wù)。
“所謂水漲船高，自然潮汐可謂是浮托安裝的得力助手。”倫燦章形象地解釋道，漲潮時水位會上升，此時運輸船拖載海上“巨星”駛?cè)雽?dǎo)管架所在位置，通過落潮時水位的下降，助力海上“巨星”與導(dǎo)管架精準對接，讓換流站這個“大塊頭”穩(wěn)穩(wěn)“坐”在導(dǎo)管架上，最終實現(xiàn)海上“巨星”在深海區(qū)的安家落戶。
浮托安裝對海況條件要求極高，為尋找精準的浮托安裝窗口期，確保風(fēng)浪流等環(huán)境數(shù)據(jù)均在浮托安裝設(shè)計值內(nèi)，現(xiàn)場團隊根據(jù)多個定點氣象預(yù)報的相互驗證，最終將浮托安裝時間定在7月18日。除此之外，項目團隊在摸清施工海域環(huán)境、建立施工路徑氣象預(yù)報機制、識別施工風(fēng)險并制定應(yīng)急預(yù)案的基礎(chǔ)上，克服作業(yè)窗口期短、海況多變等挑戰(zhàn)，順利完成海上換流站安裝。
攻克技術(shù)難題,填補海洋工程技術(shù)空白
三峽集團江蘇如東項目在建設(shè)過程中攻克了換流站建造、直流海纜研發(fā)等多項重大技術(shù)難題，主要電氣設(shè)備均采用國產(chǎn)品牌，填補了國內(nèi)海洋工程領(lǐng)域多個技術(shù)空白，同時也推動了國內(nèi)相關(guān)制造行業(yè)的進步。
根據(jù)三峽如東海上換流站效果示意圖，記者了解到，換流站由上部模塊和下部導(dǎo)管架兩部分組成。上部模塊為一座6層鋼結(jié)構(gòu)建筑，總重約2.2萬噸;下部導(dǎo)管架采用分體式導(dǎo)管架，兩片導(dǎo)管架間距62米，通過12根鋼管樁固定在海床上，總重約8900噸。
在上部6層鋼結(jié)構(gòu)建筑中，每層均布置相應(yīng)的設(shè)備房室。三峽能源江蘇分公司總工程師劉宇告訴科技日報記者，換流站內(nèi)海陸換流站聯(lián)接變、電抗器、站用變等主要電氣設(shè)備均采用國產(chǎn)品牌。除此以外，可關(guān)斷器件(IGBT)作為柔性直流技術(shù)的核心部件，長期以來被國外壟斷，三峽如東項目首次批量使用國產(chǎn)IGBT部件，實現(xiàn)海上風(fēng)電主電氣設(shè)備的自主可控。
三峽如東海上換流站下部導(dǎo)管架基礎(chǔ)是目前國內(nèi)建造的最大體量海上風(fēng)電導(dǎo)管架。導(dǎo)管架采用分體式桁架結(jié)構(gòu)，其精準定位對海況要求、施工工藝要求均極高。在經(jīng)過數(shù)種施工方案比選、數(shù)輪專家評審后，最終選用“擱置平臺精確定位安放”創(chuàng)新施工工藝，實現(xiàn)了施工偏差遠小于設(shè)計要求的目標。
此外，海上換流站上部組塊具有重量重、體積大等特點，加之海上換流站內(nèi)部換流閥、電抗器等電氣設(shè)備對于振動、加速度、傾角等參數(shù)敏感，導(dǎo)致海上換流站上部組塊搭載建造、滑移上船、海上運輸安裝難度增大。為了克服這些困難，三峽集團牽頭各參建單位通過多輪結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化、設(shè)備抗震仿真設(shè)計優(yōu)化、浮托安裝穩(wěn)性設(shè)計優(yōu)化等方式，高效解決、預(yù)防了相關(guān)問題，實現(xiàn)換流站的順利安裝。
柔性輸電，解鎖海上風(fēng)電新技術(shù)
隨著海上風(fēng)電開發(fā)程度的不斷提高，風(fēng)電場離岸距離越來越遠，遠距離海上輸電成為關(guān)鍵制約因素。三峽如東柔性直流輸電工程是亞洲地區(qū)首次將柔性直流輸電技術(shù)運用于海上風(fēng)電的項目，其±400千伏電壓等級成套設(shè)計與應(yīng)用更是創(chuàng)新突破。
高壓直流輸電須通過換流站來實現(xiàn)交直流之間的變化。到目前為止，高壓直流輸電技術(shù)已經(jīng)歷了3次技術(shù)上的革新，革新主要體現(xiàn)在其所組成換流器的基本元件發(fā)生了革命性的重大突破。三峽能源江蘇分公司總經(jīng)理劉兵向科技日報記者進一步解釋道，基于電壓源型全控性換流器技術(shù)的直流輸電方式，被稱為是柔性直流輸電，也是第三代直流輸電技術(shù)。
柔性直流輸電中的換流器為電壓源換流器(VSC)，其最大的特點在于采用了可關(guān)斷器件(通常為IGBT)和高頻調(diào)制技術(shù)。通過調(diào)節(jié)換流器出口電壓的幅值和與系統(tǒng)電壓之間的功角差，可以獨立地控制輸出的有功功率和無功功率。這樣，通過對兩端換流站的控制，就可以實現(xiàn)兩個交流網(wǎng)絡(luò)之間有功功率的相互傳送，同時兩端換流站還可以獨立調(diào)節(jié)各自所吸收或發(fā)出的無功功率，從而對所聯(lián)的交流系統(tǒng)給予無功支撐。
“柔性直流輸電技術(shù)作為目前世界上最前沿的輸電技術(shù)，解決了當(dāng)前交直流輸電技術(shù)面臨的諸多問題。”劉兵表示，和傳統(tǒng)電流源型直流相比，柔性直流對電壓、頻率的控制更加靈活，就像一個完全可控的水泵，能夠精準控制水流的方向、速度和流量，使水庫水位更加平穩(wěn)，河流被截停的幾率也大幅下降。
因此，柔性直流輸電技術(shù)特別適合應(yīng)用于長距離的跨海電纜送電、可再生能源并網(wǎng)、分布式發(fā)電并網(wǎng)、孤島供電(黑啟動)、異步交流電網(wǎng)互聯(lián)等領(lǐng)域。
“遠海海上風(fēng)電即將成為未來海上風(fēng)電項目開發(fā)的聚焦點。柔性直流輸電技術(shù)將遠海的電能匯聚并轉(zhuǎn)換為損耗更低的直流電，然后通過海纜輸送至陸上，能有效彌補傳統(tǒng)長距離交流輸電存在的不足，相比傳統(tǒng)交流輸電更具有技術(shù)經(jīng)濟性。”劉兵說。
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