我國的海岸線長、可利用海域面積廣，在發(fā)展海上風(fēng)電方面有著天然地理資源優(yōu)勢。在全球積極推進(jìn)能源轉(zhuǎn)型的大背景下，我國海上風(fēng)電發(fā)展正迎來前所未有的機(jī)遇。

近年來，隨著對深遠(yuǎn)海風(fēng)電項目的不斷探索開發(fā)，海上風(fēng)電輸變電系統(tǒng)創(chuàng)新開始聚焦于輸電距離長且投資成本相對可控的柔性直流與低頻輸電技術(shù)上。

目前國內(nèi)的電網(wǎng)環(huán)境為50Hz，國網(wǎng)相關(guān)單位自2014年起，便聯(lián)合中國電科院、西安交大等單位，開展柔性低頻輸電關(guān)鍵技術(shù)與裝備研制應(yīng)用，綜合經(jīng)濟(jì)性和可靠性，選定20Hz為系統(tǒng)工作頻率，這也是我國自主原創(chuàng)的新型輸電技術(shù)——柔性低頻輸出技術(shù)。

不同送出方式經(jīng)濟(jì)性對比

·全球首臺16MW級低頻海上風(fēng)電機(jī)組

低頻輸電技術(shù)自我國首次提出以來，目前只有臺州工程、杭州區(qū)域互聯(lián)工程兩處陸上示范，在海上風(fēng)電大規(guī)模應(yīng)用更是沒有。在20Hz條件下，風(fēng)機(jī)整機(jī)的設(shè)計驗證和并網(wǎng)、大部件設(shè)計與試驗等方面仍是一片空白，面臨巨大挑戰(zhàn)，電氣風(fēng)電就是在這樣的情況下突破性實(shí)現(xiàn)了低頻方案在海上風(fēng)電的批量產(chǎn)品應(yīng)用。

7月2日，由北極星電力網(wǎng)、主辦的第五屆海上風(fēng)電創(chuàng)新發(fā)展大會在山東煙臺盛大召開，上海電氣風(fēng)電集團(tuán)股份有限公司工研院產(chǎn)品總設(shè)梅樂在會議上分享了大兆瓦低頻風(fēng)機(jī)技術(shù)創(chuàng)新與實(shí)踐。

上海電氣風(fēng)電集團(tuán)股份有限公司工研院產(chǎn)品總設(shè)梅樂

他介紹到，電氣風(fēng)電全球首臺16MW級低頻海上風(fēng)電機(jī)組，采用了20Hz交流輸出-柔性低頻輸電技術(shù)，這在全球?qū)儆谑状巍Ｔ摍C(jī)組于2024年8月份在汕頭基地下線，葉輪直徑252m，目前浙江玉環(huán)2號海上低頻風(fēng)電示范項目配備了19臺該機(jī)組，低頻風(fēng)機(jī)需要配備低頻的輸電方案，一起完成整個風(fēng)電場的輸送建設(shè)。

在海上風(fēng)電低頻輸電系統(tǒng)中，低頻風(fēng)電機(jī)組的改造與應(yīng)用最為關(guān)鍵。從工頻50Hz到低頻20Hz，需針對電氣系統(tǒng)，如核心的變流器、變壓器、開斷設(shè)備及機(jī)組自耗電電氣設(shè)備等做適應(yīng)性設(shè)計，與電氣設(shè)備相連接的整機(jī)系統(tǒng)也需要做相應(yīng)的調(diào)整。

他表示，柔性低頻輸出技術(shù)作為我國自主原始創(chuàng)新的新型輸電技術(shù)，具有輸電能力提升，組網(wǎng)靈活，柔性控制能力強(qiáng)等優(yōu)勢。但目前也仍存在標(biāo)準(zhǔn)缺失、電網(wǎng)協(xié)同控制難度大、低頻機(jī)組設(shè)計難度大的挑戰(zhàn)。

·低頻機(jī)組開發(fā)設(shè)計挑戰(zhàn)

梅樂坦言，電氣風(fēng)電在低頻機(jī)組的設(shè)計開發(fā)的過程中也遇到了一些困難，其中主要的是當(dāng)前低頻系統(tǒng)的開發(fā)設(shè)計沒有標(biāo)準(zhǔn)體系做支撐，并網(wǎng)接口標(biāo)準(zhǔn)缺位，以及在測試認(rèn)證體系等方面其實(shí)都是不完善的。對于整機(jī)而言，除了電氣系統(tǒng)對于低頻的定制化設(shè)計，還需要將這些電氣部件有效的整合在風(fēng)機(jī)的整體里面，對于低頻的機(jī)組本身設(shè)計也是一個挑戰(zhàn)，測試驗證工作更為復(fù)雜。

面對這些優(yōu)勢以及挑戰(zhàn)，上海電氣提出了自己的低頻的解決方案。

電氣風(fēng)電低頻機(jī)組設(shè)計

結(jié)合低頻的設(shè)計需求，電氣風(fēng)電對于電氣系統(tǒng)是做了定制化開發(fā)，包括低頻的變壓器，低頻開關(guān)設(shè)備，以及低頻的變流器和變頻電源。

除此之外，低頻機(jī)組設(shè)計在測試驗證方面做了大量的工作。在低頻開關(guān)設(shè)備方面，聯(lián)合西開電氣、西安高壓電器研究院探討了在低頻條件下的實(shí)驗特殊性，共同制定了20Hz低頻下的特殊實(shí)驗方法。針對低頻變壓器，對振動特性，勵磁涌流，變壓器箱體機(jī)械強(qiáng)度，變壓器鐵芯及繞組溫升進(jìn)行仿真和試驗。驗證低頻性能。針對低頻變流器及變頻電源，電氣風(fēng)電還利用電網(wǎng)模擬了低頻20Hz的環(huán)境條件，驗證其并網(wǎng)性能和運(yùn)行特性。

除了部件之外，在整機(jī)的層面也有很多的測試。低頻風(fēng)機(jī)在車間裝配時，會進(jìn)行多個測試環(huán)節(jié)。包括輪轂站測試，驅(qū)動鏈空載測試，機(jī)艙總裝測試，整機(jī)旋轉(zhuǎn)測試。針對低頻系統(tǒng)，模擬實(shí)際低頻供電環(huán)境輸入，測試機(jī)組用電設(shè)備運(yùn)行。

電氣風(fēng)電通過低頻風(fēng)電機(jī)組的設(shè)計研發(fā)與生產(chǎn)制造，構(gòu)建了低頻創(chuàng)新解決方案，拓展了低頻風(fēng)機(jī)的供應(yīng)鏈體系，隨著低頻技術(shù)的不斷驗證以及供應(yīng)鏈的更加完善，低頻機(jī)組將會在更多的場景得到應(yīng)用。電氣風(fēng)電通過低頻風(fēng)電機(jī)組推進(jìn)新型電力系統(tǒng)建設(shè)，助力海上風(fēng)電創(chuàng)新高質(zhì)量發(fā)展。