长风破浪会有时——国网经研院远海风电直流送出技术攻关纪实

发布时间：2020-04-28

前言

大规模发展海上风电已成为我国深入推进能源结构调整和消费革命、促进大气污染防治的重要手段之一。我国海上风电起步晚、发展快，预测在2023年中国海上风电累计装机容量将突破千万千瓦，市场前景巨大。未来受生态环境保护、交通航道占用等因素影响，近海风电资源日趋紧张，远海风电开发有望加速推进。然而，如何实现海上风电清洁能源大容量、远距离跨海输送和安全可靠并网，是电力行业亟待解决的关键技术难题。

　　 图为三峡大丰海上风电场。国网经研院供图

2月24日，我国第一个远海风电经直流送出项目——江苏如东远海风电柔性直流（以下简称“如东柔直”）工程正式开工建设，标志着由国网经研院承担的如东柔直送出成套设计取得了全面创新与突破，成为我国远海风电发展的重要里程碑。

　　 攻坚克难砥砺实干

推进我国首个远海风电直流送出工程实践

早在2018年，三峡集团和中广核集团拟联合在江苏如东县东部黄沙洋海域开发总装机容量为110万千瓦的海上风电场，其传输通道距离接近100千米，传统的交流输电方案不能满足输送需求。

国网经研院按照国家和国网公司能源转型总体部署，瞄准建设世界一流能源互联网咨询机构的总目标，始终秉持“技术领先、服务优质”的经研理念，以全行业需求为导向全力支撑电网发展。了解工程困难后，国网经研院主动对接业主单位，为其提供了远海风电外送咨询服务，在前期开展了大量需求调研、方案论证以及研发设计工作。“2019年，凭借雄厚的技术实力，国网经研院成功中标如东柔直工程的成套设计服务项目，标志着我院在服务国家新能源发展战略和争取远海风电送出新兴市场上迈出了坚实的一步。”国网经研院党委书记、董事长潘尔生说。

2019年4月，如东柔直工程成套设计工作正式启动。该工程额定直流电压为±400千伏，是目前世界范围内在建的电压等级最高的远海风电直流送出工程。而且，国外远海风电直流送出工程的设计建设周期通常为3-5年，但由于我国风电上网电价补贴截止时间进入倒计时，同时考虑到风机并网时间窗口，该工程必须争取在2021年6月底前完工。“业主单位提出2019年8月应具备设备招标条件的要求，这意味着国网经研院必须在不足半年的时间内完成成套设计主体研究与设备技术规范的编制工作。工期紧、任务重、难度大，是摆在设计团队面前的严峻现实。”国网经研院直流中心主任乐波表示。

主接线设计是项目团队面临的首要难关。海上换流站紧凑化轻型化设计要求与高电压大容量系统特性矛盾尖锐。经过全方位的主接线方案比选论证以及几十稿接线图的迭代优化，项目团队提出了远海风电柔性直流工程主接线典型范式。

　　 如东远海风电柔性直流送出工程示意图。国网经研院供图

　　 如东远海风电柔性直流送出工程示意图。国网经研院供图

绝缘配合是紧随其后的另一大考。项目团队通过多维度过电压仿真分析，提出了综合考虑运行可靠性、整体经济性、海缆等关键设备研发可行性的绝缘配合设计方案。1月2日，我国首个±400千伏交联聚乙烯直流海缆在国缆检测通过全部型式试验，宣布研发成功。

直流耗能装置设计技术也是必须啃下的“硬骨头”。为提高如东柔直工程故障穿越能力与馈入交流电网安全稳定运行水平，必须引入全新的直流耗能装置技术。在国内尚无任何工程应用经验可借鉴的条件下，项目团队从一幅幅拓扑接线、一页页公式推导开始，一步一个脚印地对全技术环节攻关研发，成功提出了三种典型的直流耗能装置设计方案。

依据成套设计结论编制主设备技术规范似乎是水到渠成的事，然而对于该工程来说，并没有那么简单。项目团队牵头电气设计单位与潜在供货商开展了多轮设备可靠性提升与性能优化专题研究，提出适应极端恶劣环境、设备紧凑轻型化、运维远程/无人化、高可靠性等特殊要求的设备参数及性能要求。国网经研院完成的每一份设备技术规范都凝结着团队成员的辛勤与智慧。

国网经研院如东柔直项目经理赵峥说：“如东柔直工程实现了多个国内首创，工程设计难度不言而喻，但我们会迎难而上、绝不退缩，工期紧、步伐更紧，困难多、办法更多。”由于业主单位办公地点大多在成都，项目现场建设部在江苏如东，因此项目团队成员常常需要在三地之间来回奔波，有时甚至连续几个月都在外出差。技术攻关工作强度远大于平时，团队成员常常围着会议桌不知不觉就讨论到了深夜，生怕哪里考虑不周而留下任何安全疏漏。项目开始以来，任何关键设计节点都要国网经研院团队在场，他们才能放心，这是对国网经研院技术实力的信任，更是对团队成员辛勤努力的肯定。最终，项目团队凭借攻坚克难的拼搏精神和严谨认真的工作态度，实现了所有任务都按时间节点高质量超额完成，向业主单位交上了一份满意的答卷。

国网经研院后续还将通过设备监造、系统联调、现场调试、运行维护等环节的全过程技术支持持续推进如东柔直工程的建设实施进程，实现系列化创新型技术成果在我国首个远海风电直流送出工程中的落地实践，努力打造能复制、可推广的远海风电直流送出精品方案与样板工程。

　　 党建引领凝心聚力

　　 打造一流远海风电直流送出技术团队

国网经研院作为如东工程的设计承担单位，独立开展高电压大容量远海风电直流送出工程成套设计，这在过去是难以想象的。

没有一蹴而就的成功，只有默默无闻的努力。国网经研院直流技术团队的前身——北京网联直流工程技术有限公司，从上世纪90年代国内第一条常规直流输电工程开始就致力于开展直流输电技术研究，并通过一代代直流人的执着坚守、砥砺前行，推动我国常规直流输电事业实现了从跟随、追赶到引领的发展。

“桐花万里丹山路，雏凤清于老凤声。”意识到柔性直流输电技术是未来直流输电技术的重要发展方向，国网经研院迅速成立了以党员、干部为骨干力量的柔性直流科技攻关团队和党员责任区，对一系列重点难点技术问题进行统筹推进、集中攻坚。深入推动党建引领与直流创新的深度融合，把党建优势转化为创新优势、竞争优势和发展优势。

起步谈何容易，艰辛可想而知。攻关团队成立伊始，柔性直流输电技术只掌握在海外电力巨头手中，我国被严格技术封锁，没有任何经验可供借鉴，自主创新是唯一出路。

国网经研院直流中心党支部书记乐波坦言：“作为一支党员覆盖率高达80%的中青年队伍，团队成员凭借奋发有为、敢为人先的创新精神，独立攻克了多项重大技术难题，形成了一套完整的柔性直流输电成套设计体系，彻底打破了国外技术封锁。自主完成了当时代表国际柔性直流输电最高技术水平的舟山、厦门、渝鄂、张北等系列工程的成套设计，充分展现了党组织的战斗堡垒作用和共产党员的先锋模范作用。”

从高压直流到特高压直流，从海岛送电到区域联网，从城市供电到直流电网，伴随着直流输电技术的创新与实践，以党员、干部为核心的直流技术团队凝心聚力、担当尽责，开发了具有完全自主知识产权的远海风电直流成套设计核心工具，搭建了涵盖大规模新能源发电的直流电网实时仿真系统，实现了我国远海风电直流送出技术的创新突破。

“居高声自远，非是藉秋风。”这些技术储备让我们从容面对如东柔直送出工程的悄然而至，而这信手拈来的从容源于党员、干部躬先士卒的冲锋和全体团队成员厚积薄发的积淀。

　　开拓进取勇攀高峰

　 　 引领远海风电直流送出技术发展方向

远海风电直流送出核心关键技术的创新突破和工程实践，有力提升了国网经研院在该领域的引领地位。

人才梯队建设更加完善。历经多年的科技研发和直流工程成套设计锤炼，国网经研院培养出了一支素质优良、精通专业并具有国际化视野的复合型远海风电直流成套设计技术团队，成为凝聚优秀人才、培育创新成果、实施重大项目的研发和设计基地。

仿真实验水平进一步提升。通过实施新能源通过直流送出重大科技和工程项目，国网经研院自主创建的国家级重点实时仿真实验室（国家能源研发实验中心）功能更趋全面，成为国内外最具规模和技术水准的电网仿真试验研究中心之一，为远海风电直流送出实时数字仿真提供了一流的软硬件环境。

标准是行业的通用设计准则。国网经研院制定了适用于远海风电直流送出工程设计的国家、行业标准20余项；成功主导国际直流标准的制定，已牵头发布IECTC115、CIGREB4.72系列等多项国际标准，正在牵头国际电工委员会（IEC）立项的柔性直流换流阀等标准制定。国网经研院党委书记、董事长潘尔生说：“这些标准将为我国远海风电直流送出工程的设计和建设提供强有力的技术指导。”天道酬勤，硕果累累。国网经研院始终把自主创新、打破外方技术封锁、占领世界直流输电技术制高点作为矢志不渝的追求目标，先后获得国家科技进步奖4项，省部级科技进步奖80余项，发表SCI/EI论文80余篇，授权专利60余项，出版专著30余册。正在开展江苏射阳和广东汕头远海风电直流送出工程前期研究工作。国网经研院在远海风电送出乃至整个直流设计领域的影响力日益彰显。

推动装备国产化水平大幅提升。远海风电直流送出工程成套设计在以工程安全和可靠设计为核心的前提下，重点聚焦设备国产化进程的推进，标准和规范的合理制定极大的带动了我国直流装备事业的发展，国内已自主研制出具有国际领先水平的高绝缘大电流直流海缆、直流耗能装置、变压器阀侧直流套管等远海风电直流核心卡脖子设备或组部件，并具备制造全套远海风电直流设备的能力，实现了远海风电直流装备领域的“中国创造”和“中国引领”。如东柔直工程设备国产化率达95%以上。

随着今后更大规模远海风电的开发利用，需要采用直流电网技术，实现多风场电源供电和多落点受电，显著降低大规模远海风电开发利用成本。国网经研院正紧跟行业发展趋势，探索研究海上直流电网关键设计技术，为远海风电大规模集约开发与并网提供更为可靠的解决方案。

结语

为实现我国2030年非化石能源占一次能源消费比重20%的目标，推动能源结构转型升级，国网经研院将继续发挥党组织的战斗堡垒作用，带领广大党员、干部和全体员工坚定必胜信心，敢于迎难而上，努力建成具有世界领先水平的远海风电送出技术研发体系，确保大规模远海风电高效友好送出，全力支撑服务电网高质量发展，为我国能源电力事业和经济社会发展作出更大的贡献。

消息来源：中国电力报