北極星風力發電網訊：2024年12月26日，浙江（華東）深遠海風電母港在溫州開工，這將是全國首個面向深遠海的風電母港項目。依托母港建設，浙江計劃到2030年打造千億級風電產業集群。

海上風電大規模開發的時代來了，帶著機遇，也帶著挑戰。

溫州平陽南麂島上的風力發電機丨劉光漲攝

海上風電優勢卓異，為什么？

浙江，七山一水二分田，綠水青山熔鑄出了詩畫江南的美景，鋪就了經濟發展的底色，也激發出蓬勃的經濟活力，帶來旺盛的電力需求。

不過，需求大卻不等同于稟賦好。與其他地域相比，浙江本地電源匱乏，三分之一的用電量需要依靠省外輸入，在綠色發展理念和丘陵地形的雙重擠壓下，火電等本地傳統電源擴張余地局促。浙江渴求電源的目光便投向了海上風電、分布式光伏和抽水蓄能。

尤其是海洋資源。浙江近岸海域內擁有海島4300多個，居全國第一。同時，浙江的海岸線和海島岸線總長6000多千米。得天獨厚的環境賦予了浙江豐富的可開發海上風能資源，2021-2035年間，浙江省風電發展規劃達到3650萬千瓦，其中近海風電850萬千瓦、遠海風電2800萬千瓦。海上風電大規模且集群式開發并網正從藍圖變為現實。

一向敢為人先的浙江確實早已開始了海上風電送出相關的研究。

“影響海上風電送出模式選擇的主要因素是風電場離岸距離和規模。”國網浙江電力科技部二級職員金文德介紹。目前，浙江開發的都是離岸80公里以內的近海小型風電場，其中，單個風電場的最大發電容量為50萬千瓦。截至2024年11月，浙江海上風電總裝機容量達477萬千瓦，這些項目均采用了工頻交流送出的技術。

同樣的送出方式被國內大多數海上風電場所青睞。我國是目前全球海上風電場數量最多的國家，近10年累計裝機增長近10倍，裝機容量超過英國，躍居世界第一位。“這些風電場以水深30米左右、離岸50千米以內的近海海域為主，對于近海小型風電場而言，工頻交流送出是目前裝備最成熟、工程經驗最豐富的技術。”金文德說，然而，受交流電纜的能量損耗問題和電纜成本問題影響，如果將工頻交流送出技術直接應用于即將開發的離岸80-150公里的中遠海域風電場，其經濟性將大打折扣。

中遠海域的風電要如何送出？這是一個國際性難題。英國、德國、丹麥、澳大利亞等國家在海上風電領域正廣泛應用柔性直流輸電技術。柔性直流中的柔性是指一種基于大功率、高性能的電力電子器件，實現對電網電壓、電流、功率等各類參數實時調節的先進技術，能讓電能可控性好、適應性強、響應速度快、智能化程度高。

但在金文德看來，雖然這是當前國際上主流的深遠海風送出模式，但卻不是回答海上風電送出的最優解。“柔性直流輸電的主要優勢在于克服了海纜充電無功的問題，輸電能力更強。缺點也十分明顯，即需要建設海上換流站。”他解釋道。海上換流站被稱作“海上巨無霸”，平面面積近乎一個標準足球場，高度可比肩15層的居民樓，建設成本動輒幾十億元，無論是在建設還是運維，都涉及巨額的投資和成本。

即使投資成本是天文數字，但向海爭風的策略不能放棄——海上風電不僅發電效率高且無需占用土地資源，投運后的環境效益和經濟效益優勢在新能源界都出類拔萃。此時，破題之法只能是找到更具經濟性的海上風電送出模式。

柔性低頻更加經濟，憑什么？

何為更經濟的送出方式？

“一是成本更低，二是送出效率更高。”國網浙江電科院電網技術中心副主任陸翌回答。很顯然，優化掉海上換流站就可以大幅削減成本，減少電力損耗就能提升送出效率。

早在上世紀90年代，中國科學院院士王錫凡就提出了分頻輸電方式，即在較低頻率下輸電，在較高頻率下用電，通過降低輸電頻率，來減少電能損耗，讓電能被送得更遠。2014年前后，國網浙江電科院柔性電力技術團隊逐步啟動柔性低頻輸電技術研究。

“低頻技術的優勢在于只需建設一座海上升壓站，將低頻風電機組發出的電力升壓至需要的電壓再送至陸地。”陸翌介紹。目前，全球最大海上升壓站尺寸為66米×55米×32米，占地面積僅為一個標準海上換流站的二分之一，建造難度及成本優勢顯而易見。

頻率低到多少才最為經濟？“通過層層計算驗證和仿真對比，我們發現當要實現離岸80-180公里的中遠海百萬千瓦風電送出時，若輸電頻率低于20赫茲，變壓器、斷路器的成本將上升，若高于20赫茲，海纜傳輸能力將下降，必須增設海纜才能滿足送出要求。”柔性電力技術團隊中負責組織開展頻率優選工作的團隊骨干裘鵬說。

2021年3月，經與中國科學院院士陳維江等權威專家共同研究探討，國網浙江電力明確當下20赫茲是80-180公里中遠距離海風送出場景下最能兼顧經濟性與輸電能力的選擇。

全新的技術路線，意味著配套裝備的空白。“手機性能不夠了，我們通常會選擇換一個，但如果市場上已經沒有更好的手機了怎么辦？只能自己研究，從配件開始，核心設備全部自研。”金文德打了個比方。

依托國家能源源網荷儲互動協同技術研發中心、國網海洋輸電工程技術實驗室等創新平臺，國網浙江電力先后掌握了柔性低頻輸電系統的行為特性，并聯合科研機構及上下游企業，自研了包括柔性低頻換流器、低頻變壓器、海纜、新型海纜船在內的近100項核心技術裝備和專利成果。

向海爭風，還需要什么？

在浙江臺州大陳島上，海風吹動低頻風力發電機，綠色的風電便從小小的海島輸送至陸地上的電網。

2022年6月，臺州35千伏柔性低頻輸電示范工程投運。這是世界首套投入商業運行的低頻海上風電送出系統，也是國網浙江電力柔性低頻輸電系列示范工程規劃邁出的第一步。

“臺州35千伏柔性低頻輸電示范工程對大陳島上原有的兩臺1.1兆瓦工頻風機進行了低頻改造，將風機發出20赫茲的電能，升壓至35千伏后送至鹽場低頻換流站，變頻為50赫茲后并入工頻系統。”國網臺州供電公司變電檢修中心副主任蔣旭介紹。投運至今，臺州35千伏柔性低頻輸電示范工程已向陸地輸送海上風電超1600萬千瓦時，相比工頻輸電能量損耗降低了1.2%。工程還配套研制并投入使用了35千伏柔性低頻換流器、低頻變壓器等19項國際首臺首套設備。

“大陳島項目的穩定運行，驗證了海島風機源側低頻接入的技術先進性及風電柔性低頻送出技術的可行性。”陸翌說，但35千伏線路主要應用于中短距離的輸電線路，還不能滿足長距離、大功率的電力輸送需求。因此，柔性低頻輸電系列示范工程規劃的第二步探索悄然開始。

2023年6月30日，杭州220千伏柔性低頻輸電示范工程投入運行，該工程額定傳輸容量30萬千瓦，是目前我國電壓等級最高、輸送容量最大的柔性低頻輸電工程，真正完成了高壓大容量海上風電場電力輸送成套裝備性能的技術驗證。

“目前，我們正聯合華能浙江分公司依托玉環2號海上風電場項目開展大容量海上風電柔性低頻匯集送出系統驗證。這是我們柔性低頻輸電系列示范工程的第三部曲。”金文德介紹。

玉環2號海上風電場位于浙江省臺州市玉環海域，規劃裝機容量508兆瓦，采用工低頻混合方式送出，其中204兆瓦采用工頻輸電方案，304兆瓦采用低頻輸電方式送至陸上計量站。

“玉環2號海上風電場配備設置了一座220千伏工低頻共建海上升壓站，將海上低頻風電和工頻風電都升壓至220千伏后，通過一回220千伏工頻海纜和一回220千伏低頻海纜送至陸地。”陸翌說。目前，該工程已完成成套參數設計，預計將于2025年完成投運。屆時，將能夠在同一工程中積累工頻交流與柔性低頻輸電的具體數據，進一步回答中遠海大規模風電送出的經濟性問題。

“當前，海上風電送出設備小型化的問題還沒解決，同時，海上風電的開發正逐步向深藍推進。未來海上風電大規模集群送出，有沒有比低頻柔性送出更好的解決方案？這仍值得繼續探索，仍需研究送出模式，儲備好關鍵技術裝備。”金文德認為。

除積累海上風電送出技術外，也有業內人士表示，海上風電開發成本問題也需得到進一步重視——當前，我國沿海省份已形成海上風電規模化產業基地，9個省份累計建成或在建20多個海上風電產業園。海上風電較陸地風電在投建、并網、運維等方面難度更大、技術設備要求更高，投資相應更大，需加強統籌規劃，豐富扶持政策，以刺激風電企業投資的積極性和上下游企業的國產化設備研發、運維保養的積極性，需要進一步加強原材料掌控力，解決海上風電送出關鍵技術“卡脖子”難題與瓶頸。

再清潔一點、再優質一點、再超前一點。向海爭風正在進行時。