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        巧借潮汐力海上“筑高樓” 亞洲首座海上換流站在江蘇如東完成安裝

        發布時間:2021-08-11 10:10:30 來源:科技日報 責任編輯:caobo

        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合產業鏈相關單位協同攻關,完成建設任務。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110萬千瓦容量生產的電能,可有效解決海上風電場大容量、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經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)吸收組塊與導管架之間的碰撞力,完成安裝任務。

        “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”駛入導管架所在位置,通過落潮時水位的下降,助力海上“巨星”與導管架精準對接,讓換流站這個“大塊頭”穩穩“坐”在導管架上,最終實現海上“巨星”在深海區的安家落戶。

        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,確保風浪流等環境數據均在浮托安裝設計值內,現場團隊根據多個定點氣象預報的相互驗證,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境、建立施工路徑氣象預報機制、識別施工風險并制定應急預案的基礎上,克服作業窗口期短、海況多變等挑戰,順利完成海上換流站安裝。

        攻克技術難題,填補海洋工程技術空白

        三峽集團江蘇如東項目在建設過程中攻克了換流站建造、直流海纜研發等多項重大技術難題,主要電氣設備均采用國產品牌,填補了國內海洋工程領域多個技術空白,同時也推動了國內相關制造行業的進步。

        根據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管架兩部分組成。上部模塊為一座6層鋼結構建筑,總重約2.2萬噸;下部導管架采用分體式導管架,兩片導管架間距62米,通過12根鋼管樁固定在海床上,總重約8900噸。

        在上部6層鋼結構建筑中,每層均布置相應的設備房室。三峽能源江蘇分公司總工程師劉宇告訴科技日報記者,換流站內海陸換流站聯接變、電抗器、站用變等主要電氣設備均采用國產品牌。除此以外,可關斷器件(IGBT)作為柔性直流技術的核心部件,長期以來被國外壟斷,三峽如東項目首次批量使用國產IGBT部件,實現海上風電主電氣設備的自主可控。

        三峽如東海上換流站下部導管架基礎是目前國內建造的最大體量海上風電導管架。導管架采用分體式桁架結構,其精準定位對海況要求、施工工藝要求均極高。在經過數種施工方案比選、數輪專家評審后,最終選用“擱置平臺精確定位安放”創新施工工藝,實現了施工偏差遠小于設計要求的目標。

        此外,海上換流站上部組塊具有重量重、體積大等特點,加之海上換流站內部換流閥、電抗器等電氣設備對于振動、加速度、傾角等參數敏感,導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構設計優化、設備抗震仿真設計優化、浮托安裝穩性設計優化等方式,高效解決、預防了相關問題,實現換流站的順利安裝。

        柔性輸電,解鎖海上風電新技術

        隨著海上風電開發程度的不斷提高,風電場離岸距離越來越遠,遠距離海上輸電成為關鍵制約因素。三峽如東柔性直流輸電工程是亞洲地區首次將柔性直流輸電技術運用于海上風電的項目,其±400千伏電壓等級成套設計與應用更是創新突破。

        高壓直流輸電須通過換流站來實現交直流之間的變化。到目前為止,高壓直流輸電技術已經歷了3次技術上的革新,革新主要體現在其所組成換流器的基本元件發生了革命性的重大突破。三峽能源江蘇分公司總經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。

        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斷器件(通常為IGBT)和高頻調制技術。通過調節換流器出口電壓的幅值和與系統電壓之間的功角差,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,就可以實現兩個交流網絡之間有功功率的相互傳送,同時兩端換流站還可以獨立調節各自所吸收或發出的無功功率,從而對所聯的交流系統給予無功支撐。

        “柔性直流輸電技術作為目前世界上最前沿的輸電技術,解決了當前交直流輸電技術面臨的諸多問題。”劉兵表示,和傳統電流源型直流相比,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,河流被截停的幾率也大幅下降。

        因此,柔性直流輸電技術特別適合應用于長距離的跨海電纜送電、可再生能源并網、分布式發電并網、孤島供電(黑啟動)、異步交流電網互聯等領域。

        “遠海海上風電即將成為未來海上風電項目開發的聚焦點。柔性直流輸電技術將遠海的電能匯聚并轉換為損耗更低的直流電,然后通過海纜輸送至陸上,能有效彌補傳統長距離交流輸電存在的不足,相比傳統交流輸電更具有技術經濟性。”劉兵說。(科技日報記者 何亮)

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