海上风电送出工程的三代路线:交流集电、柔性直流与海陆一体送出
中国能源产业发展网 发布时间:
2026-10-30 08:18
【中国能源产业发展网 原创】【作者:韩屹】
2026年10月的最后两周,中国海上风电送出工程连续落下三枚节点。10月9日,三峡阳江青洲五、七期海上风电项目首批机组并网,这套装机200万千瓦的场址采用正负500千伏柔性直流送出方案,风机电能经66千伏集电海缆汇入海风之心海上换流站升压整流,再通过正负500千伏海底直流电缆直送陆上集控中心。10月30日,作为我国首个海陆一体柔性直流输电工程陆上核心枢纽的正负500千伏古澜换流站冲刺正式投产,江门段直流线路118千米、铁塔234基已于9月13日全线贯通,9月21日换流站系统第一阶段调试完成,500千伏换流变与换流阀首次空载充电一次成功,工程目前处于线路空载加压试验阶段。几乎同期,10月上旬公开报道显示,这座全球单体容量最大的海上换流站一次性通过业主组织的全套并网试验。把三件事连起来看,海上风电送出已经不再是单个项目的工程选择,而是形成了一套可以被复制的技术标准件。
第一代路线:交流集电在哪里撞到自己的墙
要理解柔性直流为什么成为主流,得先看清交流集电这条上一代路线在什么地方撞了墙。交流集电的技术逻辑很干净:风机电能经机舱升压至66千伏后,通过集电海缆汇入海上升压站,再由升压站升至220千伏或500千伏交流送出。整个链条没有换流环节,设备数量少、保护配置相对简单、维护技术成熟,直到离岸距离不太远、场址容量不太大的项目为止,江苏射阳百万千瓦海上风电一期走的仍是这条路线,一期安装35台单机容量8.5兆瓦机组,配套建设220千伏海上升压站与220千伏陆上集控中心,10月9日首批机组并网,预计12月底实现全容量并网。
交流集电的物理墙出现在交流输电的容量与距离上。交流线路的充电电流与线路长度成正比,长距离海缆的容性无功随长度快速上升,末端电压难以维持,输送容量被迫压低;同时海缆的工频损耗与电压平方成正比,电压等级越高损耗越大,这在长距离送电中形成正向的不利叠加。这两项效应叠加的结果是,场址离岸越远、装机容量越大,用交流送电在经济上与技术上都不再成立。公开信息显示,位于江苏射阳河口东南侧海域、辐射沙洲最北端的射阳项目场区中心点离岸约65公里,水深流急、施工条件复杂,工程团队需要在台风与潮位窗口的限制下完成35根钢管桩基础施工和海上升压站的导管架与上部组块对位合体。而青洲五、七期的场址中心离岸约70公里、水深超50米,安装163台风机、总装机容量达200万千瓦,正是把交流集电推过边界的典型场景。
从工程节奏看,射阳项目还有一个值得记录的细节。公开报道中出现了两个略有差异的口径:龙源电力方面的表述为在55个有效工作日内完成35台海上基础施工,另有表述为53个有效施工日完成35根钢管桩基础施工,海上升压站吊装对位用时8小时。公开信息未披露两处统计的边界差异,此处并列陈述不做调和。这类口径差异在海上风电的公开报道中相当常见,评估施工能力时应以有效工作日与桩基数量这两个可核对量为准,而不宜直接采信单个百分数。
第二代路线:柔性直流把直流电缆的价值放到最大
柔性直流的核心技术逻辑是让直流侧保持恒定电压、恒定电流,从而规避交流长距离输电的容性无功与电压支撑难题。整流与逆变环节由全桥模块化换流器完成,配合控制保护系统,可以在海上风电出力波动时稳定直流电压,在陆上受端完成受电与无功支撑,把风电这种出力随机的电源接入电网时最麻烦的电压稳定问题一并解决。这也是为什么深远海风电几乎把柔性直流作为默认方案:它把交流集电阶段被迫承受的容性与无功问题,交给了可控电力电子装置处理。
青洲五、七期工程的参数把这条路线的工程尺度摆清楚了:正负500千伏、200万千瓦的送出容量,配66千伏集电海缆与世界最大规模海上换流站,同时创下全球首个正负500千伏柔性直流海上风电项目、世界首个集约化海上风电柔性直流送出系统、全球首个正负500千伏直流海缆应用等多项技术纪录。这套方案的价值不只在电压等级,还在于它把场址容量与离岸距离同时推到了当时国内装备能力的边界上,逼着换流站、直流海缆、换流阀、金具、控制保护整套系统同时升级。
需要如实标注的是一处公开口径差异。经济参考报报道称该项目全面投运后每年可为粤港澳大湾区输送约60亿千瓦时清洁电能,相当于减少二氧化碳排放近500万吨;中国科学报报道中援引平高集团方面的说法则是每年输送约77亿千瓦时、减排二氧化碳超600万吨。两条数据来自同一工程的公开表述,公开信息未披露二者的统计口径差异,此处并列陈述不做调和。评估送出方案能力时,更可靠的参照量是换流站与直流海缆的额定容量、投运后的实测损耗以及年利用小时数,而非转述口径不同的电量数字。
海上换流站的三个硬约束:体积、重量与损耗
把一座200万千瓦的换流站从陆地搬到海上,物理约束会立刻收紧。平高集团披露的对比数据是:这座世界首个正负500千伏、2000兆瓦柔性直流海上换流站,相较已投运同类项目体积功率密度提升70%,重量功率密度提升90%,输电损耗压到0.5%以内。三个指标各自对应一个工程难点。体积功率密度决定换流站能不能塞进有限的上部组块空间,重量功率密度决定导管架与浮式基础能不能承受,海上平台的承载能力与造价随重量非线性上升,重量控制的价值因此被放大。输电损耗则是另一层约束:海上换流站与陆上站之间的直流海缆长度以数十公里计,损耗一旦抬高,直接吃掉的是全场的上网电量。
空间受限带来的设计代价,在金具上体现得最具体。为解决海上换流站空间有限、造价高昂的问题,该工程项目组开展金具小型化设计,通过反复仿真计算和试验验证,最终把导线金具分裂间距从400毫米乘400毫米压缩到200毫米乘200毫米,同时开展屏蔽结构精细化设计,极限压缩屏蔽装置尺寸,有效降低空间需求,节约工程建设成本。金具分裂间距是直流换流站抑制电场集中、避免闪络与电晕的核心设计参数,把这一数值压缩一半,意味着同样的绝缘距离内可以布置更多导线,直接换来了站体尺寸的下降。这种优化不是通用图纸上的参数微调,而是要在有限空间内同时满足绝缘配合、机械强度与屏蔽要求的高难度耦合问题。
同期的装备配套规模也值得记录。平高集团为该工程海上站和陆上站提供直流金具共计96种1768套,管母线1020米、铝绞线5520米。从这个数量级可以反推工程复杂度:单站直流金具的种类达数十种、套数以千计,意味着绝缘配合、屏蔽结构、机械安装三个维度上的差异化设计必须贯穿到每一件产品,这类部件在陆上项目里可以靠常规采购解决,在海上换流站里则必须逐项定制。
第三代路线:海陆一体与受端调试的时间表
在青洲五、七期的送出方案之外,另一条并行的路线在同一时期成型,这就是海陆一体柔性直流。按照广东省人民政府门户网站与江门日报的表述,这是世界首个正负500千伏海陆一体柔性直流工程,也是全国首个由电网公司投资建设的海陆统筹柔直输电工程。它与前一类工程的关键区别在受端:绿电上岸之后不再止于省级电网边界,而是通过海陆一体柔直直接送入负荷中心。
江门段是正负500千伏古澜换流站与118千米直流线路、234基铁塔构成,是这套工程陆上送出的最后一环。9月13日江门段全线贯通,海上风电陆上送出通道就此打通;9月21日换流站系统第一阶段调试顺利完成,500千伏换流变、换流阀首次空载充电一次成功,设备运行平稳,随后转入线路空载加压试验阶段,冲刺10月30日正式投产目标。该工程全部投产后,每年可向粤港澳大湾区输送清洁电能约60亿千瓦时。报道同时提到,这是我国首个海陆一体柔性直流输电工程陆上核心枢纽,承担海上风电变电、并网、输送的关键职能,当前正处于换流站系统调试向海陆联调过渡的关键节点。
调试顺序本身有技术含义。换流变与换流阀空载充电一次成功,验证的是绝缘配合、阀组触发逻辑与控制保护的基础正确性;随后的线路空载加压试验针对的是直流海缆与陆上直流线路的绝缘水平与两端换流站的参数匹配,这是柔性直流工程中最容易暴露设计缺陷的环节,因为直流线路没有交流系统那种自然的过零点可以遮蔽闪络与换流过电压问题。从9月21日第一阶段调试完成到10月30日投产目标之间只有一个多月,这种压缩的调试窗口在以往大型柔直工程中并不常见,其效率来自设备国产化与标准化调试流程。报道还提到该工程全套规模化应用了绝缘栅双极晶体管等全国产化核心元器件,填补国内该电压等级技术空白。
从送出工程反推海上风电的开发边界
把三条路线摆在一起,可以反推出海上风电的开发边界。第一代交流集电的经济适用区间大体在离岸几十公里、容量数十万千瓦以内;一旦离岸距离逼近七十公里、场址容量上到百万千瓦级,直流送出的经济性优势就已经确立,交流方案不再是可选项。第二代柔性直流解决了深远海长距离送电的电压稳定问题。第三代海陆一体柔直则把送电终点从省级电网边界前移到负荷中心,同时由电网公司投资建设,解决了海上风电项目在送出端长期面临的接入工程投资分摊难题。
需要指出的是,柔直路线并不是没有代价。三代路线对比可见,换流站与换流阀是柔直方案中最贵也最复杂的部分,它的造价、占地与运维难度都在交流方案之上,且一旦发生故障,影响的是整个场址而非单台机组。这决定了柔直的经济性门槛与场址容量、离岸距离、陆上落点条件三者强绑定,不能脱离具体场址条件泛化推广。阳江的经验之所以能形成可复制的样本,恰恰因为射阳、青洲五七期、三山岛这三个场址在离岸距离、水深、陆上落点与受端负荷上各不相同,方案是在具体约束中选出来的。
装备国产化是这条路线成本可控的前提。从平高集团供应的96种1768套直流金具、到换流阀采用绝缘栅双极晶体管等全国产化核心元器件、再到海上换流站体积功率密度提升70%与重量功率密度提升90%的设计结果,这些指标的共同指向是让海上换流站从高昂的非标设备变成可复制的产品。这个转变决定了柔直送出能否在多个场址连续开工,而不只是在一个示范项目里成立。判断这条路线未来的关键指标也随之明确:不是示范工程的纪录参数,而是同一套设备在第二个、第三个场址的建设周期与造价能否继续下降。
-本文参考资料来源于国家能源集团龙源电力、三峡集团、南方电网、平高集团公开信息;工业和信息化部、广东省人民政府门户网站、江门市人民政府公开文件;《中国能源报》、中国科学报、南方日报、经济参考报、国际风能网等媒体报道。
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韩屹
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