潮汐力托舉2.2萬(wàn)噸“鋼鐵巨屋” 世界最大海上換流站落戶江蘇如東

三峽如東海上換流站進(jìn)點(diǎn)導(dǎo)管架安裝完畢 中國(guó)三峽新能源(集團(tuán))股份有限公司供圖

110萬(wàn)千瓦

建成后，換流站將負(fù)責(zé)匯集輸出三峽如東H6、H10項(xiàng)目(共80萬(wàn)千瓦)以及中廣核如東H8項(xiàng)目(30萬(wàn)千瓦)總計(jì)110萬(wàn)千瓦容量生產(chǎn)的電能，可有效解決海上風(fēng)電場(chǎng)大容量、遠(yuǎn)距離輸電問(wèn)題。

近日，在江蘇如東黃沙洋海域，重達(dá)2.2萬(wàn)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(dǎo)管架的毫米級(jí)精準(zhǔn)對(duì)接，標(biāo)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(tuán)聯(lián)合產(chǎn)業(yè)鏈相關(guān)單位協(xié)同攻關(guān)，完成建設(shè)任務(wù)。該換流站是目前世界容量最大、電壓等級(jí)最高、體積最大的海上換流站。建成后，它將負(fù)責(zé)匯集輸出三峽如東H6、H10項(xiàng)目(共80萬(wàn)千瓦)以及中廣核如東H8項(xiàng)目(30萬(wàn)千瓦)總計(jì)110萬(wàn)千瓦容量生產(chǎn)的電能，可有效解決海上風(fēng)電場(chǎng)大容量、遠(yuǎn)距離輸電問(wèn)題。

巧借潮汐力，海上“筑高樓”

一幢相當(dāng)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(zhǎng)江岸邊出發(fā)時(shí)的場(chǎng)景，3天后“鋼鐵巨屋”抵達(dá)黃海海域，并進(jìn)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(gè)標(biāo)準(zhǔn)足球場(chǎng)，高度約等于15層居民樓，重量接近10個(gè)響水海上升壓站，是名副其實(shí)的“大塊頭”。因目前世界最大吊裝能力的起重船為1.2萬(wàn)噸，傳統(tǒng)浮吊安裝模式無(wú)法滿足該換流站約2.2萬(wàn)噸的吊裝重量要求，三峽集團(tuán)組織各參建單位組成項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)，創(chuàng)新使用浮托法進(jìn)行海上換流站安裝(以下簡(jiǎn)稱浮托安裝)。

海上換流站浮托安裝技術(shù)經(jīng)理倫燦章告訴科技日?qǐng)?bào)記者，浮托安裝分為陸地建造與海上安裝兩個(gè)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(shí)，通過(guò)駁船壓載，將上部模塊下放至導(dǎo)管架上，在此過(guò)程中，通過(guò)樁腿耦合緩沖裝置(LMU)吸收組塊與導(dǎo)管架之間的碰撞力，完成安裝任務(wù)。

“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(shí)水位會(huì)上升，此時(shí)運(yùn)輸船拖載海上“巨星”駛?cè)雽?dǎo)管架所在位置，通過(guò)落潮時(shí)水位的下降，助力海上“巨星”與導(dǎo)管架精準(zhǔn)對(duì)接，讓換流站這個(gè)“大塊頭”穩(wěn)穩(wěn)“坐”在導(dǎo)管架上，最終實(shí)現(xiàn)海上“巨星”在深海區(qū)的安家落戶。

浮托安裝對(duì)海況條件要求極高，為尋找精準(zhǔn)的浮托安裝窗口期，確保風(fēng)浪流等環(huán)境數(shù)據(jù)均在浮托安裝設(shè)計(jì)值內(nèi)，現(xiàn)場(chǎng)團(tuán)隊(duì)根據(jù)多個(gè)定點(diǎn)氣象預(yù)報(bào)的相互驗(yàn)證，最終將浮托安裝時(shí)間定在7月18日。除此之外，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)在摸清施工海域環(huán)境、建立施工路徑氣象預(yù)報(bào)機(jī)制、識(shí)別施工風(fēng)險(xiǎn)并制定應(yīng)急預(yù)案的基礎(chǔ)上，克服作業(yè)窗口期短、海況多變等挑戰(zhàn)，順利完成海上換流站安裝。

攻克技術(shù)難題,填補(bǔ)海洋工程技術(shù)空白

三峽集團(tuán)江蘇如東項(xiàng)目在建設(shè)過(guò)程中攻克了換流站建造、直流海纜研發(fā)等多項(xiàng)重大技術(shù)難題，主要電氣設(shè)備均采用國(guó)產(chǎn)品牌，填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)海洋工程領(lǐng)域多個(gè)技術(shù)空白，同時(shí)也推動(dòng)了國(guó)內(nèi)相關(guān)制造行業(yè)的進(jìn)步。

根據(jù)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(dǎo)管架兩部分組成。上部模塊為一座6層鋼結(jié)構(gòu)建筑，總重約2.2萬(wàn)噸;下部導(dǎo)管架采用分體式導(dǎo)管架，兩片導(dǎo)管架間距62米，通過(guò)12根鋼管樁固定在海床上，總重約8900噸。

在上部6層鋼結(jié)構(gòu)建筑中，每層均布置相應(yīng)的設(shè)備房室。三峽能源江蘇分公司總工程師劉宇告訴科技日?qǐng)?bào)記者，換流站內(nèi)海陸換流站聯(lián)接變、電抗器、站用變等主要電氣設(shè)備均采用國(guó)產(chǎn)品牌。除此以外，可關(guān)斷器件(IGBT)作為柔性直流技術(shù)的核心部件，長(zhǎng)期以來(lái)被國(guó)外壟斷，三峽如東項(xiàng)目首次批量使用國(guó)產(chǎn)IGBT部件，實(shí)現(xiàn)海上風(fēng)電主電氣設(shè)備的自主可控。

三峽如東海上換流站下部導(dǎo)管架基礎(chǔ)是目前國(guó)內(nèi)建造的最大體量海上風(fēng)電導(dǎo)管架。導(dǎo)管架采用分體式桁架結(jié)構(gòu)，其精準(zhǔn)定位對(duì)海況要求、施工工藝要求均極高。在經(jīng)過(guò)數(shù)種施工方案比選、數(shù)輪專家評(píng)審后，最終選用“擱置平臺(tái)精確定位安放”創(chuàng)新施工工藝，實(shí)現(xiàn)了施工偏差遠(yuǎn)小于設(shè)計(jì)要求的目標(biāo)。

此外，海上換流站上部組塊具有重量重、體積大等特點(diǎn)，加之海上換流站內(nèi)部換流閥、電抗器等電氣設(shè)備對(duì)于振動(dòng)、加速度、傾角等參數(shù)敏感，導(dǎo)致海上換流站上部組塊搭載建造、滑移上船、海上運(yùn)輸安裝難度增大。為了克服這些困難，三峽集團(tuán)牽頭各參建單位通過(guò)多輪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化、設(shè)備抗震仿真設(shè)計(jì)優(yōu)化、浮托安裝穩(wěn)性設(shè)計(jì)優(yōu)化等方式，高效解決、預(yù)防了相關(guān)問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)換流站的順利安裝。

柔性輸電，解鎖海上風(fēng)電新技術(shù)

隨著海上風(fēng)電開(kāi)發(fā)程度的不斷提高，風(fēng)電場(chǎng)離岸距離越來(lái)越遠(yuǎn)，遠(yuǎn)距離海上輸電成為關(guān)鍵制約因素。三峽如東柔性直流輸電工程是亞洲地區(qū)首次將柔性直流輸電技術(shù)運(yùn)用于海上風(fēng)電的項(xiàng)目，其±400千伏電壓等級(jí)成套設(shè)計(jì)與應(yīng)用更是創(chuàng)新突破。

高壓直流輸電須通過(guò)換流站來(lái)實(shí)現(xiàn)交直流之間的變化。到目前為止，高壓直流輸電技術(shù)已經(jīng)歷了3次技術(shù)上的革新，革新主要體現(xiàn)在其所組成換流器的基本元件發(fā)生了革命性的重大突破。三峽能源江蘇分公司總經(jīng)理劉兵向科技日?qǐng)?bào)記者進(jìn)一步解釋道，基于電壓源型全控性換流器技術(shù)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(shù)。

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(diǎn)在于采用了可關(guān)斷器件(通常為IGBT)和高頻調(diào)制技術(shù)。通過(guò)調(diào)節(jié)換流器出口電壓的幅值和與系統(tǒng)電壓之間的功角差，可以獨(dú)立地控制輸出的有功功率和無(wú)功功率。這樣，通過(guò)對(duì)兩端換流站的控制，就可以實(shí)現(xiàn)兩個(gè)交流網(wǎng)絡(luò)之間有功功率的相互傳送，同時(shí)兩端換流站還可以獨(dú)立調(diào)節(jié)各自所吸收或發(fā)出的無(wú)功功率，從而對(duì)所聯(lián)的交流系統(tǒng)給予無(wú)功支撐。

“柔性直流輸電技術(shù)作為目前世界上最前沿的輸電技術(shù)，解決了當(dāng)前交直流輸電技術(shù)面臨的諸多問(wèn)題。”劉兵表示，和傳統(tǒng)電流源型直流相比，柔性直流對(duì)電壓、頻率的控制更加靈活，就像一個(gè)完全可控的水泵，能夠精準(zhǔn)控制水流的方向、速度和流量，使水庫(kù)水位更加平穩(wěn)，河流被截停的幾率也大幅下降。

因此，柔性直流輸電技術(shù)特別適合應(yīng)用于長(zhǎng)距離的跨海電纜送電、可再生能源并網(wǎng)、分布式發(fā)電并網(wǎng)、孤島供電(黑啟動(dòng))、異步交流電網(wǎng)互聯(lián)等領(lǐng)域。

“遠(yuǎn)海海上風(fēng)電即將成為未來(lái)海上風(fēng)電項(xiàng)目開(kāi)發(fā)的聚焦點(diǎn)。柔性直流輸電技術(shù)將遠(yuǎn)海的電能匯聚并轉(zhuǎn)換為損耗更低的直流電，然后通過(guò)海纜輸送至陸上，能有效彌補(bǔ)傳統(tǒng)長(zhǎng)距離交流輸電存在的不足，相比傳統(tǒng)交流輸電更具有技術(shù)經(jīng)濟(jì)性。”劉兵說(shuō)。