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潮汐力托举2.2万吨钢铁巨屋世界最大海上换流站落户江苏如东

放大字体  缩小字体 时间:2021-08-11 08:40:40 来源:科技日报
潮汐力托举2.2万吨钢铁巨屋世界最大海上换流站落户江苏如东

原标题:潮汐力托举2.2万吨“钢铁巨屋” 世界最大海上换流站落户江苏如东

  三峡如东海上换流站进点导管架安装完毕 中国三峡新能源(集团)股份有限公司供图

  近日,在江苏如东黄沙洋海域,重达2.2万吨的三峡如东柔性直流输电工程海上换流站在驳船的托举下,完成与导管架的毫米级精准对接,标志着世界最大、亚洲首座海上换流站顺利完成安装。

  三峡如东柔性直流输电工程海上换流站由三峡集团联合产业链相关单位协同攻关,完成建设任务。该换流站是目前世界容量最大、电压等级最高、体积最大的海上换流站。建成后,它将负责汇集输出三峡如东H6、H10项目(共80万千瓦)以及中广核如东H8项目(30万千瓦)总计110万千瓦容量生产的电能,可有效解决海上风电场大容量、远距离输电问题。

  巧借潮汐力,海上“筑高楼”

  一幢相当于15层楼高的“钢铁巨屋”,由江向海,鸣笛启航。这是三峡如东海上换流站从江苏南通长江岸边出发时的场景,3天后“钢铁巨屋”抵达黄海海域,并进行安装。10天后,安装完成。

  三峡如东海上换流站平面面积接近一个标准足球场,高度约等于15层居民楼,重量接近10个响水海上升压站,是名副其实的“大块头”。因目前世界最大吊装能力的起重船为1.2万吨,传统浮吊安装模式无法满足该换流站约2.2万吨的吊装重量要求,三峡集团组织各参建单位组成项目团队,创新使用浮托法进行海上换流站安装(以下简称浮托安装)。

  海上换流站浮托安装技术经理伦灿章告诉科技日报记者,浮托安装分为陆地建造与海上安装两个阶段。在陆地建造阶段,采用甲板支撑框架(DSF)将上部模块架高;在海上安装阶段时,通过驳船压载,将上部模块下放至导管架上,在此过程中,通过桩腿耦合缓冲装置(LMU)吸收组块与导管架之间的碰撞力,完成安装任务。

  “所谓水涨船高,自然潮汐可谓是浮托安装的得力助手。”伦灿章形象地解释道,涨潮时水位会上升,此时运输船拖载海上“巨星”驶入导管架所在位置,通过落潮时水位的下降,助力海上“巨星”与导管架精准对接,让换流站这个“大块头”稳稳“坐”在导管架上,最终实现海上“巨星”在深海区的安家落户。

  浮托安装对海况条件要求极高,为寻找精准的浮托安装窗口期,确保风浪流等环境数据均在浮托安装设计值内,现场团队根据多个定点气象预报的相互验证,最终将浮托安装时间定在7月18日。除此之外,项目团队在摸清施工海域环境、建立施工路径气象预报机制、识别施工风险并制定应急预案的基础上,克服作业窗口期短、海况多变等挑战,顺利完成海上换流站安装。

  攻克技术难题,填补海洋工程技术空白

  三峡集团江苏如东项目在建设过程中攻克了换流站建造、直流海缆研发等多项重大技术难题,主要电气设备均采用国产品牌,填补了国内海洋工程领域多个技术空白,同时也推动了国内相关制造行业的进步。

  根据三峡如东海上换流站效果示意图,记者了解到,换流站由上部模块和下部导管架两部分组成。上部模块为一座6层钢结构建筑,总重约2.2万吨;下部导管架采用分体式导管架,两片导管架间距62米,通过12根钢管桩固定在海床上,总重约8900吨。

  在上部6层钢结构建筑中,每层均布置相应的设备房室。三峡能源江苏分公司总工程师刘宇告诉科技日报记者,换流站内海陆换流站联接变、电抗器、站用变等主要电气设备均采用国产品牌。除此以外,可关断器件(IGBT)作为柔性直流技术的核心部件,长期以来被国外垄断,三峡如东项目首次批量使用国产IGBT部件,实现海上风电主电气设备的自主可控。

  三峡如东海上换流站下部导管架基础是目前国内建造的最大体量海上风电导管架。导管架采用分体式桁架结构,其精准定位对海况要求、施工工艺要求均极高。在经过数种施工方案比选、数轮专家评审后,最终选用“搁置平台精确定位安放”创新施工工艺,实现了施工偏差远小于设计要求的目标。

  此外,海上换流站上部组块具有重量重、体积大等特点,加之海上换流站内部换流阀、电抗器等电气设备对于振动、加速度、倾角等参数敏感,导致海上换流站上部组块搭载建造、滑移上船、海上运输安装难度增大。为了克服这些困难,三峡集团牵头各参建单位通过多轮结构设计优化、设备抗震仿真设计优化、浮托安装稳性设计优化等方式,高效解决、预防了相关问题,实现换流站的顺利安装。

  柔性输电,解锁海上风电新技术

  随着海上风电开发程度的不断提高,风电场离岸距离越来越远,远距离海上输电成为关键制约因素。三峡如东柔性直流输电工程是亚洲地区首次将柔性直流输电技术运用于海上风电的项目,其±400千伏电压等级成套设计与应用更是创新突破。

  高压直流输电须通过换流站来实现交直流之间的变化。到目前为止,高压直流输电技术已经历了3次技术上的革新,革新主要体现在其所组成换流器的基本元件发生了革命性的重大突破。三峡能源江苏分公司总经理刘兵向科技日报记者进一步解释道,基于电压源型全控性换流器技术的直流输电方式,被称为是柔性直流输电,也是第三代直流输电技术。

  柔性直流输电中的换流器为电压源换流器(VSC),其最大的特点在于采用了可关断器件(通常为IGBT)和高频调制技术。通过调节换流器出口电压的幅值和与系统电压之间的功角差,可以独立地控制输出的有功功率和无功功率。这样,通过对两端换流站的控制,就可以实现两个交流网络之间有功功率的相互传送,同时两端换流站还可以独立调节各自所吸收或发出的无功功率,从而对所联的交流系统给予无功支撑。

  “柔性直流输电技术作为目前世界上最前沿的输电技术,解决了当前交直流输电技术面临的诸多问题。”刘兵表示,和传统电流源型直流相比,柔性直流对电压、频率的控制更加灵活,就像一个完全可控的水泵,能够精准控制水流的方向、速度和流量,使水库水位更加平稳,河流被截停的几率也大幅下降。

  因此,柔性直流输电技术特别适合应用于长距离的跨海电缆送电、可再生能源并网、分布式发电并网、孤岛供电(黑启动)、异步交流电网互联等领域。

  “远海海上风电即将成为未来海上风电项目开发的聚焦点。柔性直流输电技术将远海的电能汇聚并转换为损耗更低的直流电,然后通过海缆输送至陆上,能有效弥补传统长距离交流输电存在的不足,相比传统交流输电更具有技术经济性。”刘兵说。

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