海上风电场升压站关键技术研究

海上风电场升压站关键技术研究

郭凤群 申蕾 刘博 孔令兵

(中船第九设计研究院工程有限公司,上海，200090)

摘要：海上风电场升压站是海上风电场电能汇集和外输的能源枢纽。文中拟对装机容量为400MW的海上风电场升压站的选型、主接线、平面布置等关键技术进行初步研究，进一步了解海上升压站电气设计的主要内容，为海上升压站的设计提供理论基础。

关键词：海上风电场，升压站，主接线

0 引言

中国是能源大国，更是用电量大国。到2025年，亚洲用电量将占全球的一半，中国用电量将占全球的三分之一。在双碳政策的鼓励和引导下，大力发展可再生能源成为当前降低碳排放的重要举措。利用海上风能这一可再生能源进行发电，没有废水、废气的排放，也没有燃料的消耗，既能促进当地的经济发展，也不会破坏原有的生态环境和人居环境，是解决能源紧缺的最佳选择之一。世界能源署预测，2040年，可再生能源将占全球电力的2/3，其中风电、光伏占40%，到2050年，风电年新增装机规模将达130GW左右。

而我国拥有渤海、黄海、东海、南海四大领海，海上风能资源丰富，占我国风能资源的75%左右。随着风力发展技术的逐步成熟，海上风力发电成为新能源发电的重要组成部分。

1 海上风电场升压站概述

海上升压站是海上风电场电能汇集和外输的能源枢纽。因其所处为海上环境，电气设备需要具有防盐雾、防湿热、防生物霉菌等“三防”要求，有些地方还有抗强台风和狂浪的要求，以及防高紫外线辐射的问题。且海上升压站远离大陆，其运行维护较为困难，需采用远程监控、设备状态监测和无人值守的运行方式。

2 海上风电场升压站发展现状

经过国内近几年的行业发展和技术储备，海上升压站技术日渐成熟，已掌握了海上升压站的设计、建造、安装技术，一座座海上升压站在中国沿海海域建设完成，为海上风电的发展作出了贡献。

截止2022年上半年，全球海上风电装机总容量为54.9GW，其中中国装机容量占比45%（24.9GW）。2022年上半年全球风电装机容量增长6.8GW，其中主要增量来自于中国。2022年上半年，全球新投产的海上风电场共33座，其中中国25座。2022年上半年新增加的海上风电场平均装机容量为205MW。

3 海上风电场升压站选型

海上升压站作为整个海上风电场的重要枢纽，是海域与陆域能源传输的纽带。随着深远海风电场的商业化开发，深远海海上升压站需求、储能发展需求、与制氢相融合等对深远海海上升压站设计提出了新的要求。

（1）海上升压站选型

根据海上升压站组装方式的不同，海上升压站可分为整体组装和集装箱模块组装两种，根据工程实际情况进行选择。

（2）海上升压站整体布置

海上升压站从整体布置可分为紧凑式两侧悬挑型布置方案、“H”型内走道四侧悬挑型布置方案、“一”型内走道四侧悬挑型布置方案三种。经过综合对比分析发现，紧凑式两侧悬挑型布置方案面积较小，重心稍有偏差，可扩展性差，“H”型内走道四侧悬挑型布置方案面积大，重心居中，可扩展性好；“一”型内走道四侧悬挑型布置方案面积中等，重心稍有偏差，可扩展性较好。本工程海上升压站装机容量为400MW，选用“一”型内走道四侧悬挑型布置方案。

4 海上风电场升压站设计方案

海上升压站相关设备配置和系统设计需满足并网要求，考虑到运行维护不便，需具有适度的可靠性。

（1）海上升压站电压选择

从技术上考虑，国内110kV海上升压站和220kV海上升压站均技术成熟并已有成熟工程案例，110kV海上升压站设备选型和技术条件相对成熟，技术难度相对较小，而220kV海上升压站技术风险相对较大，但总体可控。

本工程因装机容量较大，高压海缆路径较长，采用220kV海上升压站方案接线和保护配置相对简单，在海缆及综合损耗等方面更具有优势，故选用220kV海上升压站。

（2）海上升压站主接线方案选择

本升压站选择两台容量为240MW的主变， 主接线方案为220kV配电装置采用两回线路变压器组接线，变压器采用2台容量为240/120-120MVA的220/35-35kV的低压侧双分裂绕组变压器，35kV配电装置采用单母线4分段接线，见下图所示：

（3）海上升压站平面布置

本海上升压站为三层布置，其中一层（甲板层）布置逃救生设施、泵房，主变下方布置事故油池；二层中间安装2台220/35kV主变压器、接地变室、蓄电池室、35kV开关室、电源室等；三层中间为主变室上空区域，其余空间布置柴油发电机室、暖通机房、GIS等。下图为海上升压站平面布置图：

5 总结与展望

文中介绍了海上升压站的选型和电气设计方案，文中400MW海上风电场海上升压站选用整体组装式，主接线方案为220kV配电装置采用线路变压器组接线，35kV 配电装置采用单母线四分段接线；主变推荐采用2台容量为240/120-120 MVA的220/35-35kV的低压侧双分裂绕组变压器。

随着近海海上风电资源被瓜分殆尽，海上风电逐渐向深远海发展。深远海海域面积大、风资源丰富且也更稳定，拓展了海上风电的建设和使用范围。在深远海海域集中建设更大规模的风场，不仅可持续稳定地为陆域输送电能，还可减少对近海生态环境以及其他用海需求的影响。伴随海上风力发电技术的不断发展进步，当海上风电从近海向深远海发展，海上风电也逐渐向大容量风力发电机组发展、从固定式基础向浮式风电发展，并网方案也成为新的发展和研究方向，推进并网方案创新突破，也将出现深远海风电柔性直流送出的海上换流站，为海上风电的降本增效作出贡献，为深远海风电的发展提供更多的可能性。

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