向海图强激活蔚蓝宝藏——我国首个海上风电机组地面试验平台投运

文摘 2025-01-02 16:47 北京

来源：国网福建省电力有限公司

闽山影浸烟云动，沧海潮连浦溆空。福建，这片位于中国东南沿海的沃土，不仅以秀美的山川和深厚的文化底蕴吸引世人的目光，更以其独特的地理位置和气候条件，成为了发展可再生能源的宝地。作为国家电网公司新型电力系统省级示范区之一，福建已形成清洁能源占据半壁江山、全品类电源协同发展的总体格局。截至2023年底，福建省清洁能源装机占比已增至63%，稳居全国前列。

在福建省新型电力系统建设的版图中，海上风电是其中的重要组成部分。截至2024年11月底，福建省海上风电并网装机规模达到372万千瓦，预计每年减排二氧化碳超过1100万吨。在我国海上风电资源最丰富的地区之一福建福清市兴化湾，59台海上风电机稳稳矗立——总装机容量达357.4兆瓦的三峡福清兴化湾海上风电场源源不断地将海风化为绿电，点亮千家万户。2024年12月26日，在距离兴化湾海域不远的福清市江阴港城区，一项事关海上风电产业发展的重大工程取得阶段性进展：由国家电网有限公司、中国华电集团有限公司等单位共同投资建设的我国首个国家级海上风电研究与试验检测基地（以下简称海上风电试验基地）传动链平台建成投产。作为“十四五”规划的重大项目，海上风电试验基地建设是保障海上风电产业健康可持续发展、推动构建新型电力系统和建设新型能源体系、助力海洋强国建设示范效应的深刻体现，标志着我国在海上风电领域的研究与试验验证能力迈上了新的台阶。

潮起：海上风电机遇与挑战并存

海洋，闽人之丰饶田畴。福建有着全国第二长的陆地海岸线，海岸线曲折率位居全国第一。其丰富的海上风力资源可以媲美全球最好的波罗的海，年均风速超过9米每秒。凭借其得天独厚的地理位置和资源禀赋，福建成为海上风电发展的热土：海上风电平均年利用小时数超过4000小时，位居全国之首；理论蕴藏量更是超过1.2亿千瓦，资源优势不言而喻。此外，福建与长三角、粤港澳、华中腹地等区域的紧密连接，具有鲜明的区位优势。发展海上风电，已成为福建社会经济发展战略的重要组成部分。

随着我国“推动深远海海上风电技术创新和示范应用”战略目标的提出，对海上风电从设备制造、建设安装到运行维护等方方面面都提出了更高要求。当前，我国海上风电机组大型化进程再提速，海上风电机组最大单机容量已超过20兆瓦级。这一发展趋势在提升风机发电效率的同时，也迫切需要海上风电设备制造及关键技术进一步攻关精进。

我国海上风电的发展起步晚，进步快，近年来，我国海上风电产业在政策支持和技术进步的双重驱动下取得了显著成就，成为全球海上风电装机容量最大的国家。但纵观海上风电产业链建设，从风电机组设计与研发到海上并网与输电，再到风电场规划设计与建安，以及海上风电运维和融合发展环节，仍存在技术瓶颈和亟待提升的关键技术装备。

例如，在风电机组设计与研发方面，功率半导体、高稳定性主控系统、机组设计软件等设计制造能力尚需加强；在海上并网与输电环节，柔性直流送出关键部件的成本需要降低，高压柔性直流海缆、动态海缆技术水平亟待提升等。

“相较国际先进水平，我国在大容量风机、远距离输电、深远海施工运维等领域的核心部件、关键技术装备研发和批量制造方面还有差距。”中国工业经济联合会执行副会长兼秘书长熊梦指出。

“随着风机向大型化、集群化、深远海发展，现有的方法、理论和工具已逐渐不适用。在海上风电研究与试验检测方面，国内虽已建成一些试验平台，但无法满足全国、全行业海上风电机组的测试需求。”国网福建省电力有限公司科技部主任方日升告诉记者。

近年来，国家电网有限公司持续开展陆上风电试验验证能力建设。但海上风电和陆上风电相比，机组大型化特征更加显著、并网送出方式多样、运行工况和涉网特性更复杂；陆上风电可以在风电资源好的现场开展试验验证，但海上风电现场测试受环境及电网条件制约，测试工况不可控，导致成本高、周期长、结果不全面。风电发达国家建立了全尺寸地面试验平台，对风电机组的运行特性全面开展研究。我国尚不具备该能力，已形成技术瓶颈。因此，我国迫切需要建立风电机组全尺寸地面试验平台。

海上风电试验基地在此背景下应运而生。作为国家能源局授权的全国唯一同时具备型式认证和并网认证的检测中心，与国内外现有的试验验证平台相比，该基地将形成覆盖最新IEC及相关国家标准规定的全部海上风电性能试验验证能力。“试验平台拖动能力、加载能力、电网模拟能力等多项技术指标均为当前世界第一，可开展世界上最大容量的风电机组和最长尺寸的叶片试验及目前国际上无法开展的海上风电机组全频率阻抗扫描等试验项目。”方日升告诉记者。

海上风电试验基地以建成国际一流的海上风电研究平台、试验平台、交流合作平台为目标，致力于打造“技术研究、检测认证、设备制造、建设安装、运行维护”为一体的产业生态，填补我国大容量海上风电机组地面试验检测能力的空白。“基地建成后，将进一步提升我国海上风电设备的研究与试验验证能力，有助于加快突破海上风电设备关键技术与并网技术。”方日升表示，“对提升我国风电技术水平和装备制造能力，推动风电产业高质量发展，助力实现‘双碳’目标具有重要意义。”

破浪：全产业链条技术突破引领新篇章

海上风电试验基地落户福建，得益于福建省多年来深耕海上风电形成的坚实产业基础。在《“十四五”现代能源体系规划》中，福建被列为深远海域海上风电开发技术研发及示范应用基地之一。福建省政府出台了一系列地方政策，如财政补贴、税收优惠等，为海上风电产业的发展提供了有力保障。目前，福建省已初步形成了涵盖装备技术研发、设备制造、建设安装、运行维护为一体的海上风电全产业链体系，“集群-产业园-生产基地”多层次格局已初步形成，为海上风电试验基地建设创造了有利环境。

海上风电试验基地的建设过程中克服了诸多技术难点和挑战。例如，如何真实、可控、全面地模拟海上现场试验条件；如何研发包括载荷模拟装置、电网模拟装置在内的大型试验装置；如何提出试验关键技术、形成新的试验方法等。在研发电网工况模拟装置时，整个装置结构复杂，如何精准发出对数百个功率半导体开关器件的控制脉冲，提高IGCT级联拓扑低调制比下的输出精度，是摆在团队面前必须解决的一道核心技术难题。研发团队深入研究了各种技术措施可能性，提出了几十种技术方案，经过反复的理论推导论证和上百次仿真研究分析，提出并首次应用了单/双极性调制切换发波策略，显著提高了电网模拟装置的输出电压精度。

据国网福建电科院四级职员陈大玮介绍，海上风电检测基地集仿真分析、运行测试、特性评价、技术研发等功能于一体，还拥有25兆瓦海上风电机组全尺寸地面试验平台。其核心技术及设备应用亮点主要体现在以下几个方面：

一是试验加载能力全面超越当前世界同类最大试验台。整机试验能力达25兆瓦（国际最大20兆瓦），具备六自由度全工况测试能力，最大静态加载力11MN（国际最大8MN），最大静态加载弯矩90MNm（国际最大85MNm），额定加载扭矩35MNm（国际最大30MNm）。

二是具备多项国际首创技术。试验平台首创传动链轴线角度调节功能，调节范围6~10°，电网模拟装置首创采用共交流母线与共直流母线混联结构。

三是电网模拟装置模拟能力世界最大。电网模拟装置输入侧容量34MVA（国际最大20MVA），输出侧容量90MVA（国际最大50MVA），均为世界最大，电网模拟能力国际领先。

在质量管控方面，该工程以创国家优质工程为目标，强化创优总体策划和过程管控。海上风电试验基地项目组委托国网经研院三次开展传动链试验平台基础施工图审查，委托天津大学对传动链试验平台受力情况进行平行计算；推行施工标准工艺，加强施工方案专项审查，派驻专人进厂监督管桩、钢构和混凝土等关键物资材料质量，从源头上把好质量关，确保传动链试验平台高质量建设。

对于海上风电试验基地的检修运维，陈大玮表示，依托检测基地全面的检测能力，可掌握海上风电装备特性，协助风电主机厂家开展海上风电设备全生命周期故障分析，开展风电整机及叶片等关键设备设计优化，从研发层面提升海上风电可靠性，降低设备运维成本。“检测基地在产业链中发挥着重要强链补链延链作用，通过联动基地周边福清江阴港、三峡产业园等，进一步推动海上风电产业母港构建，吸引上下游施工、运维企业聚集，在基地周边配备大型施工船、运维船，形成集合制造、试验、施工、运维全链条的产业集群。”

扬帆：为电网安全稳定运行保驾护航

并网，是发电项目建设中的“临门一脚”，海上风电并网，意味着来自蓝色大海的清洁电力将扬帆起航，走向千家万户。为保障电网的安全稳定运行，海上风电并网试验至关重要。记者了解到，开展海上风电并网科学试验面临诸多技术挑战：首先，海洋环境的复杂多变，包括风速的时空变化大、高湿度和盐分导致的设备腐蚀与老化，增加了运维难度。其次，海上风电存在多种并网形态，如工频交流、低频、柔性直流及直流汇集送出等，各种并网环境下的运行特征和控制要求各不相同，需对机组性能进行全面验证。再者，并网控制与稳定性也是一大难题，深远海风电基地常采用柔性直流送出方式，但新能源与柔性直流的宽频带、强非线性控制特性可能导致振荡风险。最后，大规模海上风电接入电网时，还需解决风电消纳问题，因多种新能源、核电及直流外送电力挤兑调峰资源，给风电消纳带来挑战。

为了攻克以上难点，海上风电试验基地精心遴选管理团队，持续优化技术路线，不断攻坚重点难点问题，提升电网的灵活性与稳定性、促进新能源的高效利用以及推进深远海风电开发，推动新型电力系统和新型能源体系建设，助力能源清洁低碳转型。

“海上风电试验基地建成后，将针对现有的陆上风电机组的并网测试指标以及测试方法对海上风电适用性不足的问题，提出多场景下的故障/扰动特征测试指标，完善海上风电并网测试标准，为海上风电并网试验提供实践指南，为未来海上风电多类型并网系统的安全稳定运行提供指导。”国网福建电科院海风团队江祖瑄表示。

“三分天注定，七分靠打拼。”福建人的海洋文化精神，在海上风电的发展中得到最生动的诠释。海上风电试验基地不仅为福建海上风电的发展提供了强有力的技术支撑，更在推动产业链创新链融合方面作出了重要贡献。

“海上风电试验基地的建成，将为关键核心技术的科技攻关创造良好条件，为海上风电产业链创新链的深入融合提供宝贵机遇。该基地将以其全面的检测能力和优质的服务，助力海上风电装备制造企业、科研机构、运营单位等产业链上下游企业实现科研攻关、试验验证、交流共享的全方位合作，进一步完善海上风电技术创新及服务体系，推动形成完整产业生态，加速产品研发升级，提升产业链供应链韧性和安全水平。此外，通过基地大量的试验数据和经验积累，可协助相关部门制定和完善海上风电相关的技术标准和规范，推动行业健康有序发展。”江祖瑄说道。

风正潮平，自当扬帆破浪；任重道远，更需策马扬鞭。“依托海上风电研究与试验检测基地，福建将分期规划科研布局，先期重点完成大容量海上风电装备仿真实证研究平台建设，后续依托海上风电友好并网技术创新联合体，开展一系列前沿技术研究平台建设，形成国家级海上风电研究中心。这些举措，将为福建海上风电的发展注入更加强劲的动力，为打造我国海上能源综合示范中心奠定坚实基础，为经济社会绿色低碳发展注入更多来自蔚蓝海洋的澎湃动能。”江祖瑄表示，“可以预见，福建海上风电未来将在技术创新、市场规模、政策支持、产业链完善等多个方面取得重大突破。”

作者：

本刊记者李天娇

通讯员林丽平张筱婷潘颖

编辑：赵紫原

审核：李丽萍

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