国网经研院马为民：海上风电柔性直流示范项目及经济性分析
东方风力发电网 2020年9月10日 560
由中国电力企业联合会（售电与综合能源服务分会）、中国国际商会、中国海洋工程咨询协会海上风电分会联合主办的“2020中国新能源高峰论坛”于2020年9月6日-8日在盐城召开。国网经济技术研究院副院长马为民出席海上风电分论坛，并发表了题为《海上风电柔性直流示范项目及经济性分析》的主旨演讲。以下为发言全文： 
马为民：尊敬的各位领导，各位专家，各位来宾，非常荣幸被邀请参加2020中国新能源的高峰分论坛，我来自国网经济技术研究院，新能源的发展跟直流输电紧密相关，我们有大规模的集中式开发的新能源，显然离不开直流输电，分布式的包括海上风电的开发和利用也跟直流输电紧密相关，所以直流跟新能源的关系非常密切。首先请允许我简单介绍一下我们的团队。 国网经济技术研究院是国家电网公司电网规划和工程设计技术的归口单位，我们主要负责国家电网公司的规划，工程设计，项目评审，技术经济评价和相关标准的制定和研究。主要聚焦特高压交直流输电、新一代智能电网等前沿技术的研究。 在我们院里面有一支非常重要的直流技术的队伍，就是国网经研院直流技术咨询中心，经过30年的发展，我们承担了国网公司海内外30多项的直流工程的设计任务。因为直流设计和交流不一样，交流是一个标准化的设计，对于直流来说，因为它投资很高，技术非常复杂，它往往是一个定制化的设计，世界上所有的直流工程无一例外的都是要通过具有专业技术的设计单位进行系统的设计。作为直流系统设计来说，它是这个工程里面不可或缺的一个环节。 我们受三峡集团的委托，承担了中国首个远海风电柔性直流输出工程400千伏接入的系统评审，包括系统设计和调试工作，此对三峡集团对我们的信任表示感谢。 我今天的发言分三个方面，首先讲一下海上风电的发展和电力系统的关系。 我们知道我们国家提出了四个革命和一个合作能源发展新战略以后，新能源受到了广泛的关注，由于海上风电资源丰富，利用小时数很高，可以达到3000个小时左右，这个效益会更好一些。同时，它离负荷中心比较近，以前开发的大规模陆上的新能源距离比较远，都需要好几千公里的直流输电去完成，现在海洋离我们的负荷中心很近，可以很好的缓解我们国家能源的分布和电力市场的分布不和谐的问题，所以也是海上风电发展有利的一个方面，同时也不占有土地资源。海上风电也成为了新能源发展的一个重要的方向。 不管是从世界上看，还是从国内来看，海上风电发展都非常的迅速。未来海上风电会从近海向深海发展。 新能源并网对电力系统相互的作用，随着新能源规模不断的增加，不断的扩大，新能源并网发电的容量，到2030年新能源机组的发电量要占整个社会发电量的20%，到了2050年新能源机组的发电量可能要高达整个社会总发电量的50%，这么大的量的新能源进入到电力系统来，对我们电力系统是一个非常严重的挑战。 一方面，新能源尖峰处理很大，电量比较小，全额消纳代价非常大。首先因为它的利用小时数不高，海上风电高一些，可以达到3000个小时，但总的来说，这个利用小时数还比较低。新能源的随机性比较大，到了2050年，它的发电量占的比重很大，到了2050年日最大的处理波动达到10亿千瓦。面对这么大的电压波动，对常规电源的调节能力就非常难以适应了。在这种情况下要发展新能源需要有新的运行控制的方法，还需要有新的商业模式，这样才能维持新能源持续健康的发展。 新能源的机组抗扰动性比较差，对电网的支持力度比较弱。首先惯量低，调频能力差，频率越限风险大，无功支撑能力不足，电压稳定性的问题比较突出，过电压升高。新能源机组电网和谐的发展，相互之间还需要很多的科研的课题研究去探索，才能找到一个同发展的途径。 近年来，从英国、澳大利亚、加州停电的原因分析来看，都和新能源占的比重比较大相关。所以说，新能源的发展任重道远。 海上风电要送出，现在有两种基本的方式，交流和直流。交流它的平台规模比小，只有几千吨的重量，直流由于它的设备比较多，比较复杂，它要达到上万吨的数量级。从传输距离来说，交流的传输距离有限，现在近海七八十公里以内的都可以用交流来实施，距离远的必须要用直流来输送。 我们做了一个初步的测算，输电距离在80公里以内，这个用交流输电来说比较经济，如果这个距离更远，超过几百公里，不管从经济上还是技术上，直流输电会有更好的优势。 下面我具体介绍一下如东的柔性直流示范项目的基本情况。 如东的项目是我们国家第一个用于海上风电输出、电压等级最高，输送容量最大柔性直流输电工程。它采用的是对称的单机的结构。 这是整个如东海上风电柔性直流示范工程简单的系统方案。三个风场汇集来以后，通过20万的限度进入到海上换流站，把交流变成直流，通过海缆送到岸上，再把交流变成直流，配到系统里面去。 这里面有几个重要的核心设备，我给大家介绍一下。首先是海上平台。海上平台两万吨，长78米，高44米，宽94米的东西，海上平台投资占整个工程投资的19%。这是海上平台简单的布置情况。包括了GIS、联接变压器、桥臂电抗器。它不需要大件的起吊，以后运行起来比较方便，所以放在下一层。 变压器的造价基本上占到设备造价的18%。换流阀的造价占到全设备的55%，它是大头，IGBT器件比较昂贵，设备的造价比较高，桥臂电抗器占整个造价的4%。耗能装置，它的结构和换流阀有点类似，占7%。 下面说一下它的造价，输送容量110万，上网电价核准电价是0.85元，整个项目的送电投资十几亿，收益率预计可以达到13%，回收时间大概是11年。 这个项目动态投资4300元每千瓦，这个投资在现有的技术路线下，它在规模上，竞争方面效率都没有体现出来，预计在未来通过有一定的规模，有一定的竞争机制以后，它的单位投资基本上可以降到4000元每千瓦。随着海上风电进一步的推广，市场竞争更充分一些，我们有望把这个投资降到3500元以下。 除了经济效益以外，这个目标还有很好的社会效益，年上网电量33亿千瓦时，可以满足135万的家庭用电。 以上就是我的发言，希望大家批评指正。谢谢。 （发言根据速记整理，未经嘉宾审核）
马为民：尊敬的各位领导，各位专家，各位来宾，非常荣幸被邀请参加2020中国新能源的高峰分论坛，我来自国网经济技术研究院，新能源的发展跟直流输电紧密相关，我们有大规模的集中式开发的新能源，显然离不开直流输电，分布式的包括海上风电的开发和利用也跟直流输电紧密相关，所以直流跟新能源的关系非常密切。首先请允许我简单介绍一下我们的团队。 国网经济技术研究院是国家电网公司电网规划和工程设计技术的归口单位，我们主要负责国家电网公司的规划，工程设计，项目评审，技术经济评价和相关标准的制定和研究。主要聚焦特高压交直流输电、新一代智能电网等前沿技术的研究。 在我们院里面有一支非常重要的直流技术的队伍，就是国网经研院直流技术咨询中心，经过30年的发展，我们承担了国网公司海内外30多项的直流工程的设计任务。因为直流设计和交流不一样，交流是一个标准化的设计，对于直流来说，因为它投资很高，技术非常复杂，它往往是一个定制化的设计，世界上所有的直流工程无一例外的都是要通过具有专业技术的设计单位进行系统的设计。作为直流系统设计来说，它是这个工程里面不可或缺的一个环节。 我们受三峡集团的委托，承担了中国首个远海风电柔性直流输出工程400千伏接入的系统评审，包括系统设计和调试工作，此对三峡集团对我们的信任表示感谢。 我今天的发言分三个方面，首先讲一下海上风电的发展和电力系统的关系。 我们知道我们国家提出了四个革命和一个合作能源发展新战略以后，新能源受到了广泛的关注，由于海上风电资源丰富，利用小时数很高，可以达到3000个小时左右，这个效益会更好一些。同时，它离负荷中心比较近，以前开发的大规模陆上的新能源距离比较远，都需要好几千公里的直流输电去完成，现在海洋离我们的负荷中心很近，可以很好的缓解我们国家能源的分布和电力市场的分布不和谐的问题，所以也是海上风电发展有利的一个方面，同时也不占有土地资源。海上风电也成为了新能源发展的一个重要的方向。 不管是从世界上看，还是从国内来看，海上风电发展都非常的迅速。未来海上风电会从近海向深海发展。 新能源并网对电力系统相互的作用，随着新能源规模不断的增加，不断的扩大，新能源并网发电的容量，到2030年新能源机组的发电量要占整个社会发电量的20%，到了2050年新能源机组的发电量可能要高达整个社会总发电量的50%，这么大的量的新能源进入到电力系统来，对我们电力系统是一个非常严重的挑战。 一方面，新能源尖峰处理很大，电量比较小，全额消纳代价非常大。首先因为它的利用小时数不高，海上风电高一些，可以达到3000个小时，但总的来说，这个利用小时数还比较低。新能源的随机性比较大，到了2050年，它的发电量占的比重很大，到了2050年日最大的处理波动达到10亿千瓦。面对这么大的电压波动，对常规电源的调节能力就非常难以适应了。在这种情况下要发展新能源需要有新的运行控制的方法，还需要有新的商业模式，这样才能维持新能源持续健康的发展。 新能源的机组抗扰动性比较差，对电网的支持力度比较弱。首先惯量低，调频能力差，频率越限风险大，无功支撑能力不足，电压稳定性的问题比较突出，过电压升高。新能源机组电网和谐的发展，相互之间还需要很多的科研的课题研究去探索，才能找到一个同发展的途径。 近年来，从英国、澳大利亚、加州停电的原因分析来看，都和新能源占的比重比较大相关。所以说，新能源的发展任重道远。 海上风电要送出，现在有两种基本的方式，交流和直流。交流它的平台规模比小，只有几千吨的重量，直流由于它的设备比较多，比较复杂，它要达到上万吨的数量级。从传输距离来说，交流的传输距离有限，现在近海七八十公里以内的都可以用交流来实施，距离远的必须要用直流来输送。 我们做了一个初步的测算，输电距离在80公里以内，这个用交流输电来说比较经济，如果这个距离更远，超过几百公里，不管从经济上还是技术上，直流输电会有更好的优势。 下面我具体介绍一下如东的柔性直流示范项目的基本情况。 如东的项目是我们国家第一个用于海上风电输出、电压等级最高，输送容量最大柔性直流输电工程。它采用的是对称的单机的结构。 这是整个如东海上风电柔性直流示范工程简单的系统方案。三个风场汇集来以后，通过20万的限度进入到海上换流站，把交流变成直流，通过海缆送到岸上，再把交流变成直流，配到系统里面去。 这里面有几个重要的核心设备，我给大家介绍一下。首先是海上平台。海上平台两万吨，长78米，高44米，宽94米的东西，海上平台投资占整个工程投资的19%。这是海上平台简单的布置情况。包括了GIS、联接变压器、桥臂电抗器。它不需要大件的起吊，以后运行起来比较方便，所以放在下一层。 变压器的造价基本上占到设备造价的18%。换流阀的造价占到全设备的55%，它是大头，IGBT器件比较昂贵，设备的造价比较高，桥臂电抗器占整个造价的4%。耗能装置，它的结构和换流阀有点类似，占7%。 下面说一下它的造价，输送容量110万，上网电价核准电价是0.85元，整个项目的送电投资十几亿，收益率预计可以达到13%，回收时间大概是11年。 这个项目动态投资4300元每千瓦，这个投资在现有的技术路线下，它在规模上，竞争方面效率都没有体现出来，预计在未来通过有一定的规模，有一定的竞争机制以后，它的单位投资基本上可以降到4000元每千瓦。随着海上风电进一步的推广，市场竞争更充分一些，我们有望把这个投资降到3500元以下。 除了经济效益以外，这个目标还有很好的社会效益，年上网电量33亿千瓦时，可以满足135万的家庭用电。 以上就是我的发言，希望大家批评指正。谢谢。 （发言根据速记整理，未经嘉宾审核）