远海的电力“魔方”
将绿电高效输送到陆地
波涛中的运维母船
稳稳搭建起设备维修的快速通道
为了让风电建设走向远海
工程师们打造了哪些超级装备？
这些装备
又如何保障我国风电设备高效运行？
近日
ZPMC亮相
央视科教频道《科幻地带》
让我们一起聆听
ZPMC的工程师们
讲述海上风电发展、建设和运维的故事
沿着我国漫长的海岸线，从北到南，分布着数十座海上风力发电厂。一台台巨大的风力发电机矗立在海上，组成钢铁丛林，将来自海上的风能转化成电能，点亮了万家灯火。
可是随着这些风车森林不断向远海延伸，他们发出的电如何以最小的损耗传输到陆地上，就成了我国工程师们必须解决的难题。如果采用常规的交流电传输，整座发电厂大约10%的电就会被白白损耗掉。
位于江苏省如东县海域的如东风电厂，在100多平方千米的海域内有超过200台风力发电机，装机总量达到1100兆瓦，而这座风电厂最东端的风机离海岸线已超过70千米。为了将这些绿色电能传输到陆地上，我国的工程师准备在大海上建造一座巨大的绿电“魔方”——海上换流站。通过它，能将风力发电机发出的交流电，转换成直流电，升压后再传输到陆地上。
当来自海上的风电通过换流站转化为交流电然后通过电网系统降到正常家用电压后就可以作为日常用电输送到千家万户。可是要将1100兆瓦的电量传输到陆地上，就需要将这些电转化为以正负400千伏的高压直流电，以1375安培的额定输送功率进行传输。这就需要大量的变压器、换流阀、以及相应的控制、冷却等设备。经过测算这座换流站的单层面积得达到一个足球场大小，高度接近50米，才能容纳所有设备并保证其稳定运行。这样一来，整座换流站的重量就会达到2.2万吨。
2020年初，由中国三峡集团投资建设，上海振华重工负责建造的如东海上换流站进入了紧张的设计建造阶段。
经过近4个月紧锣密鼓的建造，一座单层面积接近标准足球场，高度超过15层楼，重达22000吨的巨大电力“魔方”出现在了南通市振华重装的码头上，可是如此巨大的整体式建筑要如何运输到70千米外的大海上呢？
2021年6月，重达22000吨的如东海上换流站在振华重装码头上建造完成。2021年6月18日，所有准备工作完成，面积接近一个足球场高度超过15层居民楼的换流站，即将搬家。在卷扬机的牵引下，巨大的换流站缓慢地向码头移动。7月4日，经过三次移动后，这座巨大的电力魔方稳稳的坐到了船上。6天之后安全到达70千米外的如东海上风电场。
最终经过周密的计划，在换流站与导管架对接的那一刻，解绑顺利完成。2021年7月18日，这座巨大的换流站终于在台风来临前安装成功。如今，通过如东海上换流站这座巨大的电力“魔方”，每年有约24亿千瓦时的海上风电被输送往陆地，能够满足近100万家庭的用电需求，与同等规模的燃煤电厂相比，每年节约标准为几十万吨，减少二氧化碳排放上百万吨。
随着我国风电建设不断迈向远海，越来越多的风电设施需要定期得到维护，那么工程师们又会打造出怎样的装备，来守护我国的海上绿电呢？
随着我国远海地区海上风电建设的快速发展，越来越多的风力发电机被建设在距离陆地超过50千米的远海，它们将更为强劲的风能转化成了绿电。可是，这些远海风力发电机的维护保养工作非常困难，通常由工人乘坐小型船只出海完成，不仅要承受海上的颠簸之苦，作业窗口期还受天气影响难以把控，有时会严重影响风电机组的运行效率，而在一些发达国家风电运维母船已经被广泛应用。
2021年，为了提升我国海上风力发电机的维修保养效率，上海振华重工的工程师们受上海电气风电集团委托，准备打造两艘专业的风电运维母船——“至臻100”和“至诚60”。在设计需求上，“至臻100”总长93.4米、型宽18米、型深7.6米，设计服务航速12.3节，需要满足100名工作人员在船上长期工作生活。而小一些的“至诚60”，总长72.76米、型宽17.5米、型深7米、设计服务航速12节，需要满足60名工作人员在海上长期居住生活。在没有类似船舶建造经验的情况下，上海振华重工的工程师们要同时建造两艘，这对他们来说是不小的挑战。
在进行风力发电机的维修作业时，风电运维母船需要将自身携带的栈桥搭在风机基座上，方便人员通行，如果船不能和风机保持相对稳定，就会使栈桥损坏，甚至造成人员坠海。因此动力定位系统就像一个智慧大脑，它可以根据海上的风浪情况，来预判海水的流动情况，从而不断调整推进器的角度和转速，来产生反向作用力，让船身保持稳定。
2022年初，“至臻100”和“至诚60”两艘姐妹船的设计完成后，就开始了紧锣密鼓的建造工作，与此同时，两艘运维母船的另一项核心设备——主动波浪补偿栈桥的研发也进入了攻坚阶段。那么工程师们要如何打造出能够稳定连接船体和风力发电机的快速通道呢？
2022年初，上海振华重工的工程师们开始了对风电运维母船主动波浪补偿栈桥的研发工作，作为运维母船的核心设备，它可以在大海上实现船舶与发电机之间的平稳连接，方便维修人员登机维修。
2024年8月16日，在完成了所有的测试后，亚洲首制风电运维母船“至臻100”和“至诚60”两艘姐妹船，在江苏的振华海工正式交付给了上海电气风电集团股份有限公司。这标志着我国的海上风电有了可靠的“守护者”。未来，当更多的风电运维母船被建造出来，我国更远海域的风电建设也会得到更强有力的技术保障。
来源：央视网
