福建省海上風(fēng)電陸上輸電通道關(guān)鍵問題研究

陳明福 陳愷 詹銀 林建營 代妍妍 周宸

（中國電建集團(tuán)福建省電力勘測設(shè)計(jì)院有限公司 福建福州 350001）

0 引言

福建省海上風(fēng)電資源豐富，根據(jù)《福建省海上風(fēng)電場工程規(guī)劃報(bào)告》［1-3］等規(guī)劃，近海尚有20 多個(gè)風(fēng)電場址，總裝機(jī)容量超過1 800 萬kW；深海、遠(yuǎn)海海上風(fēng)電規(guī)劃裝機(jī)總?cè)萘考s超過7 000 萬kW，資源和市場十分巨大。福建省海上風(fēng)電開發(fā)呈現(xiàn)規(guī)模化、集群化、遠(yuǎn)?；陌l(fā)展趨勢。風(fēng)電海纜路由遵循集約利用海域和海岸線資源的原則，海上組網(wǎng)普遍采用大規(guī)模匯集的方案，在海上和陸上分別建設(shè)集控站，最終通過陸上高壓輸電線路接入電力系統(tǒng)。本文將陸上集控站及其配套輸電線路，統(tǒng)稱“陸上輸電通道”。

福建省海上風(fēng)電陸上輸電通道在前期階段，面臨以下問題：①海上風(fēng)電規(guī)劃階段無法落實(shí)輸電通道可行性；②輸電通道規(guī)劃方案在設(shè)計(jì)階段無法完全執(zhí)行；③陸上集控站沒有統(tǒng)一的設(shè)計(jì)方案；④沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)對輸電線路建設(shè)難度進(jìn)行評價(jià)和排序。本文針對以上問題開展研究，引導(dǎo)海上風(fēng)電開發(fā)與配套陸上輸電通道的協(xié)調(diào)發(fā)展，促進(jìn)福建省海上風(fēng)電合理開發(fā)。

1 福建海上風(fēng)電發(fā)展規(guī)劃

截至2022 年底，福建省已建成投產(chǎn)風(fēng)電場總裝機(jī)約742 萬kW，其中海上風(fēng)電321 萬kW。根據(jù)福建省近海海上風(fēng)電等規(guī)劃［1-2］，具備較好開發(fā)條件的近海風(fēng)電廠址主要分布于福州、漳州、莆田、寧德，場區(qū)分布和規(guī)模如表1 所示。

表1 福建省近海海上風(fēng)電場址規(guī)劃

同時(shí)，位于福建省漳州市東側(cè)的閩南海上風(fēng)電基地［3］，規(guī)劃裝機(jī)容量約2 000 萬kW，覆蓋面積約4 255 km2；基地水深較淺（10～42 m），建設(shè)條件良好，年平均風(fēng)速估計(jì)9.0～9.5 m/s，年利用小時(shí)數(shù)在3 700 h 以上，具備大規(guī)模集中連片開發(fā)的條件。

2 海上風(fēng)電陸上輸電通道面臨的關(guān)鍵問題

2.1 輸電通道在海上風(fēng)電規(guī)劃階段無法完全落實(shí)可行性

由于海上風(fēng)電規(guī)劃處于較為前期的階段，盡管已開展多項(xiàng)前期研究［4-7］，但是由于具體海上風(fēng)電項(xiàng)目沒有取得核準(zhǔn)或接入系統(tǒng)評審意見等支持性文件，輸電通道無法按照可研深度開展站址或路徑的協(xié)議征詢，只能參考相同或相鄰區(qū)域已建或在建的輸變電工程判斷初步方案，無法進(jìn)一步完全落實(shí)該輸電通道的可行性。

2.2 輸電通道規(guī)劃方案在設(shè)計(jì)階段無法完全執(zhí)行

由于海上風(fēng)電規(guī)劃階段擬定需要匯集的風(fēng)電規(guī)模大，加上配建儲(chǔ)能等需求，陸上集控站建設(shè)規(guī)模和占地面積較大。其中，部分陸上集控站在規(guī)劃階段所設(shè)想的沿岸站址，在可研階段的實(shí)際征地條件無法滿足要求；由于匯集的各風(fēng)電項(xiàng)目業(yè)主可能不同，因進(jìn)度或想法不一致等，部分集控站采用多家共建方式的難度大，導(dǎo)致規(guī)劃方案無法實(shí)施；部分地區(qū)沒有預(yù)留足夠的陸上輸電線路走廊，同樣導(dǎo)致規(guī)劃方案無法實(shí)施。

2.3 陸上集控站沒有統(tǒng)一的設(shè)計(jì)方案

目前，國內(nèi)的陸上集控站通常由海上風(fēng)電業(yè)主投資建設(shè)，集控站的設(shè)計(jì)和建設(shè)取決于風(fēng)電業(yè)主的開發(fā)需求。這種模式的問題在于集控站沒有統(tǒng)一的設(shè)計(jì)方案，缺乏標(biāo)準(zhǔn)化的進(jìn)出線規(guī)模、無功設(shè)備規(guī)模、儲(chǔ)能規(guī)模和設(shè)備選型；難以滿足同一片區(qū)內(nèi)多座海上風(fēng)電在陸上規(guī)?；?、整體化、系統(tǒng)化匯集和外送的需求，增大了陸上征地、建設(shè)、運(yùn)維和投資等方面的難度。

2.4 陸上輸電線路沒有統(tǒng)一的評價(jià)體系

大規(guī)模風(fēng)電匯集外送，對陸上輸電線路的電壓等級、回路數(shù)、送受距離等提出較高要求。但是海上風(fēng)電開發(fā)所在沿海地區(qū)，通常經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)、人口稠密、建筑密集，陸上輸電線路的建設(shè)受到多種要素影響（例如自然環(huán)境、沿線設(shè)施、國土規(guī)劃等），每種要素影響大小和所占權(quán)重存在差異，綜合表現(xiàn)為輸電線路不同的建設(shè)難度。由于沒有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)對輸電線路的建設(shè)難度進(jìn)行綜合的定量和定性評價(jià)，無法同時(shí)對多個(gè)輸電通道工程建設(shè)難度進(jìn)行綜合評價(jià)和排序，無法對海上風(fēng)電的規(guī)劃開發(fā)時(shí)序提出合理反饋。

3 規(guī)劃階段應(yīng)對措施建議

3.1 開展陸上輸電通道相關(guān)規(guī)劃專題研究

海上風(fēng)電規(guī)劃階段，在風(fēng)電消納和送出方案研究的基礎(chǔ)上，建議相關(guān)部門開展與陸上輸電通道相關(guān)的專題，研究適用于沿海地區(qū)（尤其是福建）的陸上集控站典型設(shè)計(jì)和建設(shè)方案、陸上集控站初步可行性方案、輸電線路初步路徑方案等內(nèi)容。內(nèi)容應(yīng)統(tǒng)籌考慮海纜登陸方向、陸上集控站落點(diǎn)與輸電線路路徑，確保相互銜接；需要取得政府大力支持，征求和回應(yīng)各方意見，確保方案合理合規(guī)合法，提高專題成果的可實(shí)施性；充分征求電力公司意見，提高專題成果與電網(wǎng)規(guī)劃和建設(shè)的銜接性。

3.2 采取一系列措施促進(jìn)規(guī)劃成果落到實(shí)地

（1）建議組織權(quán)威機(jī)構(gòu)或者專家組，對海上風(fēng)電相關(guān)規(guī)劃成果進(jìn)行評審，并將評審意見印發(fā)至相關(guān)部門和單位，提高規(guī)劃成果的準(zhǔn)確性、權(quán)威性和通用性。

（2）建議將規(guī)劃成果體現(xiàn)和落實(shí)到電力發(fā)展規(guī)劃、電力設(shè)施布局規(guī)劃或區(qū)域性總體規(guī)劃等工作中，確保不同規(guī)劃之間協(xié)調(diào)一致，提前為陸上輸電通道預(yù)留合理的站址和走廊資源，促進(jìn)規(guī)劃成果在后續(xù)階段落到實(shí)地。

（3）規(guī)劃成果推薦輸電通道采用共建方式的海上風(fēng)電項(xiàng)目，在競爭性配置階段，建議相關(guān)部門對共建方式提出明確要求，對選址選線工作進(jìn)行相應(yīng)的指導(dǎo)、協(xié)調(diào)和支持，提高規(guī)劃成果的落實(shí)程度。

（4）對于建設(shè)難度或代價(jià)較大的部分輸電通道，需要建設(shè)單位盡早反饋，組織相關(guān)部門或單位共同協(xié)商，研究解決措施；對于難度過大甚至無法實(shí)施的項(xiàng)目，由主管部門統(tǒng)籌對海上風(fēng)電規(guī)劃、輸電通道專題等的相應(yīng)內(nèi)容進(jìn)行優(yōu)化和調(diào)整，促進(jìn)規(guī)劃成果的適應(yīng)性。

4 陸上集控站典型設(shè)計(jì)方案研究

根據(jù)福建省海上風(fēng)電發(fā)展規(guī)劃，福建省近期規(guī)劃的海上風(fēng)電項(xiàng)目涉及13 座陸上集控站，主要可歸納為以下4 類：①交流升壓站；②交流匯流站；③柔直集控站；④交直流混合集控站。以下提出適用于福建省的陸上集控站的典型設(shè)計(jì)方案和建設(shè)規(guī)范。

4.1 總原則

（1）陸上集控站規(guī)模根據(jù)風(fēng)電場規(guī)模、通過系統(tǒng)論證確定，包括風(fēng)電場采用直流或者交流或者交直流混合接入、輸電額定功率、額定電壓、直流接線、交流接線及出線規(guī)模。

（2）分期建設(shè)的風(fēng)電場，陸上集控站應(yīng)預(yù)留聯(lián)絡(luò)接口，包括共建項(xiàng)目之間的接口。

（3）根據(jù)《福建省發(fā)展和改革委員會(huì)關(guān)于鼓勵(lì)可再生能源發(fā)電項(xiàng)目配建儲(chǔ)能提高電網(wǎng)消納能力的通知》［8］、《福建省2023 年海上風(fēng)電市場化競爭配置公告（第一批）》［9］等要求以及海上平臺(tái)建設(shè)難度，考慮優(yōu)先在陸上集控站側(cè)就近配建新型儲(chǔ)能，集控站內(nèi)同步設(shè)計(jì)和建設(shè)，規(guī)模按10%、時(shí)長不少于2 h。

4.2 站址選擇

（1）站址選擇應(yīng)符合《220～750 kV 變電站設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程》［10-12］等規(guī)定，還應(yīng)結(jié)合海上風(fēng)電陸上集控站的特點(diǎn)，根據(jù)電力系統(tǒng)規(guī)劃、海洋水文天氣和環(huán)境保護(hù)等的要求，通過技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較和經(jīng)濟(jì)效益分析確定。

（2）站址選擇應(yīng)考慮所匯集的多個(gè)風(fēng)電場升壓站的位置、交流海纜路由以及直流海纜路由情況，以便于電力的匯集和送出。

（3）站址選擇宜靠近送出海纜的登陸點(diǎn)。

（4）站址選擇應(yīng)符合海洋功能區(qū)劃、海島保護(hù)規(guī)劃、海洋生態(tài)紅線以及海洋環(huán)境保護(hù)規(guī)劃的要求，并應(yīng)與其他用海規(guī)劃相協(xié)調(diào)。

（5）站址選擇應(yīng)避開海洋生態(tài)環(huán)境敏感區(qū)。當(dāng)不能避開時(shí)，應(yīng)進(jìn)行專題論證。

（6）站址選擇應(yīng)避開軍事用海區(qū)，且應(yīng)符合國防安全的要求。

（7）站址選擇應(yīng)綜合考慮進(jìn)出線方向，并與附近海域已有或規(guī)劃海底電纜、管線相協(xié)調(diào)，避免海底電纜、管線相交。

4.3 站區(qū)布置和電氣部分要求

（1）站區(qū)總平面及豎向布置應(yīng)符合現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)的有關(guān)規(guī)定。

（2）站區(qū)宜按最終規(guī)模統(tǒng)籌規(guī)劃。站區(qū)內(nèi)設(shè)備的布置應(yīng)緊湊合理、方便操作，并應(yīng)設(shè)置檢修場地及放置備品備件、檢修工具的場所，以及相應(yīng)的消防及運(yùn)輸通道和起吊空間。

（3）集控站的電氣設(shè)備性能應(yīng)滿足集控站各種運(yùn)行方式的要求。

（4）電氣設(shè)備布置應(yīng)結(jié)合接線方式、設(shè)備形式及集控站總體布置綜合確定。

（5）直流開關(guān)場、交流開關(guān)場宜采用戶內(nèi)布置，儲(chǔ)能場宜集中布置。

（6）直流開關(guān)場宜按極對稱布置，布置方式應(yīng)便于設(shè)備的巡視、操作、搬運(yùn)、檢修和試驗(yàn)。

4.4 陸上集控站典型設(shè)計(jì)方案

根據(jù)福建省海上風(fēng)電發(fā)展規(guī)劃和地域特點(diǎn)，選取220 kV 交流匯流站、柔直集控站開展典型設(shè)計(jì)方案方案設(shè)計(jì)，匯集海上風(fēng)電規(guī)模分別考慮1 200、1 600 MW，具體如表2 所示，目標(biāo)是統(tǒng)一建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)、形成標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)文件，提高海上風(fēng)電建設(shè)速度，推動(dòng)福建省海上風(fēng)電發(fā)展。

表2 陸上集控站典型技術(shù)方案

5 陸上輸電線路星級評價(jià)體系研究

5.1 總體情況

根據(jù)福建省海上風(fēng)電發(fā)展規(guī)劃，福建省近期規(guī)劃的海上風(fēng)電項(xiàng)目涉及22 項(xiàng)陸上輸電線路工程，總長度接近1 000 km，包括：1 000 kV 線路1 項(xiàng)、500 kV 線路6 項(xiàng)、220 kV 線路14 項(xiàng)。由于輸電線路規(guī)模很大、建設(shè)難度存在差異，電力公司無法同時(shí)開工建設(shè)，需要統(tǒng)籌考慮各輸電線路所受影響因素，對建設(shè)難度進(jìn)行定量計(jì)算和定性評價(jià)，最終對輸電線路做出星級評價(jià)。

5.2 線路星級評價(jià)體系的構(gòu)建

本文采用層次分析法（analytic hierarchy process，AHP）法中的分層思想對星級評價(jià)體系進(jìn)行構(gòu)建。星級評價(jià)體系將推薦路徑方案的可行性作為目標(biāo)層，將推薦線路方案存在的問題作為技術(shù)要素準(zhǔn)則層，并針對這些技術(shù)要素進(jìn)行深入分析，根據(jù)《重要輸電通道風(fēng)險(xiǎn)評估導(dǎo)則》［13］等規(guī)程規(guī)范的要求，細(xì)化出各個(gè)要素對實(shí)際線路工程的影響大小作為自準(zhǔn)則層，最終確定對應(yīng)線路工程外部影響因素的復(fù)雜程度。

5.3 線路星級評價(jià)體系的應(yīng)用

（1）技術(shù)要素。根據(jù)現(xiàn)場踏勘與收資，結(jié)合以往工程經(jīng)驗(yàn)，選取20 個(gè)對路徑方案的影響因素作為星級排序的技術(shù)要素。確認(rèn)了星級評估的技術(shù)要素后，需要對每個(gè)技術(shù)要素按嚴(yán)重程度與處理的復(fù)雜程度進(jìn)行打分，滿分為5 分，嚴(yán)重或復(fù)雜取4～5 分，一般取2～3 分，不嚴(yán)重、不復(fù)雜取0～1 分，每個(gè)項(xiàng)目評分值按0.25 的差值填寫，即每個(gè)要素打分為Ai=n×0.25（i=1，2，3…20；n=0，1，2，3…20）。

（2）權(quán)重。技術(shù)要素對推薦路徑方案影響大小從輕到重分為多個(gè)等級，等級以數(shù)字為單位，初始值為0.25，以0.25/級遞增，最高值取1.5，數(shù)字越高，代表技術(shù)要素對路徑方案的影響越大。

各技術(shù)要素、分值和權(quán)重如表3 所示。

表3 星級評價(jià)體系技術(shù)要素及其權(quán)重的代號和分值

按照各項(xiàng)線路工程的技術(shù)要素情況，得出該線路工程綜合得分：C=∑Ai×Bi（i=1、2、……、20）。

（3）星級評價(jià)：根據(jù)線路工程建設(shè)的綜合得分C 進(jìn)行星級評價(jià)，標(biāo)準(zhǔn)如表4 所示，可見：線路工程的綜合得分越高，星級個(gè)數(shù)越少，說明該線路的外部影響因素越復(fù)雜，工程應(yīng)往后延或接入重新再規(guī)劃；反之，綜合得分越少，星級個(gè)數(shù)越多，項(xiàng)目越為優(yōu)選和推薦。

表4 星級排序體系評級標(biāo)準(zhǔn)

5.4 案例分析

選取福州地區(qū)某個(gè)海上風(fēng)電送出配套的集控站～公用變220 kV 線路為例，進(jìn)行綜合評分和星級評價(jià)，如表5 所示，可見：該線路工程的綜合評分為53.25 分，相應(yīng)的星級評價(jià)為★★★★★，屬于推薦優(yōu)先建設(shè)的輸電線路。

表5 集控站～公用變220 kV 線路星級評價(jià)

5.5 線路星級評價(jià)總結(jié)

福建省近期規(guī)劃的海上風(fēng)電項(xiàng)目涉及22 條線路工程，經(jīng)過星級評價(jià)體系評估：★★★★★線路6 條、★★★★線路5 條、★★★線路10 條、★★線路1 條。建議首選星級評價(jià)越高的線路優(yōu)先開展前期和建設(shè)工作。

6 結(jié)論及建議

（1）分析海上風(fēng)電陸上輸電通道面臨的關(guān)鍵問題，包括：海上風(fēng)電規(guī)劃階段無法落實(shí)輸電通道可行性；輸電通道規(guī)劃方案在設(shè)計(jì)階段無法完全執(zhí)行；陸上集控站沒有統(tǒng)一的設(shè)計(jì)方案；陸上輸電線路沒有統(tǒng)一的評價(jià)體系。

（2）建議在海上風(fēng)電規(guī)劃階段，開展陸上輸電通道相關(guān)規(guī)劃專題研究，并采取一系列措施促進(jìn)規(guī)劃成果落到實(shí)地。

（3）將福建省海上風(fēng)電陸上集控站歸納為4 類：交流升壓站、交流匯流站、柔直集控站、交直流混合集控站；提出陸上集控站典型設(shè)計(jì)方案，目標(biāo)是統(tǒng)一建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)、形成標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)文件，提高海上風(fēng)電建設(shè)速度，推動(dòng)海上風(fēng)電發(fā)展。

（4）提出輸電線路星級評價(jià)體系，并對福建省近期海上風(fēng)電規(guī)劃所涉及22 項(xiàng)線路工程進(jìn)行星級評估：★★★★★線路6 條、★★★★線路5 條、★★★線路10 條、★★線路1 條。建議首選星級評價(jià)越高的線路優(yōu)先開展前期和建設(shè)工作。