海上風(fēng)電是怎么跨過大海來(lái)到我家的？
來(lái)源：電網(wǎng)頭條 時(shí)間：2026-05-27 14:57
在離岸幾十到上百千米的茫茫大海上，一座座百米高的“大風(fēng)車”擎天而立、迎風(fēng)轉(zhuǎn)動(dòng)。1億千瓦——這是“十五五”規(guī)劃為海上風(fēng)電定下的目標(biāo)，相當(dāng)于再建4.5個(gè)三峽水電站。
這么多電，如何跨過大海進(jìn)入千家萬(wàn)戶呢？
今天，我們就來(lái)說(shuō)說(shuō)
風(fēng)電的“跨海之旅”
第一步：海上發(fā)電
“大風(fēng)車”轉(zhuǎn)起來(lái)，電就來(lái)了
海上風(fēng)機(jī)與陸上風(fēng)機(jī)類似，現(xiàn)在單機(jī)容量一般為10兆瓦及以上。目前，我國(guó)擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的全球最大海上風(fēng)電機(jī)組單機(jī)容量達(dá)到26兆瓦。
▲國(guó)內(nèi)水深最深、山東省首個(gè)深遠(yuǎn)海海上風(fēng)電項(xiàng)目——華能山東半島北L場(chǎng)址海上風(fēng)電項(xiàng)目，安裝了42臺(tái)12兆瓦風(fēng)力發(fā)電機(jī)組。山東煙臺(tái)供電公司供圖
這些“大風(fēng)車”一般通過固定式（像“種樁”一樣，將單樁或?qū)Ч芗芑A(chǔ)插入海底）或漂浮式（像“拴船”一樣，用系泊系統(tǒng)將浮體平臺(tái)固定在深海）兩種方式牢牢固定在海中。
風(fēng)力推動(dòng)風(fēng)機(jī)葉片帶動(dòng)輪轂旋轉(zhuǎn)，再驅(qū)動(dòng)機(jī)艙里的發(fā)電機(jī)工作，就這樣——機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能，電就有了。
可是，海上風(fēng)力發(fā)電機(jī)發(fā)出的電，通常為690伏的交流電，電壓等級(jí)達(dá)不到遠(yuǎn)距離輸送要求，沒法直接遠(yuǎn)途“運(yùn)輸”。
這可怎么辦？升壓！
第二步：海上升壓
為即將“遠(yuǎn)航”的電“蓄力”
交流輸電模式下，海上風(fēng)電一般要經(jīng)歷兩次升壓。
一次升壓（風(fēng)機(jī)內(nèi)部）：
690伏→35/66千伏
每臺(tái)海上風(fēng)機(jī)內(nèi)部都有一個(gè)機(jī)艙變壓器，任務(wù)是把風(fēng)機(jī)發(fā)出的690伏低壓電升高到中壓35千伏或66千伏。這是目前海上風(fēng)電常用的集電電壓——把同一風(fēng)電場(chǎng)內(nèi)幾十臺(tái)甚至上百臺(tái)風(fēng)機(jī)串起來(lái)、連成一條集電線路的電壓等級(jí)。
▲玉環(huán)1號(hào)海上風(fēng)電場(chǎng)是國(guó)內(nèi)首個(gè)采用66千伏電壓等級(jí)集電線路的海上風(fēng)電項(xiàng)目。陳維益攝
二次升壓（海上升壓站）：
35/66千伏→220千伏及以上
然后，經(jīng)歷一次升壓后的電再順著海底電纜匯集到海上升壓站，二次升壓至220千伏或更高。
▲象山海上風(fēng)電場(chǎng)，風(fēng)機(jī)與海上升壓站協(xié)同運(yùn)行。王幕賓攝
科普小貼士
風(fēng)機(jī)發(fā)出的電為什么需要升壓？
根據(jù)物理學(xué)原理，輸送同樣的電能，電壓越高，輸電損耗越小。高壓輸電能減少電能損耗，讓電力傳輸更經(jīng)濟(jì)。35千伏或66千伏是公認(rèn)的“集電最優(yōu)解”：35千伏交流集電方案通常應(yīng)用于中小規(guī)模海上風(fēng)電場(chǎng)，66千伏交流集電方案則是大型海上風(fēng)電項(xiàng)目的主流方案。
為什么不能一步到位，直接從690伏升到220千伏？
因?yàn)轱L(fēng)機(jī)內(nèi)部空間極其有限，690伏直接跳到220千伏，需要的變壓器體積大、重量大，機(jī)艙或塔筒根本裝不下。把高壓設(shè)備集中到一座海上升壓站，運(yùn)維方便，風(fēng)險(xiǎn)可控。
第三步：跨海輸電
低頻交流、柔性直流破解遠(yuǎn)距離輸電難題
經(jīng)過海上升壓站升壓至220千伏后，電就具備了“遠(yuǎn)航”的基本條件。接下來(lái)，根據(jù)風(fēng)電場(chǎng)的離岸距離、容量和海深等多種因素，工程師們會(huì)選擇不同的跨海輸電方案。
近距離輸送“主力”：工頻交流輸電
傳統(tǒng)的工頻交流輸電技術(shù)（工頻為50赫茲），一般適用于離岸距離小于80千米、總?cè)萘枯^小的近海風(fēng)電場(chǎng)。這種方案技術(shù)成熟、成本較低。
▲采用工頻交流輸電技術(shù)的華能山東半島北L場(chǎng)址海上風(fēng)電項(xiàng)目。山東煙臺(tái)供電公司供圖
當(dāng)海上風(fēng)電場(chǎng)離岸超過80千米，工頻交流輸電就會(huì)遇到“里程焦慮”——電纜自身的電容效應(yīng)會(huì)大量消耗電力，送得越遠(yuǎn)，損耗越大。
隨著海上風(fēng)電場(chǎng)向深遠(yuǎn)海挺進(jìn)，風(fēng)電場(chǎng)容量越來(lái)越大，離岸距離也越來(lái)越遠(yuǎn)，有的甚至已超過100千米。
針對(duì)這一情況，工程師們又拿出了兩套解決方案：
中長(zhǎng)距離“選手”：柔性低頻輸電
在離岸80~180千米的中長(zhǎng)距離范圍內(nèi)，柔性低頻輸電是極具競(jìng)爭(zhēng)力的海上風(fēng)電送出主力“選手”之一。
柔性低頻輸電方案的核心是低頻交流輸電，把頻率降下來(lái)、把靈活性提上去。
為什么要用柔性低頻輸電技術(shù)？工程師們發(fā)現(xiàn)，將交流電的頻率從50赫茲降到15~20赫茲進(jìn)行輸電，電纜的電容效應(yīng)會(huì)大幅減弱，損耗變小，傳輸距離和容量自然就上去了，也有助于提升系統(tǒng)的柔性控制能力。這個(gè)“降頻”動(dòng)作現(xiàn)在可以直接在風(fēng)機(jī)側(cè)實(shí)現(xiàn)，低頻風(fēng)機(jī)能直接發(fā)出低頻交流電，再經(jīng)由海底電纜送出。
柔性低頻輸電技術(shù)不僅能用在海上風(fēng)電送出，還能反過來(lái)，通過低頻海纜將陸上電能經(jīng)濟(jì)地送往海上孤島，解決遠(yuǎn)海島嶼的供電難題。
▲全國(guó)首個(gè)柔性低頻輸電示范項(xiàng)目——臺(tái)州35千伏柔性低頻輸電示范工程。劉廣擴(kuò)攝
在國(guó)內(nèi)，這項(xiàng)技術(shù)已經(jīng)從示范走向成熟。
2022年，臺(tái)州35千伏工程率先投運(yùn)，把大陳島的海上風(fēng)電送到陸地，成為國(guó)內(nèi)首個(gè)柔性低頻輸電示范項(xiàng)目。雖然電壓只有35千伏，但它是低頻輸電“從0到1”的實(shí)踐，驗(yàn)證了這條路走得通。
一年后，杭州220千伏柔性低頻輸電示范工程“接棒”。該工程額定傳輸容量為30萬(wàn)千瓦，是目前我國(guó)電壓等級(jí)最高、容量最大的柔性低頻輸電工程，首次實(shí)現(xiàn)城市500千伏供區(qū)的柔性低頻互聯(lián)，為中長(zhǎng)距離大規(guī)模海上風(fēng)電經(jīng)濟(jì)高效送出提供了“中國(guó)方案”。
2024年，玉環(huán)2號(hào)海上風(fēng)電項(xiàng)目開工建設(shè)，實(shí)現(xiàn)了柔性低頻輸電技術(shù)在220千伏海上風(fēng)電送出工程中的首次落地應(yīng)用。
▲薄霧晨曦中，玉環(huán)海上風(fēng)電場(chǎng)迎來(lái)金色朝陽(yáng)。沈海松攝
遠(yuǎn)距離“王者”：柔性直流輸電
柔性直流輸電是采用可自關(guān)斷的全控型電力電子器件的新一代直流輸電技術(shù)。它的核心思路是：交流→直流→交流。
在這種模式下，海上風(fēng)機(jī)發(fā)出的交流電在一次升壓至35千伏或66千伏后，會(huì)被送到海上換流站變成直流電（目前在建的柔性直流輸電工程已無(wú)需海上升壓站二次升壓）。直流電沒有頻率問題，不產(chǎn)生無(wú)功損耗，適合百公里級(jí)遠(yuǎn)距離海底傳輸。到了陸地上，直流電再變回交流電并入電網(wǎng)。
▲柔性直流輸電示意圖。
相比傳統(tǒng)方式，柔性直流輸電不僅送得遠(yuǎn)、損耗低，還能避免陸上電網(wǎng)與海上風(fēng)電場(chǎng)相互影響，為風(fēng)機(jī)提供穩(wěn)定的并網(wǎng)電壓。它是目前百萬(wàn)千瓦級(jí)、百公里級(jí)深遠(yuǎn)海風(fēng)電送出的主要解決方案。
▲江蘇如東柔性直流輸電工程海上換流站。國(guó)網(wǎng)經(jīng)研院供圖
2021年投運(yùn)的江蘇如東海上風(fēng)電場(chǎng)，是亞洲首個(gè)海上風(fēng)電柔性直流輸電項(xiàng)目。它的海上換流站有10多層樓高、面積堪比足球場(chǎng)，輸送容量110萬(wàn)千瓦，投運(yùn)以來(lái)年均上網(wǎng)電量達(dá)31億千瓦時(shí)，創(chuàng)造了多項(xiàng)世界第一。
在黃島海域，已獲得核準(zhǔn)的全球離岸最遠(yuǎn)（130千米）的海上風(fēng)電場(chǎng)——三峽青島一期3000兆瓦海上風(fēng)電項(xiàng)目，計(jì)劃采用±500千伏柔性直流輸電技術(shù)。
當(dāng)然，無(wú)論哪種技術(shù)，電最終都要通過海底電纜送到陸地。海底電纜的結(jié)構(gòu)有三層——一層絕緣層、一層鎧裝、一層防腐層，深埋在海底數(shù)米深的溝槽里，穩(wěn)穩(wěn)地傳輸著綠色的海上風(fēng)電。
從近海到遠(yuǎn)海，從交流到直流，中國(guó)海上風(fēng)電正在向更深更遠(yuǎn)的海域挺進(jìn)。
▲海底電纜敷設(shè)船。沈海松攝
第四步：登陸并網(wǎng)
與其他電能“會(huì)師”，送入千家萬(wàn)戶
海底電纜在登陸點(diǎn)“上岸”后，送來(lái)的海上風(fēng)電是直接并入電網(wǎng)嗎？不，還有其他環(huán)節(jié)。
如果是工頻交流電，它會(huì)直接進(jìn)入陸上集控中心，進(jìn)行電壓調(diào)整和分配；
如果是柔性低頻交流電，它要通過陸上變頻站，將頻率恢復(fù)成50赫茲；
如果是柔性直流電，它會(huì)先經(jīng)過陸上換流站，變回交流電；
再接入大電網(wǎng)，最終與火電、水電、光伏發(fā)電等“會(huì)師”，接受統(tǒng)一調(diào)配，送入千家萬(wàn)戶。
▲應(yīng)用了新能源并網(wǎng)穩(wěn)定器的江蘇大豐80萬(wàn)千瓦海上風(fēng)電項(xiàng)目。國(guó)網(wǎng)江蘇電力供圖
海上風(fēng)電“看天吃飯”，發(fā)電不夠穩(wěn)，常給電網(wǎng)帶來(lái)挑戰(zhàn)。怎么辦？那就加個(gè)“大轉(zhuǎn)子”——新能源并網(wǎng)穩(wěn)定器！
2026年4月，我國(guó)首臺(tái)新能源并網(wǎng)穩(wěn)定器在江蘇鹽城大豐投運(yùn)。它的核心結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單說(shuō)起來(lái)就是：一臺(tái)電動(dòng)機(jī)和一臺(tái)發(fā)電機(jī)剛性同軸連接。海上風(fēng)電先驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)（電動(dòng)機(jī)因此獲得一個(gè)“重轉(zhuǎn)子”），電動(dòng)機(jī)再帶動(dòng)發(fā)電機(jī)同步旋轉(zhuǎn)。這樣一來(lái)，整套裝置就擁有了類似傳統(tǒng)火電機(jī)組的物理慣量，能在電網(wǎng)波動(dòng)時(shí)“挺身而出”，大幅提升電網(wǎng)安全穩(wěn)定性。
除了這個(gè)“大轉(zhuǎn)子”，工程師們還為海上風(fēng)電配備了多重保障方案：
儲(chǔ)能系統(tǒng)：風(fēng)大時(shí)存電，風(fēng)小時(shí)放電，削峰填谷。
靜止無(wú)功發(fā)生器（SVG）：動(dòng)態(tài)補(bǔ)償無(wú)功功率，穩(wěn)定電壓。
虛擬同步機(jī)技術(shù)：讓陸上換流閥模擬火電機(jī)組，主動(dòng)支撐電網(wǎng)頻率。
▲國(guó)網(wǎng)經(jīng)研院直流技術(shù)攻關(guān)團(tuán)隊(duì)在陸上換流站開展技術(shù)研究。國(guó)網(wǎng)經(jīng)研院供圖
目前，我國(guó)海上風(fēng)電累計(jì)裝機(jī)容量已連續(xù)多年位居世界第一。海上風(fēng)電正加速向著深遠(yuǎn)海挺進(jìn)，催生更多前沿技術(shù)，點(diǎn)亮更廣闊的未來(lái)。
有了技術(shù)加持
這份來(lái)自深遠(yuǎn)海的“能量血液”
才能更穩(wěn)地融入城鄉(xiāng)的能源“脈搏”
或許這一刻
我們用的電就是從海上來(lái)的
責(zé)任編輯：劉礎(chǔ)琪
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