浮动式海上风电的海底重新设计正在进行中
目前正在接受贝克休斯技术鉴定的 66kV 高压湿式配接连接器重约一吨，并配有超过 40 升的介电油来保护直径达 1,200 平方毫米的铜电缆。
该连接器设计为位于来自浮动风力涡轮机的动态电缆末端的海床上，并将其连接到收集器中心，最终将其产生的兆瓦级能量输送到海底变电站，然后输送到岸上。
有很多事情可能会出错。
对于固定式海上风电来说，电缆故障是一个高成本问题，尽管它与石油和天然气应用一样涉及静态电缆。预计随着浮动风电行业的兴起，动态电缆故障将更加常见。
贝克休斯利用其在石油和天然气领域的经验，重新设计并扩大了其船用电气连接器 (MECON) 高压交流湿式连接器的功率范围，以减少电缆故障的影响。该公司的三相湿式连接器将三个连接整合到一个外壳中，优化了绝缘流体的清洁度，同时与业内其他公司使用的单相连接器相比，最大限度地减少了潜在的泄漏路径。这些连接器要求每条电缆有三个连接，因此会产生三个潜在的泄漏路径。
“如果你看看其他技术，你会发现一个连接框架内有三个独立的连接，看起来就像一个连接器。我们系统的好处是，所有三个独立的相连接实际上都在一个机械连接器中，”贝克休斯海上电力系统产品经理 Mike Birch说。
对于我们的星型配置，我们在一行中永远不会有超过一个，因此整个区域可以标准化为一个尺寸，通常为 95 或 150 平方毫米。
图片由贝克休斯提供
连接器可由 ROV 冲洗，这意味着它们可以由 ROV 安装，ROV 首先用海水冲洗连接器-收集器接口以清除任何碎片。然后用淡水冲洗，然后用乙醇冲洗，最后注入介电油。油会启动和隔离电气连接。
贝克休斯一直在将其湿式连接器从最初的 12kV 版本（1999 年首次用于石油和天然气）升级到 36kV，现在又升级到 66kV，用于浮动风力发电。该公司得到了可能对尚未部署的连接器感兴趣的能源巨头的帮助。Birch 说，他们的意见非常宝贵，因为现有的 IEC 标准仅涵盖高达 36kV 的连接器，而行业需要一个被广泛接受的资格矩阵。
连接器与海底集电枢相连。贝克休斯的目标是简化，至少对于第一代设备而言是这样，因此集电枢本质上是一个充满油的外壳，外部有湿连接器。“我们的 MECON 集电器内没有移动部件，盒子里没有任何智能设备，它只是通过多个输入收集电力并通过一个输出输出。”
MECON Wet Connect 采用内部断路器技术
图片由 Baker Hughes 提供由于集热器上没有明确的开关设备，Baker Hughes 湿式连接通过内部断路器提供此功能，该断路器通过 ROV 操作，旨在在阵列断电后使用连接器中的开关隔离电缆。过渡到在集热器集线器中安装开关，以便可以在电力负荷下远程执行任务，可能需要一段时间，但目前 Birch 认为简单性和低成本是行业所需要的。
该设计虽然简单，但其重要性却不言而喻，因为多个涡轮机直接连接到集线器，因此菊花链电缆相关的问题就不存在了。目前用于固定海上风力发电的菊花链电缆，如果任何一点的电缆发生故障，整个列车的电力都可能丢失，但集线器可以实现星型配置，其中每个涡轮机都独立于其他涡轮机连接到集线器。
“如果你看一下星型配置，它显然具有可用性优势，因为您可以根据配置隔离单个涡轮机或涡轮机组。第二部分是，由于您没有串联多个涡轮机，因此您可以减小电缆尺寸并标准化为一种尺寸。”
在菊花链中，电缆直径可以从 95 平方毫米的铜开始，然后增加到 300 平方毫米，然后，随着每个涡轮机的电力沿着阵列聚集，电缆直径增加到 1,000 平方毫米。
“对于我们的星型配置，一条线路上不会有超过一条电缆，因此整个区域可以标准化为一种尺寸，通常为 95 或 150 平方毫米。1,000 平方毫米和 95 平方毫米之间的成本差异巨大。这是资本支出优势，但也有运营支出优势。这意味着您只需保持一种电缆尺寸的库存即可。”
高压交流风力发电资产。
图片由贝克休斯提供
Birch 表示，这种标准化对于蓬勃发展的浮动风电市场至关重要。“与石油和天然气行业不同，浮动风电无法定制系统——可再生能源的利润率太低。我们需要结构化的构建模块——连接器、集线器、涡轮机——这是实现规模经济的唯一途径，可以降低能源的平准化成本。”新连接器的产品认证预计将于明年完成，以赶上 Birch 预计的 2027 年浮动风电市场的大幅增长。“未来前景光明，预计到 2050 年浮动风电装机容量将达到约 270 吉瓦。以平均每台涡轮机 15 兆瓦计算，要实现这一目标，未来 25 年每年需要部署 700 多台浮动风电涡轮机。”
Birch 预计会采用一系列可能的配置。贝克休斯的海底设计可以将涡轮机能量输送到陆上电网，或者输送到海上设施或 Power-to-X 平台。它还可以用于潮汐阵列，Birch 认为这种机会适合某些应用，例如为岛屿供电。对于长距离能源输送到岸上，该系统还可以包括中点反应堆，通过输出电缆重新建立传输的完整性，从而可以延长从变电站到岸上约 100-150 公里的电流限制。
未来预计会有更多连接器开发。“我们目前考虑的是 66kV，但 20MW 涡轮机即将问世，需要 132kV。如果没有这些非常大的涡轮机，这些油田中的一些将无法实现经济可行性。”
