随着电力需求的增加，我们需要扩大可再生能源的发电规模。国际能源署（IEA）估计，在零排放情况下，到2050年可再生能源将占全球能源结构的70%。
根据2022年IEA世界能源报告，满足这种对电力的增加需求将需要全球发电规模几乎增长三倍。电气化的能源系统是实现零排放的关键策略，它有潜力减少排放并显著地碳化能源供应链。
可再生能源是实现零排放目标的关键，我们需要寻找更绿色的电力来源，如太阳能和风能来实现这一目标。到2022年底，风力发电的总装机容量约为906千兆瓦（GW），占全球总发电容量的约11%。国际能源署预测，到2050年，风力发电容量将增长到7,795 GW，其在全球能源结构中的份额将增长到23%。
风能可以在陆地上或海上产生。海上风能是通过安装在离岸边较近或深海更远的地方的风力发电机产生的。在2022年，海上风能的总容量约为69 GW，约占总风能份额的8%。国际可再生能源署（IRENA）预测，到2030年，海上风能容量将增长到500 GW（约占总风能份额的16%），并在2050年进一步增长到2,500 GW（约占总风能份额的32%）。
目前，欧洲的海上风能装机容量约为30 GW，预计到2030年将增长到约200 GW。大部分这种增长预计将来自北海，这是一个可以帮助欧洲实现其能源可靠性和零排放目标的共享资源。
海上高压直流电（HVDC）平台的挑战 北海的海上风电场正在建在离岸边更远的地方（100-150公里）。而通过长距离输送风力发电机产生的电力是一项挑战。
当一个风电场离海岸线80公里以内时，电力可以以交流电（AC）格式输送到岸边。然而，对于位于海岸线80公里以外的风电场，需要额外的设备来防止在输电过程中发生显著的功率损失。这些额外的设备包括海上HVDC转换站、高压电缆系统和岸上高压交流电（HVAC）转换站。
海上HVDC转换站将风力发电机产生的交流电转换为直流电。直流电的输电损失比交流电低，因此在长距离输电时更有效率。一旦电力到达岸上HVDC转换站，它会被转换回交流电并送入电网。
转换站的大小取决于有多少个风力发电机连接到它进行电力转换。转换站的大小可以从520 MW到2 GW不等。在电力转换过程中，转换站会产生热量作为副产品。为了保持系统持续运行，这种发热设备，称为晶闸管/整流器，必须持续冷却。
冷却大型HVDC转换站的最有效方法是在封闭系统中使用去离子水。然后，通过热交换器将海水抽入冷却，海水吸收去离子水的热量。在一些系统中，会将如甘油等化学品与水混合以防止冻结。
Rotork智能驱动的价值 对冷却液体（海水、去离子水和甘油）的流量控制对平台的正常运行至关重要。这些平台内的控制参数（如环境温度、湿度和压力）的任何技术故障都可能导致整个风电场停机。
Rotork IQ3 Pro智能电动阀门执行器非常适合这种安全关键应用，因为它们具有高度可靠性，且具有智能功能，可以帮助防止计划外的停机时间。它们也只需要电力供应，无需额外的设备，这可以减轻平台的重量和复杂性。
Rotork CVA电动执行器非常适合需要连续调节的应用。它们可以提供连续、可重复的调节控制，具有可编程的故障安全选项。IQ3 Pro和CVA执行器都具有先进且用户友好的编程和调试技术，以及全面的数据记录、诊断和资产管理能力。
坚固的、双密封的IP66/68外壳即使在最恶劣的环境中也能增强长期可靠性，例如海上应用常常遇到的环境。这种保护意味着即使在-50°C的环境下也不需要加热器。
HVDC平台在其辅助电源单元中也有安全关键应用，它们需要达到一个安全位置。对于这些需求，Rotork提供了两种解决方案：带故障安全电池的IQ3 Pro电动执行器和带机械弹簧设计的SI3电液执行器。
IQ3 Pro故障安全电池是业界领先的设计，具有防爆认证，并且能够在不间断电源（UPS）模式下（多次开/关循环）持续正常运行，直到电池电量耗尽。SI3执行器使用与IQ3 Pro相同的技术，这有助于标准化平台的控制系统。这些执行器的紧凑性和重量使它们成为海上平台的首选解决方案。
数字创新以改善平台维护 任何在HVDC平台上的设备的另一个挑战是，它是无人的，并且完全由岸上控制。这意味着只有在平台计划维护期间才能访问这些设备。
这就是Rotork的智能资产管理（iAM）和终身管理解决方案可以派上用场的地方。Rotork iAM是一个基于云的系统，为平台终端用户提供他们的智能驱动和流动设备的先进状态监控。IQ3 Pro智能执行器配备了可以记录多达3000个历史事件的数据记录器，这提供了执行器性能的全面记录。
用户可以下载数据日志并将它们发送到iAM系统。这个系统通过使用基于智能执行器数据的分析来创建维护计划，帮助减少计划外的停机时间。从数据记录器中取得的关键信息区域并上传到iAM的是扭矩、温度、振动和事件日志信息以及如部分行程剖面、每小时最大启动次数和电机运行时间等其他次要指标。
这个系统旨在为平台所有者在管理其资产的生命周期上提供持续的支持。
结论 海上风能将在实现可持续和可再生发电模式中发挥关键作用。这对于将全球变暖限制在当前大气温度上升1.5°C是关键。
随着海上风能发电离岸边越来越远，转换平台和广泛的电缆网络对于在电力到达岸上电网之前最小化传输损失至关重要。这些转换平台将风力发电机产生的低压电转换为输电所需的高压电，确保了长距离的电力有效传输。
HVDC平台已经增大了规模，现在可以处理高达2 GW的电力。这意味着它们需要一个精心设计的冷却回路来管理晶闸管/整流器产生的热量。此外，HVDC海上平台的运营管理正在转移到远离岸边的地方。Rotork的智能电动执行器（开关和连续调节类型）系列及其服务提供，包括终身管理和iAM，非常适合在恶劣环境中的无人平台的这些具有挑战性的应用。
它们为用户提供了操作资产健康状况的洞察和计划维护能力，这降低了管理这些平台在其25年寿命中的生命周期成本。
关于作者 Hari Babu于2022年初加入Rotork，成为水电部门的战略负责人。他拥有机械工程学士学位和美国布法罗大学的MBA。在他现在的角色中，Hari与商业领导团队一起制定战略计划，以实现部门的有机和非有机增长。
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