来源：Valve World 杂志 2024 年 2 月号（Technical Story），作者 Hari Babu（Rotork 水与电力事业部战略负责人）。图文版权归 Rotork 所有。本文为中文编译版，原文链接：https://valve-world.net/the-value-of-intelligent-actuation-for-offshore-wind-power/
海上风电与 HVDC 换流平台（图源：Rotork）
根据 IEA《2022 年世界能源报告》，不断增长的电力需求将要求全球发电量提升近两倍。能源系统的电气化是实现净零排放的关键战略——它有可能重塑从交通运输到工业生产的各个行业。可再生能源是实现净零排放目标的关键，因此需要开发太阳能、风能等更绿色的电源。截至 2022 年底，全球风电总装机容量约为 906GW，其中海上风电约占 69GW（约 8%）。
风电可分为陆上风电和海上风电：海上风电由安装在近岸或深海的风机发电。2022 年海上风电总装机约 69GW。欧洲目前约有 30GW 海上风电装机容量，预计到 2030 年将增长至约 200GW——大部分增长预计来自北海这片共享资源，它将帮助欧洲实现能源独立。
北海的海上风电场正建得离岸越来越远（100-150 公里），远距离输送风机发出的电力是一大挑战。风电场离岸 80 公里以内时，可以交流（AC）方式送电；超过 80 公里则需要额外设备来避免显著的功率损耗——海上 HVDC（高压直流）换流站应运而生，它把风机发出的交流电转换为直流电。直流电的传输损耗低于交流电，长距离输送更高效。电力经海底电缆送抵陆地后，再经陆上换流站并网。
换流站的规模取决于接入风机数量的多少，容量从 520MW 到 2GW 不等。电力转换过程中换流站会产生热量，必须通过精心设计的冷却系统来控制温度：冷却大容量 HVDC 换流站最有效的方式是在闭式系统中使用去离子水，再由热交换器中的海水对去离子水进行冷却；部分系统还会使用乙二醇作为防冻介质。
冷却流体（海水、去离子水、乙二醇）的流量控制对平台正常运行至关重要。平台内环境温度、湿度和压力等参数控制出现任何技术故障，都可能导致停机和巨大的财务损失。
Rotork IQ3 Pro 智能电动阀门执行机构非常适合这类安全关键应用：可靠性高，具备有助于预防非计划停机的智能功能，且仅需电源即可工作。Rotork CVA 电动执行机构则是需要连续调节应用的理想选择，可提供连续、可重复的调节控制，并带有可编程的故障保位选项。IQ3 Pro 和 CVA 都具有先进且用户友好的执行机构管理器平台，用于调试和监控。
坚固的双密封 IP66/68 外壳即使在海上应用最常见的最恶劣环境下也能增强长期可靠性——这意味着即使低至 -50℃ 也无需加热器。
HVDC 平台的辅助电源单元中也有安全关键应用，需要执行机构到达故障安全位置。针对这类需求，Rotork 提供两种解决方案：带关断电池的 IQ3 Pro 电动执行机构，以及带液压弹簧返回的 CMA 电液执行机构。
IQ3 Pro 关断电池是行业领先的设计，具备隔爆认证，能够在不间断电源（UPS）模式下继续正常运行（多次开/关循环），直至电池电量耗尽。CMA 电液执行机构则通过模块化液压弹簧组件提供可靠、独立的故障安全动作。
HVDC 平台上任何设备的另一个挑战是无人值守、完全由岸上控制——设备每年只有计划检修期间才能接触一次。
这正是 Rotork 智能资产管理（iAM）和寿命管理解决方案的用武之地。Rotork iAM 是一个基于云的系统，为平台终端用户提供对其智能执行和流体设备的先进状态监测。用户可下载数据日志并发送至 iAM 系统——它基于智能执行机构的数据进行分析、制定维护计划，帮助减少非计划停机。数据记录器采集的关键信息包括：执行机构动作次数、环境温湿度、电机温度、控制单元温度、振动等。该系统旨在为平台业主提供资产全生命周期管理的持续支持。
海上风电将在实现可持续、可再生能源发电模式中扮演关键角色——这是把全球变暖控制在当前大气温度以上 1.5℃ 之内的关键。随着海上风电场离岸越来越远，换流平台和庞大的电缆网络对于在电力送达陆上电网之前尽量减少传输损耗至关重要。这些换流平台将风机输出的低压交流电转换为高压直流电。
HVDC 平台的规模不断增大，现已可处理高达 2GW 的电力，因此需要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需要能够应对严苛环境并支持远程监控的设备。像 IQ3 Pro 和 CVA 这样的智能执行机构，加上 iAM 资产管理解决方案，为用户提供了资产健康状况的运营洞察和计划检修能力，从而降低了这些平台 25 年寿命期内的管理成本。
作者简介：Hari Babu 于 2022 年初加入 Rotork，任水与电力事业部战略负责人。机械工程学士，美国布法罗大学 MBA。目前负责与全球商业团队合作，为水与电力行业的终端用户提供解决方案。
