海上風(fēng)電場(chǎng)的飛速發(fā)展

發(fā)展中的海上風(fēng)力發(fā)電一、海上風(fēng)電場(chǎng)開(kāi)發(fā)應(yīng)用背景時(shí)代背景：傳統(tǒng)一次能源儲(chǔ)量有限且對(duì)環(huán)境污染嚴(yán)重，新興清潔的可再生能源—風(fēng)能迅速發(fā)展。2001-2010年世界新增風(fēng)力裝機(jī)總量如圖（1）2001-2010年世界新增風(fēng)電裝機(jī)容量圖12009年世界新增風(fēng)電裝機(jī)最多的10個(gè)國(guó)家(/MW)中國(guó)美國(guó)西班牙德國(guó)印度13,7509,9222,3311,9171,172意大利法國(guó)英國(guó)加拿大葡萄牙1,1171,1041,077950645與陸上風(fēng)電場(chǎng)相比，海上風(fēng)電場(chǎng)有以下優(yōu)點(diǎn)：高風(fēng)速、低風(fēng)切變。

海平面光滑，粗糙度較小，摩擦力較小，因此風(fēng)速較大，風(fēng)速、風(fēng)向及風(fēng)切變（風(fēng)速隨高度的變化）較小。低湍流。

海上風(fēng)湍流強(qiáng)度小，穩(wěn)定的主導(dǎo)風(fēng)向，機(jī)組承受的疲勞負(fù)荷較低，風(fēng)機(jī)壽命更長(zhǎng)。高產(chǎn)出。

海上風(fēng)湍流強(qiáng)度小，穩(wěn)定的主導(dǎo)風(fēng)向，風(fēng)力利用效率提升。且機(jī)組承受的疲勞負(fù)荷較低，風(fēng)機(jī)壽命更長(zhǎng)。土地等自然條件允許

陸上風(fēng)電場(chǎng)土地受限，難以大規(guī)模發(fā)展，且對(duì)當(dāng)?shù)氐孛采鷳B(tài)影響大。海上風(fēng)電場(chǎng)多建在人煙稀少的地區(qū)，且距離沿海負(fù)荷中心較近。2009年底歐洲各國(guó)海上風(fēng)機(jī)累計(jì)容量

英國(guó)海上風(fēng)電場(chǎng)二、現(xiàn)階段取得的成果海上風(fēng)電場(chǎng)塔架地基設(shè)計(jì)取決于水深、波浪高度和海床類型。海上風(fēng)電場(chǎng)最理想水深是2~30m,如上圖所示，地基設(shè)計(jì)分為適合5~20m的單樁式、適合2~10m的重力沉箱式和適合15~30m的三腳架式。2.1海上風(fēng)電基礎(chǔ)和施工三腳架式基礎(chǔ)風(fēng)力機(jī)漂浮式地基基離岸風(fēng)電電場(chǎng)另一種應(yīng)用用較廣的地地基設(shè)計(jì)是是漂浮式，，挪威建造造了世界上上第一個(gè)漂漂浮式風(fēng)電電場(chǎng)。這個(gè)漂浮式式海上風(fēng)電電試驗(yàn)場(chǎng)離離岸約30公里，水深深220米，安一臺(tái)臺(tái)Simens2.3MW風(fēng)電機(jī)組.下圖是這臺(tái)臺(tái)深海風(fēng)機(jī)機(jī)的示意圖圖。1.海上漂浮式地基，可用于水深120-700米的深海；2.風(fēng)機(jī)重量138噸；3.纖繩100米；4.排水量5300立方米；5.水線直徑6米；6.鋼制塔和鋼質(zhì)水下結(jié)構(gòu);7.空氣動(dòng)力變槳調(diào)節(jié)；8.海上組裝,適合北海極端環(huán)境漂浮式風(fēng)力機(jī)示意圖Simens2.3MW漂浮式風(fēng)力力機(jī)相關(guān)參參數(shù)2.2海上風(fēng)電機(jī)機(jī)組市場(chǎng)丹麥行業(yè)咨咨詢機(jī)構(gòu)BTM去年指出，，2009年中國(guó)已成成為第一大大風(fēng)電裝機(jī)機(jī)市場(chǎng)，新新增13.75GW。全球風(fēng)電電裝機(jī)總量量預(yù)計(jì)5年內(nèi)番2倍至447GW，10年內(nèi)擴(kuò)大至至1000GW。典型海上風(fēng)風(fēng)電場(chǎng)中風(fēng)風(fēng)力機(jī)在徑徑向配置上上被連接在在一起。徑向臂上的的風(fēng)力機(jī)數(shù)數(shù)量決定了了電纜容量量。徑向配置是是欠可靠的的，一條電電纜損壞會(huì)會(huì)導(dǎo)致整條條線路上風(fēng)風(fēng)力機(jī)無(wú)法法正常工作作。而環(huán)形形配置解決決了這個(gè)問(wèn)問(wèn)題。10臺(tái)以上機(jī)組組采用輻射射式或者開(kāi)開(kāi)/閉環(huán)網(wǎng)接線線。3.1海上風(fēng)電場(chǎng)場(chǎng)風(fēng)力機(jī)布布局選擇三、海上風(fēng)風(fēng)電的送出出風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)力機(jī)徑向布局圖3.2海底電纜中中電能傳輸輸海上風(fēng)電場(chǎng)場(chǎng)內(nèi)集成線線路：從風(fēng)風(fēng)機(jī)發(fā)出690V經(jīng)升壓至22~35KV的場(chǎng)內(nèi)匯流流線路。電網(wǎng)傳輸包包括交流輸輸出（AC）和直流輸輸出(DC)兩種。如果海上風(fēng)風(fēng)電場(chǎng)離岸岸較遠(yuǎn)，電電網(wǎng)有功功功率損失較較重，不適適宜使用交交流輸出形形式而適宜宜采用高電電壓直流（（HVDC）輸出形式式。交流輸電：：目前所有有風(fēng)電場(chǎng)的的電網(wǎng)接口口變電站將將22~36KW電壓升至較較高壓后通通過(guò)交流電電纜將電能能輸送到岸岸上。海上風(fēng)電場(chǎng)場(chǎng)電能多兆兆瓦容量和和長(zhǎng)距離傳傳輸使得交交流電功率率損耗顯著著增加，電電纜兩端均均需要無(wú)功功補(bǔ)償、且且傳輸容量量可能被限限制。交流輸電和和直流輸電電的優(yōu)缺點(diǎn)點(diǎn)比較高壓交流大大功率海上上風(fēng)電傳輸輸示意圖下圖為一個(gè)個(gè)200MW海上風(fēng)電場(chǎng)場(chǎng)交流電纜纜連接實(shí)例例,離岸距離為為60~90km。直流輸電：：消除交流流輸電部分分缺點(diǎn)，且且顯著降低低對(duì)岸上電電網(wǎng)故障電電流。海洋中HVDC電纜是一項(xiàng)項(xiàng)成熟的技技術(shù)，其兩兩端需要AC-DC和DC-AC變換，且電電纜兩端均均需要無(wú)功功補(bǔ)償。這這使得HVDC電纜投資成成本可能為為交流電纜纜的幾倍。。新型電壓源源型換流器器（VSC）采用IGBT，基于PWM設(shè)計(jì)，使得得直流輸電電經(jīng)濟(jì)性大大幅度提高高。LCC(線路整流換換流器)不適合海上上應(yīng)用。下圖為輸電電電纜與電電壓、兆瓦瓦數(shù)和距離離的關(guān)系。。LCC和VSC換流的HVDC輸電線路AC和DC電能傳輸效效率對(duì)比考慮傳輸距距離對(duì)AC、DC傳輸影響五、海上風(fēng)風(fēng)電的運(yùn)行行維護(hù)5.1海上風(fēng)電場(chǎng)場(chǎng)的運(yùn)行和和維護(hù)成本本高于陸地地風(fēng)電場(chǎng)的的原因：海上風(fēng)電常常受到惡略略的自然環(huán)環(huán)境、復(fù)雜雜的地理位位置和困難難的交通運(yùn)運(yùn)輸?shù)确矫婷娴挠绊?，，運(yùn)行和維維護(hù)中成本本過(guò)高。海上風(fēng)電與與陸上風(fēng)電電運(yùn)行和維維護(hù)成本比比較圖（單位：/MWh）六、海上風(fēng)風(fēng)電出現(xiàn)過(guò)過(guò)的主要問(wèn)問(wèn)題6.1風(fēng)電設(shè)備問(wèn)問(wèn)題海上特殊環(huán)環(huán)境引起的的風(fēng)電機(jī)組組故障，令令機(jī)組成批批拆卸返廠廠修理。各各式風(fēng)機(jī)返返修情況如如下：6.2對(duì)生態(tài)環(huán)境境的影響A）對(duì)周圍旅旅游業(yè)和當(dāng)當(dāng)?shù)鼐用褚曇曈X(jué)感受的的影響B(tài)）對(duì)當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)系統(tǒng)的的影響C）風(fēng)機(jī)噪音音、電磁波波對(duì)當(dāng)?shù)卦∶裆罨畹挠绊懫?、海上風(fēng)風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)網(wǎng)的影響海上風(fēng)電場(chǎng)場(chǎng)一般容量量大，并網(wǎng)網(wǎng)會(huì)給岸邊邊電力系統(tǒng)統(tǒng)造成很大大影響。岸上電力系系統(tǒng)短路容容量大小直直接影響海海上風(fēng)電場(chǎng)場(chǎng)并網(wǎng)對(duì)當(dāng)當(dāng)?shù)叵到y(tǒng)的的干擾。風(fēng)資源的不不確定性和和風(fēng)電機(jī)組組本身的運(yùn)運(yùn)行特性導(dǎo)導(dǎo)致風(fēng)電機(jī)機(jī)組的輸出出功率的波波動(dòng),可能影響電電網(wǎng)的電能能質(zhì)量,引起電壓波波動(dòng)與閃變變、諧波污污染、無(wú)功功過(guò)量等。。對(duì)電網(wǎng)調(diào)度度的影響借鑒陸上風(fēng)風(fēng)電場(chǎng)的運(yùn)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)并并結(jié)合海上上環(huán)境，并并網(wǎng)可能對(duì)對(duì)電網(wǎng)調(diào)度度的影響如如下：無(wú)功管理：：風(fēng)機(jī)端裝無(wú)無(wú)功電容進(jìn)進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)補(bǔ)償，當(dāng)超超過(guò)切出風(fēng)風(fēng)速時(shí)，風(fēng)風(fēng)機(jī)停止工工作，無(wú)功功注入岸上上電網(wǎng)，導(dǎo)導(dǎo)致配電網(wǎng)網(wǎng)電壓過(guò)高高。調(diào)峰、調(diào)頻頻：負(fù)荷高峰期期時(shí)可能風(fēng)風(fēng)力較小，，對(duì)調(diào)峰產(chǎn)產(chǎn)生負(fù)面影影響；雖然然海上風(fēng)電電場(chǎng)只占電電網(wǎng)容量小小部分，但但是由滿發(fā)發(fā)至突然切切出，仍然然會(huì)對(duì)當(dāng)?shù)氐仉娋W(wǎng)頻率率造成很大大影響。八、中國(guó)風(fēng)風(fēng)電發(fā)展8.1風(fēng)能資源評(píng)評(píng)估中國(guó)氣象局局風(fēng)能太陽(yáng)陽(yáng)能資源評(píng)評(píng)估中心2009年12月公布全國(guó)國(guó)風(fēng)能資源源詳查和評(píng)評(píng)價(jià)工作成成果。以高度50m，風(fēng)功率密密度大于潛在開(kāi)發(fā)量量為例：陸上23.8億千瓦海上（水深<25m）2億千瓦我國(guó)發(fā)電結(jié)結(jié)構(gòu)規(guī)劃發(fā)發(fā)展圖現(xiàn)狀：風(fēng)電場(chǎng)建設(shè)設(shè)基本在陸陸上進(jìn)行。。陸上工程采采用的成熟熟技術(shù)經(jīng)適適應(yīng)性調(diào)整整均可運(yùn)用用到某些海海上工程。。繼續(xù)發(fā)展的的瓶頸：有關(guān)電網(wǎng)和和其他配套套設(shè)施建設(shè)設(shè)滯后。8.2我國(guó)風(fēng)力發(fā)發(fā)展現(xiàn)狀未來(lái)30年內(nèi)將會(huì)大大力發(fā)展海海上風(fēng)力發(fā)發(fā)電。中國(guó)計(jì)劃在在距離海岸岸大約30英里的地方方大規(guī)模建建造水上風(fēng)風(fēng)力發(fā)電站站，這些發(fā)發(fā)電站可能能建在巨大大的浮體上上，也可能能深入水下下120英尺建在大大陸架上。。8.3未來(lái)中國(guó)海海上風(fēng)力發(fā)發(fā)電的大力力發(fā)展九、我國(guó)海海上風(fēng)電規(guī)規(guī)劃9.1海上風(fēng)電場(chǎng)場(chǎng)建設(shè)區(qū)域域：潮間帶和潮潮下帶灘涂涂風(fēng)電場(chǎng)：：多年平均大大潮高潮線線以下至理理論最低潮潮位以下5m水深內(nèi)的海海域。近海風(fēng)電場(chǎng)場(chǎng)：理論最低潮潮位以下5m～50m水深內(nèi)的海海域，含無(wú)無(wú)人島嶼及及海礁。深海風(fēng)電場(chǎng)場(chǎng)：理論最低潮潮位以下50m水深的海域域，含無(wú)人人島嶼及海海礁。海上風(fēng)電規(guī)規(guī)劃：分析析風(fēng)風(fēng)能能資資源源、、建建設(shè)設(shè)條條件件及及各各種種制制約約因因素素，，初初步步確確定定風(fēng)風(fēng)電電場(chǎng)場(chǎng)場(chǎng)場(chǎng)址址，，范范圍圍及及裝裝機(jī)機(jī)規(guī)規(guī)模模，，估估算算相相應(yīng)應(yīng)海海域域裝裝機(jī)機(jī)容容量量；；合合理理安安排排未未來(lái)來(lái)該該地地區(qū)區(qū)下下一一期期工工程程規(guī)規(guī)劃劃。。海上上風(fēng)風(fēng)電電輸輸電電規(guī)規(guī)劃劃：：分析析相相應(yīng)應(yīng)地地區(qū)區(qū)電電網(wǎng)網(wǎng)現(xiàn)現(xiàn)狀狀和和規(guī)規(guī)劃劃，，進(jìn)進(jìn)行行電電力力電電量量銷銷納納研研究究。。對(duì)對(duì)海海上上風(fēng)風(fēng)電電進(jìn)進(jìn)行行輸輸電電網(wǎng)網(wǎng)架架規(guī)規(guī)劃劃設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)，，做做出出接接入入電電力力系系統(tǒng)統(tǒng)方方案案。。9.2規(guī)劃劃內(nèi)內(nèi)容容項(xiàng)目目預(yù)預(yù)可可行行性性研研究究：：優(yōu)化化選選定定若若干干個(gè)個(gè)具具備備裝裝機(jī)機(jī)1000MW以上上的的海海上上風(fēng)風(fēng)電電場(chǎng)場(chǎng)址址，，提提出出分分期期建建設(shè)設(shè)方方案案，，開(kāi)開(kāi)展展風(fēng)風(fēng)能能資資源源和和海海洋洋水水文文的的觀觀測(cè)測(cè)，，海海底底地地質(zhì)質(zhì)勘勘查查和和地地形形圖圖測(cè)測(cè)量量等等。。從從安安全全、、穩(wěn)穩(wěn)定定、、經(jīng)經(jīng)濟(jì)濟(jì)、、生生態(tài)態(tài)環(huán)環(huán)境境等等等等進(jìn)進(jìn)行行可可行行性性評(píng)評(píng)估估。。千萬(wàn)萬(wàn)千千瓦瓦級(jí)級(jí)風(fēng)風(fēng)電電基基地地規(guī)規(guī)劃劃甘肅肅酒酒泉泉吉林林西西部部江蘇蘇沿沿海海河北北新疆疆哈哈密密蒙東東蒙西西我國(guó)國(guó)首首座座海海上上風(fēng)風(fēng)電電場(chǎng)場(chǎng)我國(guó)國(guó)首首座座海海上上風(fēng)風(fēng)力力發(fā)發(fā)電電場(chǎng)場(chǎng)---東海海大大橋橋風(fēng)風(fēng)電電場(chǎng)場(chǎng)于于2010年7月6日所所有有34臺(tái)3MW風(fēng)機(jī)機(jī)全全部部投投入入運(yùn)運(yùn)行行。。東海海大大橋橋海海上上風(fēng)風(fēng)電電場(chǎng)場(chǎng)位位于于上上海海東東海海大大橋橋東東側(cè)側(cè)1～4km、浦浦東東新新區(qū)區(qū)岸岸線線以以南南8～13km處。。該該海海域域平平均均水水深深10m，海海拔拔90m的年年平平均均風(fēng)風(fēng)速速8.4m/s。采采用用了了風(fēng)風(fēng)機(jī)機(jī)高高樁樁承承臺(tái)臺(tái)地地基基設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)。。東海海大大橋橋海海上上風(fēng)風(fēng)電電場(chǎng)場(chǎng)九、海海上上風(fēng)風(fēng)電電的的挑挑戰(zhàn)戰(zhàn)1）海海上上風(fēng)風(fēng)力力資資源源（（評(píng)評(píng)估估））2）海海上上風(fēng)風(fēng)電電設(shè)設(shè)備備（（風(fēng)風(fēng)機(jī)機(jī)、、海海上上變變電電站站等等））3）海海上上風(fēng)風(fēng)電電工工程程施施工工（（設(shè)設(shè)備備運(yùn)運(yùn)輸輸、、安安裝裝））4）海海