海上風(fēng)電綜述

海上風(fēng)電綜述

海上風(fēng)電海上風(fēng)電的特點海上風(fēng)電相關(guān)課題海上風(fēng)電發(fā)展現(xiàn)狀世界上第一座海上風(fēng)電站1991年建于丹麥。由于海上風(fēng)電的建設(shè)難度較大、維護(hù)成本高，世界海上風(fēng)電的建設(shè)一直停滯不前。2008

年以后，歐洲的海上風(fēng)電建設(shè)開始逐步進(jìn)入蓬勃發(fā)展階段。2008

和2009

連續(xù)兩年世界海上風(fēng)電新增容量均超過50萬千瓦。2009

年歐洲已建立了10

個海上風(fēng)電場。世界海上風(fēng)電發(fā)展現(xiàn)狀我國海上可開發(fā)的風(fēng)能資源是陸上風(fēng)能資源的3倍。風(fēng)能密度

通過單位截面積的風(fēng)所含的能量稱為風(fēng)能密度，常以w/m2來表示。也就是空氣子一秒鐘時間內(nèi)以V的速度流過單位面積所產(chǎn)生的動能為風(fēng)能，其一般表達(dá)式為：E——風(fēng)能密度

V——空氣速度中國海上風(fēng)電發(fā)展現(xiàn)狀

——海上風(fēng)資源豐富風(fēng)能豐富區(qū)：

我國東南沿海、山東半島和遼東半島及其附近的海島、內(nèi)蒙古北部和松花江下游地區(qū)、新疆和甘肅有些地區(qū)，都是風(fēng)能豐富區(qū)。一般超過200w/m2,有些海島甚至可達(dá)300w/m2，如福建省有的海島上最高達(dá)500w/m2，3~20m/s有效風(fēng)速出現(xiàn)頻率高達(dá)70%，全年在6000h以上。東南沿海地區(qū)的風(fēng)能資源主要集中在海島和距離海岸線10km內(nèi)的沿海陸地區(qū)域。由于受丘陵地勢的影響，海風(fēng)登陸后風(fēng)速下降，在離海岸50km后一般風(fēng)速要降低到60%~65%。中國海上風(fēng)電發(fā)展現(xiàn)狀

——海上風(fēng)資源豐富風(fēng)能較豐富區(qū)

從汕頭海岸向北沿東南沿海約20~50km地帶和東海及渤海沿岸地區(qū)，從東北圖們江口向西沿燕山北麓經(jīng)河西走廊到艾比湖南岸，橫穿我國東北、華北、西北的廣大地區(qū)，以及西藏高原中部和北部地區(qū)，都是風(fēng)能較豐富區(qū)。風(fēng)能可利用區(qū)

風(fēng)能可利用區(qū)包括南嶺以南，離海岸約在50~100km的地帶，大、小興安嶺山地，三北地區(qū)中部，黃河和長江中下游以及川西和云南部分地區(qū)。風(fēng)能貧乏區(qū)

除去上述三區(qū)域外均為風(fēng)能貧乏區(qū)。中國海上風(fēng)電發(fā)展現(xiàn)狀

——海上風(fēng)資源豐富可以看出，我國海上風(fēng)電資源也比較豐富。據(jù)估計，海上可開發(fā)和利用的風(fēng)能儲量達(dá)7.5億千瓦，是陸上風(fēng)能資源的3倍，海上風(fēng)能資源的開發(fā)利用在我國有廣闊的前景。在海上風(fēng)電資源中，5米到25米水深線以內(nèi)的近海區(qū)域、海平面以上50米高度可裝機(jī)容量約2億千瓦時；25米到50米水深，70米高度風(fēng)電可裝機(jī)容量約5億千瓦時。中國海上風(fēng)電發(fā)展現(xiàn)狀

——海上風(fēng)資源豐富我國的負(fù)荷中心主要集中在經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)，耗電量大的沿海省份，而陸上風(fēng)能資源則主要在遠(yuǎn)離負(fù)荷中心的西部地區(qū)。大規(guī)模陸上風(fēng)電的開發(fā)面臨長距離輸電的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)制約。而海上風(fēng)電則可直接接入負(fù)荷中心就地消納，對于因用地和環(huán)保壓力導(dǎo)致本地電源越來越少的負(fù)荷中心電網(wǎng)來說，海上風(fēng)電的加入無疑有助于提高其本地電源的支撐能力。中國海上風(fēng)電發(fā)展現(xiàn)狀

——距離負(fù)荷中心近2010年7月，上海東海大橋10萬千瓦海上風(fēng)電場34臺機(jī)組正式投運，并開始為上海世博會提供清潔能源。東海大橋風(fēng)電場是歐洲之外全球第一個海上風(fēng)電并網(wǎng)項目，也是中國海上風(fēng)電的發(fā)端。2012年11月國內(nèi)第二座大型海上風(fēng)電場——位于江蘇如東環(huán)港外灘的潮間帶區(qū)域的如東海上示范風(fēng)電場全部建成投產(chǎn)，總?cè)萘繛?82MW。中國海上風(fēng)電發(fā)展現(xiàn)狀

——近期海上風(fēng)電項目中國海上風(fēng)電發(fā)展現(xiàn)狀

——東南沿海發(fā)展規(guī)劃風(fēng)電場分為陸上風(fēng)電場和海上風(fēng)電場兩類。其中，海上風(fēng)電場包括潮間帶和潮下帶灘涂風(fēng)電場、近海風(fēng)電場和深海風(fēng)電場。陸上風(fēng)電場：指在陸地和沿海多年平均大潮高潮線以上的潮上帶灘涂地區(qū)開發(fā)建設(shè)的風(fēng)電場，包括在有固定居民的海島上開發(fā)建設(shè)的風(fēng)電場。潮間帶和潮下帶灘涂風(fēng)電場：指在沿海多年平均大潮高潮線以下至理論最低潮位以下5m水深內(nèi)的海域開發(fā)建設(shè)的風(fēng)電場。近海風(fēng)電場：指在理論最低潮位以下5m～50m水深的海域開發(fā)建設(shè)的風(fēng)電場，包括在相應(yīng)開發(fā)海域內(nèi)無固定居民的海島和海礁上開發(fā)建設(shè)的風(fēng)電場。深海風(fēng)電場：指在大于理論最低潮位以下50m水深的海域開發(fā)建設(shè)的風(fēng)電場，包括在相應(yīng)開發(fā)海域內(nèi)無固定居民的海島和海礁上開發(fā)建設(shè)的風(fēng)電場。中國海上風(fēng)電發(fā)展現(xiàn)狀

——東南沿海發(fā)展規(guī)劃地理位置風(fēng)機(jī)容量投資成本風(fēng)機(jī)出力預(yù)測電能輸送方式海上風(fēng)電的特點地理位置：與陸上風(fēng)電場相比，海上風(fēng)電場的優(yōu)點主要是不占用土地資源，基本不受地形地貌影響，但是要考慮能否取得海域的使用權(quán)。風(fēng)機(jī)容量：海上風(fēng)速較陸地大且日變化小，單機(jī)容量更大，可以達(dá)到3~5MW，年利用小時更高。投資成本：海上風(fēng)電場建設(shè)的技術(shù)難度較大，建設(shè)成本一般是陸上風(fēng)電場的2~3倍。海上風(fēng)電的特點風(fēng)機(jī)出力預(yù)測

海上風(fēng)電出現(xiàn)強(qiáng)烈反調(diào)峰的程度和概率將強(qiáng)于陸上風(fēng)電，對于系統(tǒng)負(fù)荷峰谷差較大的地區(qū)，海上風(fēng)電的接入將加大系統(tǒng)的調(diào)峰難度以及局部電網(wǎng)潮流的多樣性。

另外，海上風(fēng)電出力的季節(jié)特性為冬季比夏季高，而系統(tǒng)負(fù)荷的季節(jié)特性一般為夏季高、冬季低，因此冬季的海上風(fēng)電消納難度將高于夏季。

海上風(fēng)電的特點電能輸送方式直流輸電適合于海下電纜輸送，在同等絕緣條件下，直流電纜的允許工作電壓比在交流電壓下約高3倍，絕緣老化慢，使用壽命長。

隨著近海風(fēng)電場規(guī)模的不斷擴(kuò)大，場址距離陸地的主電網(wǎng)越來越遠(yuǎn)，以及電力電子技術(shù)的快速發(fā)展，柔性直流輸電（VSC-HVDC）技術(shù)越來越受到風(fēng)力發(fā)電輸電系統(tǒng)，尤其是海上輸電的青睞，更能體現(xiàn)出其成本、維護(hù)、輸電質(zhì)量等方面的優(yōu)越性。

海上風(fēng)電的特點海上風(fēng)電選址問題海上風(fēng)電傳輸與并網(wǎng)問題海上風(fēng)電功率預(yù)測海上風(fēng)電相關(guān)課題風(fēng)電場選址的概念風(fēng)電場選址是在認(rèn)真研究國家和地區(qū)風(fēng)電發(fā)展規(guī)劃的基礎(chǔ)上，詳細(xì)調(diào)查地區(qū)風(fēng)能資源分布情況，廣泛收集區(qū)域風(fēng)電場運行數(shù)據(jù)，通過對若干場址的風(fēng)能資源、電網(wǎng)接入和其它建設(shè)條件的分析和比較，確定風(fēng)電場的建設(shè)地點、開發(fā)價值、開發(fā)策略和開發(fā)步驟的過程，是保證公司風(fēng)電產(chǎn)業(yè)又好又快發(fā)展的關(guān)鍵。海上風(fēng)電相關(guān)課題——海上風(fēng)電選址我國在風(fēng)電場宏觀選址方面的研究并不是很多，相關(guān)文獻(xiàn)主要是關(guān)于風(fēng)電場宏觀選址過程中風(fēng)能資源條件、地形地質(zhì)條件等單個因素的評價選址、風(fēng)電場選址步驟及某地選址經(jīng)驗總結(jié)等，也有部分關(guān)于風(fēng)電場環(huán)境影響評價、風(fēng)電場宏觀選址綜合評價、風(fēng)能資源評估軟件的介紹。國外對風(fēng)電開發(fā)的研究比國內(nèi)要早，研究的范圍更廣，相關(guān)的報道也比較多。主要包括風(fēng)能資源評估、風(fēng)電場選址的社會因素分析、基于GIS的風(fēng)電場宏觀選址系統(tǒng)開發(fā)等。海上風(fēng)電相關(guān)課題——海上風(fēng)電選址選址基本原則：風(fēng)能資源豐富、風(fēng)能質(zhì)量好滿足聯(lián)網(wǎng)要求具備交通運輸和施工安裝條件保證工程安全滿足環(huán)境保護(hù)的要求規(guī)劃裝機(jī)規(guī)模滿足經(jīng)濟(jì)性開發(fā)要求，項目滿足投資回報要求，一般要求風(fēng)電場資本金回報率不低于8%海上風(fēng)電相關(guān)課題——海上風(fēng)電選址相對于陸上風(fēng)電，海上風(fēng)電選址問題中的需要考慮的新問題：

1.投資成本增加：無論是風(fēng)機(jī)還是建設(shè)維護(hù)費用均要高于陸上風(fēng)電場；2.場址基本情況：范圍、水深、風(fēng)能資源以及海底的地質(zhì)條件；3.環(huán)境制約因素：是否對當(dāng)?shù)芈糜螛I(yè)、水中生物、鳥類、航道、漁業(yè)和海防等造成負(fù)面影響。海上風(fēng)電相關(guān)課題——海上風(fēng)電選址海上風(fēng)電場選址研究可能存在的創(chuàng)新點：1.將海上風(fēng)電場的新的影響因素考慮進(jìn)選址問題2.可以應(yīng)用新的優(yōu)化算法，例如有人應(yīng)用模糊聚類來解決這個問題等等海上風(fēng)電場選址研究難點：1.資料數(shù)據(jù)如何獲得2.如何與現(xiàn)有選址軟件進(jìn)行比較，如何衡量選址效果海上風(fēng)電相關(guān)課題——海上風(fēng)電選址VSC-HVDC

技術(shù)是當(dāng)前國際公認(rèn)的海上風(fēng)電等可再生能源并網(wǎng)的最佳技術(shù)方案。對于大規(guī)模海上海風(fēng)電場的并網(wǎng)，通常采用單、多端口

VSC-HVDC

系統(tǒng)并網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。我國首個多端柔性直流輸電工程（南澳縣）就是為發(fā)展海上風(fēng)電作支撐的。海上風(fēng)電相關(guān)課題——風(fēng)電傳輸與并網(wǎng)問題海上風(fēng)電相關(guān)課題——風(fēng)電傳輸與并網(wǎng)問題大型海上風(fēng)電場并網(wǎng)VSC-HVDC

的關(guān)鍵技術(shù)主要涉及變流器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和控制方法，以及在海上風(fēng)電場中的應(yīng)用等，例如海上風(fēng)電柔性直流輸電變流器的多電平拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、調(diào)制方法、均壓控制策略以及海上風(fēng)電場建模等關(guān)鍵技術(shù)。海上風(fēng)電相關(guān)課題——風(fēng)電傳輸與并網(wǎng)問題多電平拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)現(xiàn)在采用的模塊化多電平換流器（MMC，modularmultilevelconverter)諧波含量少，應(yīng)用廣泛，缺乏直流側(cè)故障清除能力，且結(jié)構(gòu)不夠緊湊，成本偏高。

需要具有高變換性能，高可靠性，低損耗的新型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，但是新拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的提出是很困難的。海上風(fēng)電相關(guān)課題——風(fēng)電傳輸與并網(wǎng)問題調(diào)制方法常用調(diào)制方法有正弦脈寬調(diào)制(sinusoidalPWM，SPWM)、多載波SPWM

方法、空間矢量調(diào)制(spacevectorPMW，SVPWM)以及特定諧波消除(selectiveharmonicseliminationPWM，SHEPWM)和最近電平調(diào)制(nearestlevelmodulation，NLM)等調(diào)制方式。海上風(fēng)電相關(guān)課題——風(fēng)電傳輸與并網(wǎng)問題均壓控制方法均壓就是要實現(xiàn)模塊電壓平衡。三電平變流器均壓控制方法相對成熟。多電平變流器均壓控制方法的基本思路有改變參考信號、載波信號、觸發(fā)脈沖的排列順序或多滯環(huán)寬度等。

海上風(fēng)電相關(guān)課題——風(fēng)電傳輸與并網(wǎng)問題海上風(fēng)電傳輸可能存在的創(chuàng)新點

將數(shù)學(xué)智能算法應(yīng)用于逆變器的控制策略中海上風(fēng)電傳輸研究難點

高壓直流輸電模型不僅僅在海上風(fēng)電方面有應(yīng)用，如何體現(xiàn)與海上風(fēng)電的聯(lián)系海上風(fēng)電相關(guān)課題——風(fēng)電傳輸與并網(wǎng)問題海上風(fēng)電并網(wǎng)問題研究方向

與陸上風(fēng)電相似，可以研究低電壓穿越，無功補(bǔ)償，及并網(wǎng)后對主網(wǎng)的影響等問題，這些問題相對成熟，研究起來相對容易海上風(fēng)電并網(wǎng)問題研究難點

如何突出海上風(fēng)電的特點，與陸上海上風(fēng)電場的并網(wǎng)問題相區(qū)別海上風(fēng)電相關(guān)課題——風(fēng)電傳輸與并網(wǎng)問題風(fēng)電功率的研究相對成熟，但是有關(guān)海上風(fēng)電出力特性的研究并不是很多。海上風(fēng)電有其不同于陸上風(fēng)電的特點，但是目前存