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在海上風(fēng)電發(fā)展中,注重提升風(fēng)電技術(shù),最快速地降低成本是海上風(fēng)電發(fā)展的重要目標(biāo)。

1 海上風(fēng)能資源評估技術(shù)

若想利用海上風(fēng)能,需要搞清楚近海區(qū)域上的風(fēng)的變化規(guī)律及特征,主要有以下幾種方法:利用沿岸陸地氣象觀測數(shù)據(jù)、船舶報數(shù)據(jù)及氣壓數(shù)據(jù)和海面風(fēng)場數(shù)值模擬。其中利用沿岸陸地氣象觀測數(shù)據(jù)是常采用的方法。將獲得的海上一段時期內(nèi)的氣象資料與岸邊同步觀測的氣象資料進行對比分析. 從而推測出對應(yīng)海區(qū)的風(fēng)況特征。為彌補海上氣象觀測稀缺和近岸海域數(shù)據(jù)不連續(xù)等問題,通過建立風(fēng)場數(shù)值模型模擬計算出一個區(qū)域內(nèi)風(fēng)能的分布。模擬計算中考慮許多對近地面的風(fēng)切變有重要影響的過程如海陸風(fēng)、逆溫等。

2 海上風(fēng)電機組

由于海上風(fēng)機的安裝、運行、維護較陸地困難且成本高,增大單機發(fā)電功率、減小單機數(shù)量,推動風(fēng)機向更大方向發(fā)展。海上風(fēng)電機組呈現(xiàn)大型化的趨勢,多選用高葉尖速設(shè)計參數(shù),以減輕塔頂機艙和葉片的重量,節(jié)約材料,降低成本。大型風(fēng)機的發(fā)展需要新材料、新工藝、新概念技術(shù)支撐,碳纖維塑料因其較強剛度、質(zhì)輕、使用壽命長等優(yōu)點而在葉片制造中廣泛應(yīng)用。

為了承受海上的強風(fēng)載荷、海上腐蝕和波浪沖擊等,海上風(fēng)電機組的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、技術(shù)難度高、建設(shè)成本高。海上風(fēng)電機組基礎(chǔ)由塔架和海底地基組成,按結(jié)構(gòu)類型可分為單樁結(jié)構(gòu)、重力式、桶形結(jié)構(gòu)和懸浮式 。其中單樁結(jié)構(gòu)具有結(jié)構(gòu)簡單和安裝方便,是目前海上風(fēng)電場應(yīng)用最多的一種結(jié)構(gòu)。對于變動的海床,由于單樁打入海底較深,該基礎(chǔ)形式有較大優(yōu)勢。桶形基礎(chǔ)是一種新型的海洋工程基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)形式,由于它的材料和安裝成本低于單樁基礎(chǔ)而受到海上風(fēng)力發(fā)電行業(yè)的青睞,大大地節(jié)省了鋼材用量和海上施工時間,運輸也較容易,有良好的應(yīng)用前景。浮式結(jié)構(gòu)是海上風(fēng)電機組基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的深水結(jié)構(gòu)形式,可以克服海床底部安裝基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)受水深限制的缺點,主要用于50 m以上水深海域。浮式結(jié)構(gòu)分為多風(fēng)機漂浮平臺和單風(fēng)機漂浮平臺,前者多風(fēng)機共用一個錨定系統(tǒng),有利于整體的質(zhì)量優(yōu)化,但因穩(wěn)定性不容易滿足和所耗費的成本過高而不予考慮;后者具有結(jié)構(gòu)簡單,成本低,單體設(shè)計加工方便等優(yōu)點。國外相關(guān)研究表明,側(cè)重于采用單風(fēng)機漂浮平臺,研究的重點是降低錨定系統(tǒng)成本。

3 海上風(fēng)電場設(shè)計

近年來,海上風(fēng)電項目從單臺機組逐步發(fā)展為大中型風(fēng)電場建設(shè)。海上風(fēng)電場的設(shè)計對海上風(fēng)電場的技術(shù)性和經(jīng)濟性至關(guān)重要,包括機組的排列和風(fēng)電場控制方式。

海上風(fēng)電機組的排列方式應(yīng)考慮海床的結(jié)構(gòu)以及環(huán)境、地理和技術(shù)條件等的限制,應(yīng)盡可能地避免風(fēng)電機組的相互干擾,減少風(fēng)電機組的尾流所造成的損失,優(yōu)化利用海域面積,使單位面積的裝機容量或發(fā)電量最大化。為降低成本,風(fēng)電機組應(yīng)盡可能地布置在淺水、且海底平坦的海域。

海上大型風(fēng)電場并網(wǎng)方式一般采用兩種方法,多臺風(fēng)機并聯(lián)后連接到一個換流器再并網(wǎng),或者采用帶分散風(fēng)機控制直接并網(wǎng)。后者每臺風(fēng)機有自己的換流器,可靠性大幅提高,不會因單一換流器故障導(dǎo)致全部風(fēng)機不能輸送電能到電網(wǎng),同時傳輸容量提高,可以分別控制單臺風(fēng)機工作在理想狀態(tài)。隨著海上風(fēng)力發(fā)電量的不斷增加,海上風(fēng)電并網(wǎng)將面臨新的技術(shù)問題,一是海上風(fēng)電的輸送,二是風(fēng)電場動態(tài)穩(wěn)定性對電網(wǎng)的影響。提高風(fēng)電的可控性是今后發(fā)展的方向,除了風(fēng)電機組的控制技術(shù),還應(yīng)注重研究風(fēng)電的短期氣象預(yù)報和風(fēng)電場的集中控制策略。在電網(wǎng)技術(shù)方面,通過技術(shù)和管理措施,盡可能地保持風(fēng)電機組與其他發(fā)電機組的同步 。

結(jié)束語

海上風(fēng)電技術(shù)經(jīng)過近20年的發(fā)展已經(jīng)得到了較大提高。但海上風(fēng)能開發(fā)的主要問題在于成本過高和安裝運輸不便。隨著海上風(fēng)電技術(shù)的成熟,海上風(fēng)力發(fā)電的成本也將不斷下降。海上風(fēng)電機組呈現(xiàn)大型化的發(fā)展趨勢,其中在淺海或近海區(qū)域,單樁基礎(chǔ)是目前海上風(fēng)電場應(yīng)用最多的一種結(jié)構(gòu);浮式結(jié)構(gòu)適用于深海區(qū)域,單風(fēng)機漂浮平臺是目前研究的重點。海上風(fēng)電場逐漸發(fā)展為大中型風(fēng)電場,機組的排列及風(fēng)電場控制得到了進一步優(yōu)化。

海上風(fēng)能資源是一種清潔的永續(xù)能源,在各國政策的積極支持下,海上風(fēng)電技術(shù)的提高和風(fēng)電開發(fā)成本的下降促使海上風(fēng)電規(guī)�；�發(fā)展,海上風(fēng)能將得到更深入、更大范圍的開發(fā)和利用。