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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(píng)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(cè)數(shù)據(jù)、船舶報(bào)數(shù)據(jù)及氣壓數(shù)據(jù)和海面風(fēng)場(chǎng)數(shù)值模擬。其中利用沿岸陸地氣象觀測(cè)數(shù)據(jù)是常采用的方法。將獲得的海上一段時(shí)期內(nèi)的氣象資料與岸邊同步觀測(cè)的氣象資料進(jìn)行對(duì)比分析. 從而推測(cè)出對(duì)應(yīng)海區(qū)的風(fēng)況特征。為彌補(bǔ)海上氣象觀測(cè)稀缺和近岸海域數(shù)據(jù)不連續(xù)等問(wèn)題,通過(guò)建立風(fēng)場(chǎng)數(shù)值模型模擬計(jì)算出一個(gè)區(qū)域內(nèi)風(fēng)能的分布。模擬計(jì)算中考慮許多對(duì)近地面的風(fēng)切變有重要影響的過(guò)程如海陸風(fēng)、逆溫等。

2 海上風(fēng)電機(jī)組

由于海上風(fēng)機(jī)的安裝、運(yùn)行、維護(hù)較陸地困難且成本高,增大單機(jī)發(fā)電功率、減小單機(jī)數(shù)量,推動(dòng)風(fēng)機(jī)向更大方向發(fā)展。海上風(fēng)電機(jī)組呈現(xiàn)大型化的趨勢(shì),多選用高葉尖速設(shè)計(jì)參數(shù),以減輕塔頂機(jī)艙和葉片的重量,節(jié)約材料,降低成本。大型風(fēng)機(jī)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(qiáng)剛度、質(zhì)輕、使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)而在葉片制造中廣泛應(yīng)用。

為了承受海上的強(qiáng)風(fēng)載荷、海上腐蝕和波浪沖擊等,海上風(fēng)電機(jī)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(jī)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(jiǎn)單和安裝方便,是目前海上風(fēng)電場(chǎng)應(yīng)用最多的一種結(jié)構(gòu)。對(duì)于變動(dòng)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(shì)。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(shí)間,運(yùn)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(jī)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(diǎn),主要用于50 m以上水深海域。浮式結(jié)構(gòu)分為多風(fēng)機(jī)漂浮平臺(tái)和單風(fēng)機(jī)漂浮平臺(tái),前者多風(fēng)機(jī)共用一個(gè)錨定系統(tǒng),有利于整體的質(zhì)量?jī)?yōu)化,但因穩(wěn)定性不容易滿足和所耗費(fèi)的成本過(guò)高而不予考慮;后者具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,成本低,單體設(shè)計(jì)加工方便等優(yōu)點(diǎn)。國(guó)外相關(guān)研究表明,側(cè)重于采用單風(fēng)機(jī)漂浮平臺(tái),研究的重點(diǎn)是降低錨定系統(tǒng)成本。

3 海上風(fēng)電場(chǎng)設(shè)計(jì)

近年來(lái),海上風(fēng)電項(xiàng)目從單臺(tái)機(jī)組逐步發(fā)展為大中型風(fēng)電場(chǎng)建設(shè)。海上風(fēng)電場(chǎng)的設(shè)計(jì)對(duì)海上風(fēng)電場(chǎng)的技術(shù)性和經(jīng)濟(jì)性至關(guān)重要,包括機(jī)組的排列和風(fēng)電場(chǎng)控制方式。

海上風(fēng)電機(jī)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(jī)組的相互干擾,減少風(fēng)電機(jī)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(jī)容量或發(fā)電量最大化。為降低成本,風(fēng)電機(jī)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(chǎng)并網(wǎng)方式一般采用兩種方法,多臺(tái)風(fēng)機(jī)并聯(lián)后連接到一個(gè)換流器再并網(wǎng),或者采用帶分散風(fēng)機(jī)控制直接并網(wǎng)。后者每臺(tái)風(fēng)機(jī)有自己的換流器,可靠性大幅提高,不會(huì)因單一換流器故障導(dǎo)致全部風(fēng)機(jī)不能輸送電能到電網(wǎng),同時(shí)傳輸容量提高,可以分別控制單臺(tái)風(fēng)機(jī)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(wèn)題,一是海上風(fēng)電的輸送,二是風(fēng)電場(chǎng)動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性對(duì)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(jī)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(bào)和風(fēng)電場(chǎng)的集中控制策略。在電網(wǎng)技術(shù)方面,通過(guò)技術(shù)和管理措施,盡可能地保持風(fēng)電機(jī)組與其他發(fā)電機(jī)組的同步 。

結(jié)束語(yǔ)

海上風(fēng)電技術(shù)經(jīng)過(guò)近20年的發(fā)展已經(jīng)得到了較大提高。但海上風(fēng)能開(kāi)發(fā)的主要問(wèn)題在于成本過(guò)高和安裝運(yùn)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(jī)組呈現(xiàn)大型化的發(fā)展趨勢(shì),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(chǎng)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(jī)漂浮平臺(tái)是目前研究的重點(diǎn)。海上風(fēng)電場(chǎng)逐漸發(fā)展為大中型風(fēng)電場(chǎng),機(jī)組的排列及風(fēng)電場(chǎng)控制得到了進(jìn)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(guó)政策的積極支持下,海上風(fēng)電技術(shù)的提高和風(fēng)電開(kāi)發(fā)成本的下降促使海上風(fēng)電規(guī)模化發(fā)展,海上風(fēng)能將得到更深入、更大范圍的開(kāi)發(fā)和利用。