《海上風(fēng)力發(fā)電技術(shù)》

海上風(fēng)機是在現(xiàn)有陸地風(fēng)機基礎(chǔ)上針對海上風(fēng)環(huán)境進行適應(yīng)性“海洋化”發(fā)展起來的。

高翼尖速度

陸地風(fēng)機更多的是以降低噪聲來進行優(yōu)化設(shè)計的，而海上則以更大地發(fā)揮空氣動力效益來優(yōu)化，高翼尖速度、小的槳葉面積將給風(fēng)機的結(jié)構(gòu)和傳動系統(tǒng)帶來一些設(shè)計上的有利變化。

變槳速運行

高翼尖速度槳葉設(shè)計，可提高風(fēng)機起始工作風(fēng)速并帶來較大的氣動力損失，采用變槳速設(shè)計技術(shù)可以解決這個問題，它能使風(fēng)機在額定轉(zhuǎn)速附近以最大速度工作。

減少槳葉數(shù)量

大多數(shù)風(fēng)機采用3槳葉設(shè)計，存在噪聲和視覺污染。采用2槳葉設(shè)計會帶來氣動力損失，但可降低制造、安裝等成本，因此也是研究的一個方向。

新型高效發(fā)電機

研制結(jié)構(gòu)簡單、高效的發(fā)電機，如直接驅(qū)動同步環(huán)式發(fā)電機、直接驅(qū)動永磁式發(fā)電機、線繞高壓發(fā)電機等。

海洋環(huán)境下風(fēng)機其他部件

海洋環(huán)境下要考慮風(fēng)機部件對海水和高潮濕氣候的防腐問題；塔中具有升降設(shè)備滿足維護需要；變壓器和其他電器設(shè)備可安放在上部吊艙或離海面一定高度的下部平臺上；控制系統(tǒng)要具備岸上重置和重新啟動功能；備用電源用來在特殊情況下置風(fēng)機于安全停止位置。

探索降低成本的新方案

新近提出的一種10MW近岸大型概念風(fēng)機能有效減少基礎(chǔ)數(shù)量，降低海上風(fēng)場成本。按12m/s額定風(fēng)速，要產(chǎn)生10MW的輸出，主轉(zhuǎn)子直徑需要約200m，主轉(zhuǎn)子外緣速度達到56m/s，主轉(zhuǎn)子葉片弦長3m，葉片數(shù)量10個。主轉(zhuǎn)子采用張線固定，其主軸迎風(fēng)頂端支撐在直徑300mm的支撐塔桿上，塔桿固定在海床上；主軸末端由小型飛艇懸掛和海面上浮船絞盤鋼索拉住保持平衡，或采用海面上三角懸浮支撐方式。這樣，主轉(zhuǎn)子就可以隨來風(fēng)變化繞頂端旋轉(zhuǎn)。主旋翼葉片由7段組成，最外段安裝有4個直徑3.6m的風(fēng)機。

歐洲未來風(fēng)力發(fā)電增長的很大部分將來源于海上，美國能源部也制定風(fēng)力資源深海發(fā)展戰(zhàn)略，將海上油、氣開發(fā)技術(shù)經(jīng)驗與近岸淺水（0～30m）風(fēng)能開發(fā)技術(shù)相結(jié)合，開展深海（50～200m）風(fēng)能開發(fā)研究，包括低成本的錨定技術(shù)、平臺優(yōu)化、平臺動力學(xué)研究、懸浮風(fēng)力機標(biāo)準(zhǔn)等。

在全球能源趨緊和節(jié)能減排雙重重壓之下，新的可再生能源受到無比青睞。相對價格偏高的太陽能發(fā)電和已經(jīng)接近飽和的水電資源，風(fēng)力發(fā)電成為最受追捧的“寵兒”。而其中，海上風(fēng)電在發(fā)電穩(wěn)定性、電網(wǎng)接入便利性、土地節(jié)省等多方面均優(yōu)于陸上風(fēng)電，海上風(fēng)電產(chǎn)業(yè)的發(fā)展具有較大潛力。

截至2010年底，全球已建成43個海上風(fēng)電場，安裝了1339臺風(fēng)電機組，總?cè)萘?66.6萬千瓦，海上風(fēng)電正在成為全球風(fēng)電開發(fā)領(lǐng)域的新寵。

數(shù)據(jù)顯示2010年，全球海上風(fēng)電新增裝機144.4萬千瓦，同比增長110%，占全球風(fēng)電新增裝機的3.7%，主要分布在歐洲的英國、丹麥、比利時和德國。其中：英國2010年海上新增裝機92.5萬千瓦，成為海上風(fēng)電的全球領(lǐng)跑者，預(yù)計在今后幾年英國仍將會保持領(lǐng)先地位;德國近兩年采用5兆瓦和6兆瓦大型風(fēng)電機組建設(shè)海上風(fēng)電場，成為海上風(fēng)電的后起之秀。歐洲之外，中國上海東海大橋近海風(fēng)電與江蘇如東潮間帶兩個海上風(fēng)電項目并網(wǎng)發(fā)電，為大規(guī)模建設(shè)海上風(fēng)電場建設(shè)，積累了設(shè)備制造、工程施工以及運營維護的經(jīng)驗。

2010年被業(yè)界普遍認為是中國海上風(fēng)電事業(yè)發(fā)展的元年。海上風(fēng)電項目的特許招標(biāo)于5月份啟動。2011年下半年我國啟動第二批海上風(fēng)電特許權(quán)項目的招標(biāo)準(zhǔn)備工作，預(yù)計2012年上半年完成招標(biāo)，總建設(shè)規(guī)模將在150-200萬千瓦之間。

據(jù)統(tǒng)計，我國近海可安裝風(fēng)電約2億千瓦，海上風(fēng)電年利用小時數(shù)長，風(fēng)速高且穩(wěn)定，單機能量產(chǎn)出較大。國家計劃2020年前在江蘇南通、鹽城、上海、山東魯北等海域重點建設(shè)幾個百萬千瓦級大型風(fēng)電基地，在其他海域重點建設(shè)數(shù)十個10萬千瓦級的海上風(fēng)電場。預(yù)計到2015年，我國海上風(fēng)電累計裝機有望達到500萬千瓦;到2020年，海上風(fēng)電累計裝機有望達到3000萬千瓦。

2021年10月19日，中國海洋石油集團有限公司首個海上風(fēng)電項目——江蘇海上風(fēng)電場實現(xiàn)全容量投產(chǎn)運行。這是其加碼實施新能源戰(zhàn)略的標(biāo)志性一步。 2100433B

海上風(fēng)機的支撐技術(shù)主要有底部固定式支撐和懸浮式支撐2類。

底部固定式支撐

底部固定式支撐有重力沉箱基礎(chǔ)、單樁基礎(chǔ)、三腳架基礎(chǔ)3種方式。

(1）重力沉箱基礎(chǔ)。

重力沉箱主要依靠沉箱自身質(zhì)量使風(fēng)機矗立在海面上。Vindeby和TunoeKnob海上風(fēng)電場基礎(chǔ)就采用了這種傳統(tǒng)技術(shù)。在風(fēng)場附近的碼頭用鋼筋混凝土將沉箱基礎(chǔ)建起來，然后使其漂到安裝位置，并用沙礫裝滿以獲得必要的質(zhì)量，繼而將其沉入海底。海面上基礎(chǔ)呈圓錐形，可以起到減少海上浮冰碰撞的作用。Vindeby和Tunoe Knob風(fēng)電場的水深變化范圍在2.5～7.5m之間，每個混凝土基礎(chǔ)的平均質(zhì)量為1050t。該技術(shù)進一步發(fā)展，用圓柱鋼管取代了鋼筋混凝土，將其嵌入到海床的扁鋼箱里。該技術(shù)適用于水深小于10m的淺海地區(qū)。

(2）單樁基礎(chǔ)。單樁基礎(chǔ)由一個直徑在3～4.5m之間的鋼樁構(gòu)成。鋼樁安裝在海床下18～25m的地方，其深度由海床地面的類型決定。單樁基礎(chǔ)有力地將風(fēng)塔伸到水下及海床內(nèi)。這種基礎(chǔ)的一大優(yōu)點是不需整理海床。但是，它需要防止海流對海床的沖刷，而且不適用于海床內(nèi)有巨石的位置。該技術(shù)應(yīng)用范圍水深小于25m。

(3）三腳架基礎(chǔ)。三腳架基礎(chǔ)吸取了海上油氣工業(yè)中的一些經(jīng)驗，采用了質(zhì)量輕、價格低的三腳鋼套管。風(fēng)塔下面的鋼樁分布著一些鋼架，這些鋼架承擔(dān)和傳遞來自塔身的載荷，這三個鋼樁被埋置于海床下10～20m的地方。

懸浮式支撐

以懸浮式支撐有浮筒式和半浸入式2種方式，主要應(yīng)用于水深75～500m的范圍。

(1）浮筒式支撐。浮筒式基礎(chǔ)由8根與海床系留錨相連的纜索固定在海面上，風(fēng)機塔桿通過螺栓與浮筒相連。

(2）半浸入式支撐。主體支撐結(jié)構(gòu)浸于水中，通過纜索與海底的錨錠連接，該形式受波浪干擾較小，可以支撐3～6MW、旋翼直徑80m的大型風(fēng)機。

書名：海上風(fēng)力發(fā)電技術(shù)

作 者：吳佳梁. 李成鋒. 編著

出 版 社：化工社

條 形 碼：9787122083227

I S B N ：

出版時間：2010-6-1

開 本：16開

頁 數(shù)：190

定 價：49元2100433B

“海上風(fēng)力發(fā)電技術(shù)與檢測國家重點實驗室”2010年12月獲國家科技部批準(zhǔn)建設(shè)，是全國第二批依托轉(zhuǎn)制院所和企業(yè)建設(shè)的56個企業(yè)國家重點實驗室之一。

實驗室以海上風(fēng)力發(fā)電技術(shù)與檢測為主題，緊密圍繞海上風(fēng)力發(fā)電的共性、關(guān)鍵技術(shù)開展研究，形成了適合于海上及近海風(fēng)場的“大型風(fēng)力發(fā)電機組關(guān)鍵技術(shù)、風(fēng)力發(fā)電機關(guān)鍵技術(shù)、大型風(fēng)力發(fā)電機組葉片技術(shù)、機組控制、變流、并網(wǎng)、安裝關(guān)鍵技術(shù)”四個研究方向。驗收專家組建議該實驗室進一步突出海上風(fēng)電技術(shù)特色，使實驗室成為國內(nèi)外能源領(lǐng)域的高水平實驗研究平臺。