海上風(fēng)力發(fā)電技術(shù)風(fēng)機(jī)支撐技術(shù)

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

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(jī)矗立在海面上。Vindeby和TunoeKnob海上風(fēng)電場(chǎng)基礎(chǔ)就采用了這種傳統(tǒng)技術(shù)。在風(fēng)場(chǎng)附近的碼頭用鋼筋混凝土將沉箱基礎(chǔ)建起來(lái)，然后使其漂到安裝位置，并用沙礫裝滿(mǎn)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(chǎng)的水深變化范圍在2.5～7.5m之間，每個(gè)混凝土基礎(chǔ)的平均質(zhì)量為1050t。該技術(shù)進(jìn)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(gè)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(lèi)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(diǎn)是不需整理海床。但是，它需要防止海流對(duì)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(yàn)，采用了質(zhì)量輕、價(jià)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(lái)自塔身的載荷，這三個(gè)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(jī)塔桿通過(guò)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(guò)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(jī)。

海上風(fēng)機(jī)是在現(xiàn)有陸地風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)上針對(duì)海上風(fēng)環(huán)境進(jìn)行適應(yīng)性“海洋化”發(fā)展起來(lái)的。

高翼尖速度

陸地風(fēng)機(jī)更多的是以降低噪聲來(lái)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)的，而海上則以更大地發(fā)揮空氣動(dòng)力效益來(lái)優(yōu)化，高翼尖速度、小的槳葉面積將給風(fēng)機(jī)的結(jié)構(gòu)和傳動(dòng)系統(tǒng)帶來(lái)一些設(shè)計(jì)上的有利變化。

變槳速運(yùn)行

高翼尖速度槳葉設(shè)計(jì)，可提高風(fēng)機(jī)起始工作風(fēng)速并帶來(lái)較大的氣動(dòng)力損失，采用變槳速設(shè)計(jì)技術(shù)可以解決這個(gè)問(wèn)題，它能使風(fēng)機(jī)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(jī)采用3槳葉設(shè)計(jì)，存在噪聲和視覺(jué)污染。采用2槳葉設(shè)計(jì)會(huì)帶來(lái)氣動(dòng)力損失，但可降低制造、安裝等成本，因此也是研究的一個(gè)方向。

新型高效發(fā)電機(jī)

研制結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、高效的發(fā)電機(jī)，如直接驅(qū)動(dòng)同步環(huán)式發(fā)電機(jī)、直接驅(qū)動(dòng)永磁式發(fā)電機(jī)、線(xiàn)繞高壓發(fā)電機(jī)等。

海洋環(huán)境下風(fēng)機(jī)其他部件

海洋環(huán)境下要考慮風(fēng)機(jī)部件對(duì)海水和高潮濕氣候的防腐問(wèn)題；塔中具有升降設(shè)備滿(mǎn)足維護(hù)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(tái)上；控制系統(tǒng)要具備岸上重置和重新啟動(dòng)功能；備用電源用來(lái)在特殊情況下置風(fēng)機(jī)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(jī)能有效減少基礎(chǔ)數(shù)量，降低海上風(fēng)場(chǎng)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(dá)到56m/s，主轉(zhuǎn)子葉片弦長(zhǎng)3m，葉片數(shù)量10個(gè)。主轉(zhuǎn)子采用張線(xiàn)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(pán)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(lái)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(gè)直徑3.6m的風(fēng)機(jī)。

歐洲未來(lái)風(fēng)力發(fā)電增長(zhǎng)的很大部分將來(lái)源于海上，美國(guó)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(kāi)發(fā)技術(shù)經(jīng)驗(yàn)與近岸淺水（0～30m）風(fēng)能開(kāi)發(fā)技術(shù)相結(jié)合，開(kāi)展深海（50～200m）風(fēng)能開(kāi)發(fā)研究，包括低成本的錨定技術(shù)、平臺(tái)優(yōu)化、平臺(tái)動(dòng)力學(xué)研究、懸浮風(fēng)力機(jī)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(wú)比青睞。相對(duì)價(jià)格偏高的太陽(yáng)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(gè)海上風(fēng)電場(chǎng)，安裝了1339臺(tái)風(fēng)電機(jī)組，總?cè)萘?66.6萬(wàn)千瓦，海上風(fēng)電正在成為全球風(fēng)電開(kāi)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(jī)144.4萬(wàn)千瓦，同比增長(zhǎng)110%，占全球風(fēng)電新增裝機(jī)的3.7%，主要分布在歐洲的英國(guó)、丹麥、比利時(shí)和德國(guó)。其中：英國(guó)2010年海上新增裝機(jī)92.5萬(wàn)千瓦，成為海上風(fēng)電的全球領(lǐng)跑者，預(yù)計(jì)在今后幾年英國(guó)仍將會(huì)保持領(lǐng)先地位;德國(guó)近兩年采用5兆瓦和6兆瓦大型風(fēng)電機(jī)組建設(shè)海上風(fēng)電場(chǎng)，成為海上風(fēng)電的后起之秀。歐洲之外，中國(guó)上海東海大橋近海風(fēng)電與江蘇如東潮間帶兩個(gè)海上風(fēng)電項(xiàng)目并網(wǎng)發(fā)電，為大規(guī)模建設(shè)海上風(fēng)電場(chǎng)建設(shè)，積累了設(shè)備制造、工程施工以及運(yùn)營(yíng)維護(hù)的經(jīng)驗(yàn)。

2010年被業(yè)界普遍認(rèn)為是中國(guó)海上風(fēng)電事業(yè)發(fā)展的元年。海上風(fēng)電項(xiàng)目的特許招標(biāo)于5月份啟動(dòng)。2011年下半年我國(guó)啟動(dòng)第二批海上風(fēng)電特許權(quán)項(xiàng)目的招標(biāo)準(zhǔn)備工作，預(yù)計(jì)2012年上半年完成招標(biāo)，總建設(shè)規(guī)模將在150-200萬(wàn)千瓦之間。

據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)近?？砂惭b風(fēng)電約2億千瓦，海上風(fēng)電年利用小時(shí)數(shù)長(zhǎng)，風(fēng)速高且穩(wěn)定，單機(jī)能量產(chǎn)出較大。國(guó)家計(jì)劃2020年前在江蘇南通、鹽城、上海、山東魯北等海域重點(diǎn)建設(shè)幾個(gè)百萬(wàn)千瓦級(jí)大型風(fēng)電基地，在其他海域重點(diǎn)建設(shè)數(shù)十個(gè)10萬(wàn)千瓦級(jí)的海上風(fēng)電場(chǎng)。預(yù)計(jì)到2015年，我國(guó)海上風(fēng)電累計(jì)裝機(jī)有望達(dá)到500萬(wàn)千瓦;到2020年，海上風(fēng)電累計(jì)裝機(jī)有望達(dá)到3000萬(wàn)千瓦。

2021年10月19日，中國(guó)海洋石油集團(tuán)有限公司首個(gè)海上風(fēng)電項(xiàng)目——江蘇海上風(fēng)電場(chǎng)實(shí)現(xiàn)全容量投產(chǎn)運(yùn)行。這是其加碼實(shí)施新能源戰(zhàn)略的標(biāo)志性一步。 2100433B

書(shū)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(shí)間：2010-6-1

開(kāi) 本：16開(kāi)

頁(yè) 數(shù)：190

定 價(jià)：49元2100433B

“海上風(fēng)力發(fā)電技術(shù)與檢測(cè)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室”2010年12月獲國(guó)家科技部批準(zhǔn)建設(shè)，是全國(guó)第二批依托轉(zhuǎn)制院所和企業(yè)建設(shè)的56個(gè)企業(yè)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室之一。

實(shí)驗(yàn)室以海上風(fēng)力發(fā)電技術(shù)與檢測(cè)為主題，緊密?chē)@海上風(fēng)力發(fā)電的共性、關(guān)鍵技術(shù)開(kāi)展研究，形成了適合于海上及近海風(fēng)場(chǎng)的“大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組關(guān)鍵技術(shù)、風(fēng)力發(fā)電機(jī)關(guān)鍵技術(shù)、大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組葉片技術(shù)、機(jī)組控制、變流、并網(wǎng)、安裝關(guān)鍵技術(shù)”四個(gè)研究方向。驗(yàn)收專(zhuān)家組建議該實(shí)驗(yàn)室進(jìn)一步突出海上風(fēng)電技術(shù)特色，使實(shí)驗(yàn)室成為國(guó)內(nèi)外能源領(lǐng)域的高水平實(shí)驗(yàn)研究平臺(tái)。