海上風力發(fā)電技術(shù)特點

海上風機是在現(xiàn)有陸地風機基礎(chǔ)上針對海上風環(huán)境進行適應性"海洋化"發(fā)展起來的。

高翼尖速度

陸地風機更多的是以降低噪聲來進行優(yōu)化設計的，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機的結(jié)構(gòu)和傳動系統(tǒng)帶來一些設計上的有利變化。

變槳速運行

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

減少槳葉數(shù)量

現(xiàn)在大多數(shù)風機采用3槳葉設計，存在噪聲和視覺污染。采用2槳葉設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)境下風機其他部件

海洋環(huán)境下要考慮風機部件對海水和高潮濕氣候的防腐問題;塔中具有升降設備滿足維護需要;變壓器和其他電器設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近岸大型概念風機能有效減少基礎(chǔ)數(shù)量，降低海上風場成本。按12m/s額定風速，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的風機。

歐洲未來風力發(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)風能開發(fā)技術(shù)相結(jié)合，開展深海(50~200m)風能開發(fā)研究，包括低成本的錨定技術(shù)、平臺優(yōu)化、平臺動力學研究、懸浮風力機標準等。

海上風機的支撐技術(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)量使風機矗立在海面上。Vindeby和TunoeKnob海上風電場基礎(chǔ)就采用了這種傳統(tǒng)技術(shù)。在風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。風塔下面的鋼樁分布著一些鋼架，這些鋼架承擔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的大型風機。

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，風力發(fā)電成為最受追捧的"寵兒"。而其中，海上風電在發(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)于陸上風電，海上風電產(chǎn)業(yè)的發(fā)展具有較大潛力。

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

數(shù)據(jù)顯示2010年，全球海上風電新增裝機144.4萬千瓦，同比增長110%，占全球風電新增裝機的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，成為海上風電的全球領(lǐng)跑者，預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6兆瓦大型風電機組建設海上風電場，成為海上風電的后起之秀。歐洲之外，中國上海東海大橋近海風電與江蘇如東潮間帶兩個海上風電項目并網(wǎng)發(fā)電，為大規(guī)模建設海上風電場建設，積累了設備制造、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電事業(yè)發(fā)展的元年。海上風電項目的特許招標于5月份啟動。2011年下半年我國啟動第二批海上風電特許權(quán)項目的招標準備工作，預計2012年上半年完成招標，總建設規(guī)模將在150-200萬千瓦之間。

據(jù)統(tǒng)計，我國近?？砂惭b風電約2億千瓦，海上風電年利用小時數(shù)長，風速高且穩(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幾個百萬千瓦級大型風電基地，在其他海域重點建設數(shù)十個10萬千瓦級的海上風電場。預計到2015年，我國海上風電累計裝機有望達到500萬千瓦;到2020年，海上風電累計裝機有望達到3000萬千瓦。

書名:海上風力發(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