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海上浮动风力发电场的发展

发布时间: 2010-11-18 9:12:26    点击:   文章来源:本站原创   
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  • 在深水建设海上风电场的一个优点是风力更大更稳定,因为陆地上的山脉有可能破坏气流。此外,噪声对陆地上的居民鲜有影响,因为涡轮机距离居民区并不非常远。
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    一、前言
    在深水建设海上风电场的一个优点是风力更大更稳定,因为陆地上的山脉有可能破坏气流。此外,噪声对陆地上的居民鲜有影响,因为涡轮机距离居民区并不非常远。陆上或近海风力发电场,对生物也有影响,据说会引起动物迁移,容易发生鸟类死亡事故,而远海处的鸟类比较少,对鱼类的影响尚有待研讨。
    人类为了开发更多的清洁电能,认为海上风力发电场具有很大的可挖掘潜力。由支柱(一般为三根)固定的浅海风力发电场,目前认为只能安装在约30米至50米深的水域,更保守的看法,认为当水深小于20 m时为浅水域,风电设备的基础底座支柱,直接插入海底以下10 m固定比较可靠,这些条件,大部分风力发电场智能在近海地区建造。世界上也有不少近海水域,实际上深度也常大于50米,所以发展海上浮动风力发电场,引起一些国家的注意,并拟定了发展计划。
    当水深在20 m~300 m之间的深水域,就可以采用浮体结构,它是矩形或三角形箱体,漂浮在海面上。风电设备的支撑塔柱固定在盒式箱体上,浮体则由缆索牵引,缆索锚固于海底,这种漂浮箱体结构型式要注意强风时的摇动和倾斜。建造海上浮动风力发电场,是在半潜式海上石油平台的技术基础上发展起来的,半潜式海上石油平台的建造,虽比海上浮动风力发电场难度大一些,但海上浮动风力发电场的远程控制是一项很先进技术。
    此外,海上浮动风力发电场的发电机的容量大,安装总容量也较大,采用高压交流(HVAC)或是高压直流(HVDC)输电方案,常考虑最终经济效益来选择。

    二、挪威重视浮动式风力发电场开发
    挪威是世界上第一个拟建造首座海上浮动风力发电站的国家。据《挪威邮报》报道,挪威国家石油海德鲁公司(StatoilHydro)决定在挪威Karmoy海域建造世界首座浮动风力发电机,称为“Hywind”,计划于2009年秋季动工,计划投资4亿克朗(约8000万美元)。
    StatoilHydro公司新能源部Alexandra Gjoerv主任表示,公司将利用海上油气开采技术来开发海上风力资源。拟建的海上风力发电站安装在水下100多米的浮标上,通过三根锚索固定在海下120-170米深的海底。发电机叶片直径为80米,高出海平面约65米。
    StatoilHydro公司将与其他公司密切合作,共同开发海上风力资源。Siemens公司负责生产风力发电机组,Technip公司负责生产浮标系统并安装,电线电缆产品由Nexans公司负责生产,这说明Siemens和Nexans总是抢跑在技术前沿。
    挪威国家石油公司已建造了一台2.3兆瓦的浮动式Hywind涡轮机原型,安装在挪威卡姆岛离岸10公里的水里。该原型采用了由Siemens公司提供的涡轮机和法国德希尼布公司(TechnipS.A.)的浮动技术。这台涡轮机的建造和部署成本约为4亿挪威克郎(6,490万美元),预计每年将产生约9,000千兆瓦小时的电力。挪威国家石油公司声称,该涡轮机可以在700米深的水域使用,这说明浮动技术能满足很多海域深的度要求。
    自2009年9月测试成功后,挪威国家石油公司目前正在评估全球各地的风电站点,以便大规模部署浮动式风力发电场。当然这类工程还在逐步深化试验阶段,一时还不能作为大规模商业运作。挪威国家石油公司发现,路易斯和阿伯丁郡的沿岸水域适宜建设浮动风电场。这些地点能容纳3至5台Hywind涡轮机装置,也可以进行测试以确定这项技术的商业潜力。

    三、苏格兰积极准备漂浮式风力发电场
    苏格兰可能会建设世界上第一座漂浮式风电场,该国第一部长AlexSalmond开始与挪威能源巨头挪威国家石油公司进行谈判,争取这一海上风能项目。苏格兰国际发展(Scottish DevelopmentInternational)和MarineScotland一直在与挪威国家石油公司合作,进行可行性研究。挪威国家石油公司将于下月再次造访苏格兰,深入研究各个施工地点的潜力。
    Salmond先生说,“Hywind第二期风电场项目会见证苏格兰与挪威合作。该项目将降低深水海上风能的限制,打破100米的记录,首次开拓远海区域用于风能开发。”。
    萨尔蒙德先生指出,苏格兰海上风电开发的潜力巨大,而苏格兰政府的目标正是发展风力发电。这一产业可以带来300亿英镑(466.4亿美元)的投资,创造2万个工作岗位。
    苏格兰政府认为,海上风能可以在该国能源结构中占更大的份额。最近的一项研究表明,到2050年,只要利用苏格兰海上风能储量的三分之一,产生的电力就可达到全国供电的7倍以上。
    苏格兰定下目标,到2020年,可再生能源的供电占到总用电量的50%。苏格兰打算在2011年达到31%。2008年,苏格兰已经有22%的电力来自可再生能源。

    三、美国院士在中国的吹风
    这还是2007年的事情,美国工程院院士鲍亦和向海大捐款5万元设立“鲍亦和院士创新奖”,计划在海南建世界首座浮海风力发电场。对国际风电先驱鲍亦和来说, 海洋是他的蓝色试验田,拥有中国最广阔海域的海南自然魅力无限。为了实现海风代油,海风代煤的梦想,这位73岁的学者近日特地从美国来到海南考察,并计划在我省远海建立世界第一座试点性浮海发电场。他认为“海南所辖海域面积200多万平方公里,占全国海域面积的2/3,是全国最大的海洋省,发展海风发电潜力很大。”这种立轴式浮海风力发电机高100米左右,由一根长柱和两片弓形的页片组成,它底端固定在浮箱上,并用锚将浮箱拉在水下一定位置,比较重的蓄电设备都集中在长柱下端。“下面重,上面轻,就像不倒翁的原理一样,发电机即使没有海底桩,也不会倒。省了很多材料成本,也节省了安装、维修费用。据悉,岛屿能源缺乏一直是全世界岛国和省份最心忧的问题。没有大河,没有丰富煤矿,水电和火电都难有效开展。对于美丽的热带海岛来说,烧煤发电所产生的粉尘污染更让人心痛。“这么美的岛,游客这么多,海南应该尽量用清洁的可再生能源,为后代留住这一方水土和空气。” 虽然目前海风发电的成本比火电高,但鲍亦和对它的前景很乐观。他说,除在蓄电等方面希望进一步改进外,浮海风力发电机技术比较成熟,没有突破性的技术难题。只要在投资、税收等软环境上多鼓励、支持,再大批量生产、运用,就能很快降低成本。目前,鲍亦和计划在海南海域建首座浮海发电场,逐年安装40台浮海发电机,希望能在三年内开始发电。他说,要是海南海域都利用起来,一年生产的绿色风力电,是目前全国发电量的6倍!“1万度的海风绿电,可以减少火电11吨左右的二氧化碳排放量,这对海南环境保护很有利。”
    南海地理位置非常敏感,对于这一项建议,还需要详细论证。

    四、某些公司对风电技术的分析
    1. 风电机组
    海洋风电机组应是大型的,其功率通常在2 MW~5 MW或更大,据说要发展7 MW,而目前2 MW以下基本上适用于陆地。
    2. 风电工程造价包括
    陆上风力发电场,风力发电机组(占78%)、电气装置(占12%)、土建工程(占6%)、电力消费(占2%)、工程管理(占2%)。其中风轮机和发电机所占比重最大,应采用新技术新材料来降低造价,例如采用高强度玻璃纤维加上环氧树脂来取代铝合金制造叶片,取消齿轮增速箱等。美国开发的新型叶片可使捕捉风的能力提高 20 %。
    采用变频调速后使风能利用率提高 15 %。
    3. 风轮叶片数目
    风轮叶片数目为2片或3片,2片适于较高的周速比(叶片尖端周速与风速之比),3片则适用于较低的周速比。要注意2叶片转轮相对于旋转平面各轴线的螺桨惯性矩并不相同,由此会引起附加动态负荷、必须采取相应辅助结构措施。德国大型机造用1个叶片是为了降低成本,叶片造价为风轮机的1/5~1/3, 3片改为1片可降低成本20%,但主流还是采用3叶片。
    4. 输电线缆
    海洋风电设备通常距沿岸为10 km~30 km。由于高压交流输电(HVAC)线路越长;损耗也越大,这是设计人员最不能接受的问题。HVAC虽然是一门成熟的技术,但较多地认为适用于输电距离在70~80 km;有功功率小于500 MW以下的海上风力发电场。
    当输电距离较长,如在100 km以上;容量较大,如在300 MW以上时, 但较多地认为选择高压直流输电(HVDC)更合适。HVDC-VSC是一门可选的技术,适用于输电距离大于80km的海上风力发电场,商业上可实现额定功率达1200 MW,可以控制有功和无功功率,可使用高压直流XLPE电缆,并且大海可看作一个平面,各风力发电机接受的风力基本上均匀和稳定。相反陆上地势高低变化,各风力发电机接受的风力不一定很均匀,这也可在陆上常观察到的现象。
     

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