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海上风力发电技术

作者:德国赌场 发布时间:2020-05-31 07:15 点击数:

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  风力发电是世界上发展最快的绿色能源技术,在陆地风电场建设快速发展的同时,人们已经注意到陆地风能利用所受到的一些限制,如占地面积大、噪声污染等问题。由于海上丰富的风能资源和当今技术的可行性,海洋将成为一个迅速发展的风电市场。欧美海上风电场已处于大规模开发的前夕。我国东部沿海水深50 m以内的海域面积辽阔,而且距离电力负荷中心(沿海经济发达电力紧缺区)很近,随着海上风电场技术的发展成熟,风电必将会成为我国东部沿海地区可持续发展的重要能源来源。

  重力沉箱主要依靠沉箱自身质量使风机矗立在海面上。Vindeby和TunoeKnob海上风电场基础就采用了这种传统技术。在风场附近的码头用钢筋混凝土将沉箱基础建起来,然后使其漂到安装位置,并用沙砾装满以获得必要的质量,继而将其沉入海底。海面上基础呈圆锥形,可以起到减少海上浮冰碰撞的作用。Vindeby和Tunoe Knob风电场的水深变化范围在2.5~7.5m之间,每个混凝土基础的平均质量为1050t。该技术进一步发展,用圆柱钢管取代了钢筋混凝土,将其嵌入到海床的扁钢箱里。该技术适用于水深小于10m的浅海地区。

  (2)单桩基础。单桩基础由一个直径在3~4.5m之间的钢桩构成。钢桩安装在海床下18~25m的地方,其深度由海床地面的类型决定。单桩基础有力地将风塔伸到水下及海床内。这种基础的一大优点是不需整理海床。但是,它需要防止海流对海床的冲刷,而且不适用于海床内有巨石的位置。该技术应用范围水深小于25m。

  (3)三脚架基础。三脚架基础吸取了海上油气工业中的一些经验,采用了质量轻、价格低的三脚钢套管。风塔下面的钢桩分布着一些钢架,这些钢架承担和传递来自塔身的载荷,这三个钢桩被埋置于海床下10~20m的地方。

  以悬浮式支撑有浮筒式和半浸入式2种方式,主要应用于水深75~500m的范围。

  (1)浮筒式支撑。浮筒式基础由8根与海床系留锚相连的缆索固定在海面上,风机塔杆通过螺栓与浮筒相连。

  (2)半浸入式支撑。主体支撑结构浸于水中,通过缆索与海底的锚锭连接,该形式受波浪干扰较小,可以支撑3~6MW、旋翼直径80m的大型风机。

  海上风机是在现有陆地风机基础上针对海上风环境进行适应性“海洋化”发展起来的。

  陆地风机更多的是以降低噪声来进行优化设计的,而海上则以更大地发挥空气动力效益来优化,高翼尖速度、小的桨叶面积将给风机的结构和传动系统带来一些设计上的有利变化。

  高翼尖速度桨叶设计,可提高风机起始工作风速并带来较大的气动力损失,采用变桨速设计技术可以解决这个问题,它能使风机在额定转速附近以最大速度工作。

  大多数风机采用3桨叶设计,存在噪声和视觉污染。采用2桨叶设计会带来气动力损失,但可降低制造、安装等成本,因此也是研究的一个方向。

  研制结构简单、高效的发电机,如直接驱动同步环式发电机、直接驱动永磁式发电机、线]

  海洋环境下要考虑风机部件对海水和高潮湿气候的防腐问题;塔中具有升降设备满足维护需要;变压器和其他电器设备可安放在上部吊舱或离海面一定高度的下部平台上;控制系统要具备岸上重置和重新启动功能;备用电源用来在特殊情况下置风机于安全停止位置。

  新近提出的一种10MW近岸大型概念风机能有效减少基础数量,降低海上风场成本。按12m/s额定风速,要产生10MW的输出,主转子直径需要约200m,主转子外缘速度达到56m/s,主转子叶片弦长3m,叶片数量10个。主转子采用张线固定,其主轴迎风顶端支撑在直径300mm的支撑塔杆上,塔杆固定在海床上;主轴末端由小型飞艇悬挂和海面上浮船绞盘钢索拉住保持平衡,或采用海面上三角悬浮支撑方式。这样,主转子就可以随来风变化绕顶端旋转。主旋翼叶片由7段组成,最外段安装有4个直径3.6m的风机。

  欧洲未来风力发电增长的很大部分将来源于海上,美国能源部也制定风力资源深海发展战略,将海上油、气开发技术经验与近岸浅水(0~30m)风能开发技术相结合,开展深海(50~200m)风能开发研究,包括低成本的锚定技术、平台优化、平台动力学研究、悬浮风力机标准等。

  在全球能源趋紧和节能减排双重重压之下,新的可再生能源受到无比青睐。相对价格偏高的太阳能发电和已经接近饱和的水电资源,风力发电成为最受追捧的“宠儿”。而其中,海上风电在发电稳定性、电网接入便利性、土地节省等多方面均优于陆上风电,海上风电产业的发展具有较大潜力。

  截至2010年底,全球已建成43个海上风电场,安装了1339台风电机组,总容量366.6万千瓦,海上风电正在成为全球风电开发领域的新宠。

  数据显示2010年,全球海上风电新增装机144.4万千瓦,同比增长110%,占全球风电新增装机的3.7%,主要分布在欧洲的英国、丹麦、比利时和德国。其中:英国2010年海上新增装机92.5万千瓦,成为海上风电的全球领跑者,预计在今后几年英国仍将会保持领先地位;德国近两年采用5兆瓦和6兆瓦大型风电机组建设海上风电场,成为海上风电的后起之秀。欧洲之外,中国上海东海大桥近海风电与江苏如东潮间带两个海上风电项目并网发电,为大规模建设海上风电场建设,积累了设备制造、工程施工以及运营维护的经验。

  2010年被业界普遍认为是中国海上风电事业发展的元年。海上风电项目的特许招标于5月份启动。2011年下半年我国启动第二批海上风电特许权项目的招标准备工作,预计2012年上半年完成招标,总建设规模将在150-200万千瓦之间。

  据统计,我国近海可安装风电约2亿千瓦,海上风电年利用小时数长,风速高且稳定,单机能量产出较大。国家计划2020年前在江苏南通、盐城、上海、山东鲁北等海域重点建设几个百万千瓦级大型风电基地,在其他海域重点建设数十个10万千瓦级的海上风电场。预计到2015年,我国海上风电累计装机有望达到500万千瓦;到2020年,海上风电累计装机有望达到3000万千瓦。


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