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        海上浮動風力發電場的發展
        發布時間:2021-06-16 閱讀47次

        海上浮動風力發電場的發展

        一、前言

        在深水建設海上風電場的一個優點是風力更大更穩定,因為陸地上的山脈有可能破壞氣流。此外,噪聲對陸地上的居民鮮有影響,因為渦輪機距離居民區并不非常遠。陸上或近海風力發電場,對生物也有影響,據說會引起動物遷移,容易發生鳥類死亡事故,而遠海處的鳥類比較少,對魚類的影響尚有待研討。

        人類為了開發更多的清潔電能,認為海上風力發電場具有很大的可挖掘潛力。由支柱(一般為三根)固定的淺海風力發電場,目前認為只能安裝在約30米至50米深的水域,更保守的看法,認為當水深小于20 m時為淺水域,風電設備的基礎底座支柱,直接插入海底以下10 m固定比較可靠,這些條件,大部分風力發電場智能在近海地區建造。世界上也有不少近海水域,實際上深度也常大于50米,所以發展海上浮動風力發電場,引起一些國家的注意,并擬定了發展計劃。

        當水深在20 m300 m之間的深水域,就可以采用浮體結構,它是矩形或三角形箱體,漂浮在海面上。風電設備的支撐塔柱固定在盒式箱體上,浮體則由纜索牽引,纜索錨固于海底,這種漂浮箱體結構型式要注意強風時的搖動和傾斜。建造海上浮動風力發電場,是在半潛式海上石油平臺的技術基礎上發展起來的,半潛式海上石油平臺的建造,雖比海上浮動風力發電場難度大一些,但海上浮動風力發電場的遠程控制是一項很先進技術。

        此外,海上浮動風力發電場的發電機的容量大,安裝總容量也較大,采用高壓交流(HVAC)或是高壓直流(HVDC)輸電方案,??紤]最終經濟效益來選擇。

        二、挪威重視浮動式風力發電場開發

        挪威是世界上第一個擬建造首座海上浮動風力發電站的國家。據《挪威郵報》報道,挪威國家石油海德魯公司(StatoilHydro)決定在挪威Karmoy海域建造世界首座浮動風力發電機,稱為Hywind”,計劃于2009年秋季動工,計劃投資4億克朗(8000萬美元)。
        StatoilHydro公司新能源部Alexandra Gjoerv主任表示,公司將利用海上油氣開采技術來開發海上風力資源。擬建的海上風力發電站安裝在水下100多米的浮標上,通過三根錨索固定在海下120-170米深的海底。發電機葉片直徑為80米,高出海平面約65米。

        StatoilHydro公司將與其他公司密切合作,共同開發海上風力資源。Siemens公司負責生產風力發電機組,Technip公司負責生產浮標系統并安裝,電線電纜產品由Nexans公司負責生產,這說明SiemensNexans總是搶跑在技術前沿。

        挪威國家石油公司已建造了一臺2.3兆瓦的浮動式Hywind渦輪機原型,安裝在挪威卡姆島離岸10公里的水里。該原型采用了由Siemens公司提供的渦輪機和法國德希尼布公司(TechnipS.A.)的浮動技術。這臺渦輪機的建造和部署成本約為4億挪威克郎(6,490萬美元),預計每年將產生約9,000千兆瓦小時的電力。挪威國家石油公司聲稱,該渦輪機可以在700米深的水域使用,這說明浮動技術能滿足很多海域深的度要求。

        20099月測試成功后,挪威國家石油公司目前正在評估全球各地的風電站點,以便大規模部署浮動式風力發電場。當然這類工程還在逐步深化試驗階段,一時還不能作為大規模商業運作。挪威國家石油公司發現,路易斯和阿伯丁郡的沿岸水域適宜建設浮動風電場。這些地點能容納35Hywind渦輪機裝置,也可以進行測試以確定這項技術的商業潛力。

        三、蘇格蘭積極準備漂浮式風力發電場

        蘇格蘭可能會建設世界上第一座漂浮式風電場,該國第一部長AlexSalmond開始與挪威能源巨頭挪威國家石油公司進行談判,爭取這一海上風能項目。蘇格蘭國際發展(Scottish DevelopmentInternational)MarineScotland一直在與挪威國家石油公司合作,進行可行性研究。挪威國家石油公司將于下月再次造訪蘇格蘭,深入研究各個施工地點的潛力。

        Salmond先生說,Hywind第二期風電場項目會見證蘇格蘭與挪威合作。該項目將降低深水海上風能的限制,打破100米的記錄,首次開拓遠海區域用于風能開發。。

        薩爾蒙德先生指出,蘇格蘭海上風電開發的潛力巨大,而蘇格蘭政府的目標正是發展風力發電。這一產業可以帶來300億英鎊(466.4億美元)的投資,創造2萬個工作崗位。
        蘇格蘭政府認為,海上風能可以在該國能源結構中占更大的份額。最近的一項研究表明,到2050年,只要利用蘇格蘭海上風能儲量的三分之一,產生的電力就可達到全國供電的7倍以上。

        蘇格蘭定下目標,到2020年,可再生能源的供電占到總用電量的50%。蘇格蘭打算在2011年達到31%。2008年,蘇格蘭已經有22%的電力來自可再生能源。

        三、美國院士在中國的吹風

        這還是2007年的事情,美國工程院院士鮑亦和向海大捐款5萬元設立鮑亦和院士創新獎,計劃在海南建世界首座浮海風力發電場。對國際風電先驅鮑亦和來說,海洋是他的藍色試驗田,擁有中國最廣闊海域的海南自然魅力無限。為了實現海風代油,海風代煤的夢想,這位73歲的學者近日特地從美國來到海南考察,并計劃在我省遠海建立世界第一座試點性浮海發電場。他認為海南所轄海域面積200多萬平方公里,占全國海域面積的2/3,是全國最大的海洋省,發展海風發電潛力很大。這種立軸式浮海風力發電機高100米左右,由一根長柱和兩片弓形的頁片組成,它底端固定在浮箱上,并用錨將浮箱拉在水下一定位置,比較重的蓄電設備都集中在長柱下端。下面重,上面輕,就像不倒翁的原理一樣,發電機即使沒有海底樁,也不會倒。省了很多材料成本,也節省了安裝、維修費用。據悉,島嶼能源缺乏一直是全世界島國和省份最心憂的問題。沒有大河,沒有豐富煤礦,水電和火電都難有效開展。對于美麗的熱帶海島來說,燒煤發電所產生的粉塵污染更讓人心痛。這么美的島,游客這么多,海南應該盡量用清潔的可再生能源,為后代留住這一方水土和空氣。 雖然目前海風發電的成本比火電高,但鮑亦和對它的前景很樂觀。他說,除在蓄電等方面希望進一步改進外,浮海風力發電機技術比較成熟,沒有突破性的技術難題。只要在投資、稅收等軟環境上多鼓勵、支持,再大批量生產、運用,就能很快降低成本。目前,鮑亦和計劃在海南海域建首座浮海發電場,逐年安裝40臺浮海發電機,希望能在三年內開始發電。他說,要是海南海域都利用起來,一年生產的綠色風力電,是目前全國發電量的6倍!1萬度的海風綠電,可以減少火電11噸左右的二氧化碳排放量,這對海南環境保護很有利。南海地理位置非常敏感,對于這一項建議,還需要詳細論證。

        四、某些公司對風電技術的分析

        1、風電機組

        海洋風電機組應是大型的,其功率通常在2 MW5 MW或更大,據說要發展7 MW,而目前2 MW以下基本上適用于陸地。

        2、風電工程造價包括

        陸上風力發電場,風力發電機組(78%)、電氣裝置(12%)、土建工程(6%)、電力消費(2%)、工程管理(2%)。其中風輪機和發電機所占比重最大,應采用新技術新材料來降低造價,例如采用高強度玻璃纖維加上環氧樹脂來取代鋁合金制造葉片,取消齒輪增速箱等。美國開發的新型葉片可使捕捉風的能力提高 20 %。采用變頻調速后使風能利用率提高 15 %。

        3、風輪葉片數目

        風輪葉片數目為2片或3片,2片適于較高的周速比(葉片尖端周速與風速之比),3片則適用于較低的周速比。要注意2葉片轉輪相對于旋轉平面各軸線的螺槳慣性矩并不相同,由此會引起附加動態負荷、必須采取相應輔助結構措施。德國大型機造用1個葉片是為了降低成本,葉片造價為風輪機的1/51/3, 3片改為1片可降低成本20%,但主流還是采用3葉片。

        4、輸電線纜

        海洋風電設備通常距沿岸為10 km30 km。由于高壓交流輸電(HVAC)線路越長;損耗也越大,這是設計人員最不能接受的問題。HVAC雖然是一門成熟的技術,但較多地認為適用于輸電距離在7080 km;有功功率小于500 MW以下的海上風力發電場。

        當輸電距離較長,如在100 km以上;容量較大,如在300 MW以上時但較多地認為選擇高壓直流輸電(HVDC)更合適。HVDC-VSC是一門可選的技術,適用于輸電距離大于80km的海上風力發電場,商業上可實現額定功率達1200 MW,可以控制有功和無功功率,可使用高壓直流XLPE電纜,并且大??煽醋饕粋€平面,各風力發電機接受的風力基本上均勻和穩定。相反陸上地勢高低變化,各風力發電機接受的風力不一定很均勻,這也可在陸上常觀察到的現象。(摘自《中國電線電纜網》)


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