1、一、海上风电场开发应用背景一、海上风电场开发应用背景 时代背景：传统一次能源储量有限且对环境污时代背景：传统一次能源储量有限且对环境污染严重，新兴清洁的可再生能源染严重，新兴清洁的可再生能源风能迅速发风能迅速发展。展。2001-20102001-2010年世界新增风力装机总量如图（年世界新增风力装机总量如图（1 1）2001-20102001-2010年世界新增风电装机容量年世界新增风电装机容量图图120112011年世界新增风电装机最多的年世界新增风电装机最多的1010个国家个国家 (/MW) (/MW)中国中国美国美国西班牙西班牙德国德国印度印度13,75013,7509,9229,922
2、2,3312,3311,9171,9171,1721,172意大利意大利法国法国英国英国加拿大加拿大 葡萄牙葡萄牙1,1171,1171,1041,1041,0771,077950950645645二、现阶段取得的成果二、现阶段取得的成果 海上风电场海上风电场塔架地基设计塔架地基设计取决于水深、取决于水深、波浪高度和海波浪高度和海床类型。床类型。海上风电场最理想水深是海上风电场最理想水深是230m,如上图所示，如上图所示，地基设计分为适合地基设计分为适合520m的单桩式、适合的单桩式、适合210m的重力沉箱式和适合的重力沉箱式和适合1530m的三脚架式。的三脚架式。2.1海上风电基础和施工海上
3、风电基础和施工三脚架式基础风力机三脚架式基础风力机漂浮式地基离岸风电场漂浮式地基离岸风电场 另一种应用较广的地基设计是漂浮式，挪另一种应用较广的地基设计是漂浮式，挪威建造了世界上第一个漂浮式风电场。威建造了世界上第一个漂浮式风电场。 这个漂浮式海上风电试验场离岸约这个漂浮式海上风电试验场离岸约30公公里，水深里，水深220米，安一台米，安一台Simens 2.3MW风风电机组电机组.下图是这台深海风机的示意图。下图是这台深海风机的示意图。 1.海上漂浮式地基，可用于水海上漂浮式地基，可用于水深深120-700米的深海；米的深海；2.风机重量风机重量 138吨；吨；3. 纤绳纤绳 100米；米；
4、4. 排水量排水量 5300立方米；立方米；5. 水线直径水线直径 6米；米；6.钢制塔和钢质水下结构钢制塔和钢质水下结构;7.空气动力变桨调节；空气动力变桨调节；8.海上组装海上组装,适合北海极端环境适合北海极端环境漂浮式风力机示意图漂浮式风力机示意图Simens2.3MW漂浮式风力机相关参数漂浮式风力机相关参数2.2 海上风电机组市场海上风电机组市场 丹麦行业咨询机构丹麦行业咨询机构BTM指出，指出，2009年中国已成为第一大风电装机市年中国已成为第一大风电装机市场，新增场，新增13.75GW。全球风电装机总。全球风电装机总量预计量预计5年内增至年内增至447GW，10年内扩年内扩大至大至
5、1000GW。 典型海上风电场中风力机在径向配置上被连典型海上风电场中风力机在径向配置上被连接在一起。接在一起。u 径向臂上的风力机数量决定了电缆容量。径向臂上的风力机数量决定了电缆容量。u径向配置是欠可靠的，一条电缆损坏会导致整径向配置是欠可靠的，一条电缆损坏会导致整条线路上风力机无法正常工作。而环形配置解条线路上风力机无法正常工作。而环形配置解决了这个问题。决了这个问题。u10台以上机组采用辐射式或者开台以上机组采用辐射式或者开/闭环网接线。闭环网接线。3.1 3.1 海上风电场风力机布局选择海上风电场风力机布局选择三、海上风电的送出三、海上风电的送出风电场风力机径向布局图风电场风力机径向
6、布局图3.2 3.2 海底电缆中电能传输海底电缆中电能传输u海上风电场内集成线路：从风机发出海上风电场内集成线路：从风机发出690V经经升压至升压至2235KV的场内汇流线路。的场内汇流线路。 电网传输包括交流输出（电网传输包括交流输出（AC）和直流输）和直流输出出(DC)两种。两种。 如果海上风电场离岸较远，电网有功功率如果海上风电场离岸较远，电网有功功率损失较重，不适宜使用交流输出形式而适宜采用损失较重，不适宜使用交流输出形式而适宜采用高电压直流（高电压直流（HVDC）输出形式。）输出形式。u交流输电：目前所有风电场的电网接口变电站交流输电：目前所有风电场的电网接口变电站将将2236KW电
7、压升至较高压后通过交流电缆将电压升至较高压后通过交流电缆将电能输送到岸上。电能输送到岸上。 海上风电场电能多兆瓦容量和长距离传输使海上风电场电能多兆瓦容量和长距离传输使得交流电功率损耗显著增加，电缆两端均需要无得交流电功率损耗显著增加，电缆两端均需要无功补偿、且传输容量可能被限制。功补偿、且传输容量可能被限制。交流输电和直流输电的优缺点比较交流输电和直流输电的优缺点比较u直流输电：消除交流输电部分缺点，且显著降直流输电：消除交流输电部分缺点，且显著降低对岸上电网故障电流。低对岸上电网故障电流。 海洋中海洋中HVDC电缆是一项成熟的技术，电缆是一项成熟的技术，其两端需要其两端需要AC-DC和和D
8、C-AC变换，且电缆变换，且电缆两端均需要无功补偿。这使得两端均需要无功补偿。这使得HVDC电缆投资电缆投资成本可能为交流电缆的几倍。成本可能为交流电缆的几倍。 四、海上风电出现过的主要问题四、海上风电出现过的主要问题4.1风电设备问题风电设备问题 海上特殊环境引起的风电机组故障，海上特殊环境引起的风电机组故障，令机组成批拆卸返厂修理。各式风机返修情况令机组成批拆卸返厂修理。各式风机返修情况如下：如下：4.2 4.2 对生态环境的影响对生态环境的影响A）对周围旅游业和当地居民视觉感受的）对周围旅游业和当地居民视觉感受的影响影响B）对当地生态系统的影响）对当地生态系统的影响C）风机噪音、电磁波对
9、当地原住民生活）风机噪音、电磁波对当地原住民生活的影响的影响五、海上风电场并网的影响五、海上风电场并网的影响p海上风电场一般容量大，并网会给岸边电力系海上风电场一般容量大，并网会给岸边电力系统造成很大影响。统造成很大影响。p岸上电力系统短路容量大小直接影响海上风电岸上电力系统短路容量大小直接影响海上风电场并网对当地系统的干扰。场并网对当地系统的干扰。p风资源的不确定性和风电机组本身的运行特性风资源的不确定性和风电机组本身的运行特性导致风电机组的输出功率的波动导致风电机组的输出功率的波动,可能影响电可能影响电网的电能质量网的电能质量,引起电压波动与闪变、谐波污引起电压波动与闪变、谐波污染、无功过
10、量等。染、无功过量等。六、中国风电发展六、中国风电发展6.1风能资源评估风能资源评估 中国气象局风能太阳能资源评估中心中国气象局风能太阳能资源评估中心2011年年12月公布全国风能资源详查和评价工作成果。月公布全国风能资源详查和评价工作成果。 以高度以高度50m，风功率密度大于，风功率密度大于 潜在开潜在开发量为例：发量为例： 陆上陆上 23.8 亿千瓦亿千瓦 海上海上（水深（水深25m） 2 亿千瓦亿千瓦2300 /W m我国发电结构规划发展图我国发电结构规划发展图 现状：现状：风电场建设基本在陆上进行。风电场建设基本在陆上进行。 陆上工程采用的成熟技术经适应性调整陆上工程采用的成熟技术经适
11、应性调整均可运用到某些海上工程。均可运用到某些海上工程。 继续发展的瓶颈：继续发展的瓶颈： 有关电网和其他配套设施建设滞后。有关电网和其他配套设施建设滞后。6.2 我国风力发展现状我国风力发展现状 未来未来30年内将会大力发展海上风力发电。年内将会大力发展海上风力发电。 中国计划在距离海岸大约中国计划在距离海岸大约30英里的英里的地方大规模建造水上风力发电站，这些发电地方大规模建造水上风力发电站，这些发电站可能建在巨大的浮体上，也可能深入水下站可能建在巨大的浮体上，也可能深入水下120英尺建在大陆架上。英尺建在大陆架上。 6.3未来中国海上风力发电的大力发展未来中国海上风力发电的大力发展七、我
12、国海上风电规划7.1 海上风电场建设区域：海上风电场建设区域：潮间带和潮下带滩涂风电场：潮间带和潮下带滩涂风电场：多年平均大潮多年平均大潮高潮线以下至理论最低潮位以下高潮线以下至理论最低潮位以下5m水深内的水深内的海域。海域。近海风电场：近海风电场：理论最低潮位以下理论最低潮位以下5m 50m水深内的海域，含无人岛屿及海礁。水深内的海域，含无人岛屿及海礁。深海风电场：深海风电场：理论最低潮位以下理论最低潮位以下50m水深的海水深的海域，含无人岛屿及海礁。域，含无人岛屿及海礁。海上风电规划：海上风电规划：分析风能资源、建设条件及各分析风能资源、建设条件及各种制约因素，初步确定风电场场址，范围及装
13、种制约因素，初步确定风电场场址，范围及装机规模，估算相应海域装机容量；合理安排未机规模，估算相应海域装机容量；合理安排未来该地区下一期工程规划。来该地区下一期工程规划。海上风电输电规划：海上风电输电规划：分析相应地区电网现状分析相应地区电网现状和规划，进行电力电量销纳研究。对海上风电和规划，进行电力电量销纳研究。对海上风电进行输电网架规划设计，做出接入电力系统方进行输电网架规划设计，做出接入电力系统方案。案。 7.2规划内容规划内容项目预可行性研究：项目预可行性研究：优化选定若干个具备装优化选定若干个具备装机机1000MW以上的海上风电场址，提出分期以上的海上风电场址，提出分期建设方案，开展风
14、能资源和海洋水文的观测，建设方案，开展风能资源和海洋水文的观测，海底地质勘查和地形图测量等。从安全、稳定海底地质勘查和地形图测量等。从安全、稳定、经济、生态环境等等进行可行性评估。、经济、生态环境等等进行可行性评估。千万千瓦级风电基地规划千万千瓦级风电基地规划、海上风电的挑战、海上风电的挑战1）海上风力资源（评估）海上风力资源（评估） 2）海上风电设备（风机、海上变电站等）海上风电设备（风机、海上变电站等） 3）海上风电工程施工（设备运输、安装）海上风电工程施工（设备运输、安装） 4）海上风电场电力送出（远距离交、直）海上风电场电力送出（远距离交、直流输电）流输电） 5）海上风电场运行维护）海上风电场运行维护 6）恶劣海况、自然灾害（我国北方冬季）恶劣海况、自然灾害（我国北方冬季浮冰、南方夏季台风）浮冰、南方夏季台风）台风对风机影响台风对风机影响
