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[行業(yè)新聞] 海上浮動風(fēng)力發(fā)電場的發(fā)展
P:2013-04-11 20:51:21
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一、前言
在深水建設(shè)海上風(fēng)電場的一個優(yōu)點是風(fēng)力更大更穩(wěn)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(qū)并不非常遠(yuǎn)。陸上或近海風(fēng)力發(fā)電場，對生物也有影響，據(jù)說會引起動物遷移，容易發(fā)生鳥類死亡事故，而遠(yuǎn)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(fā)更多的清潔電能，認(rèn)為海上風(fēng)力發(fā)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(fēng)力發(fā)電場，目前認(rèn)為只能安裝在約30米至50米深的水域，更保守的看法，認(rèn)為當(dāng)水深小于20 m時為淺水域，風(fēng)電設(shè)備的基礎(chǔ)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(fēng)力發(fā)電場智能在近海地區(qū)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(fā)展海上浮動風(fēng)力發(fā)電場，引起一些國家的注意，并擬定了發(fā)展計劃。
當(dāng)水深在20 m～300 m之間的深水域，就可以采用浮體結(jié)構(gòu)，它是矩形或三角形箱體，漂浮在海面上。風(fēng)電設(shè)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(jié)構(gòu)型式要注意強風(fēng)時的搖動和傾斜。建造海上浮動風(fēng)力發(fā)電場，是在半潛式海上石油平臺的技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，半潛式海上石油平臺的建造，雖比海上浮動風(fēng)力發(fā)電場難度大一些，但海上浮動風(fēng)力發(fā)電場的遠(yuǎn)程控制是一項很先進技術(shù)。
此外，海上浮動風(fēng)力發(fā)電場的發(fā)電機的容量大，安裝總?cè)萘恳草^大，采用高壓交流(HVAC)或是高壓直流(HVDC)輸電方案，�？紤]最終經(jīng)濟效益來選擇。
二、挪威重視浮動式風(fēng)力發(fā)電場開發(fā)
挪威是世界上第一個擬建造首座海上浮動風(fēng)力發(fā)電站的國家。據(jù)《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(fēng)力發(fā)電機，稱為“Hywind”，計劃于2009年秋季動工，計劃投資4億克朗(約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(shù)來開發(fā)海上風(fēng)力資源。擬建的海上風(fēng)力發(fā)電站安裝在水下100多米的浮標(biāo)上，通過三根錨索固定在海下120-170米深的海底。發(fā)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(fā)海上風(fēng)力資源。Siemens公司負(fù)責(zé)生產(chǎn)風(fēng)力發(fā)電機組，Technip公司負(fù)責(zé)生產(chǎn)浮標(biāo)系統(tǒng)并安裝，電線電纜產(chǎn)品由Nexans公司負(fù)責(zé)生產(chǎn)，這說明Siemens和Nexans總是搶跑在技術(shù)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(shù)。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(yù)計每年將產(chǎn)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(shù)能滿足很多海域深的度要求。
自2009年9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(fēng)電站點，以便大規(guī)模部署浮動式風(fēng)力發(fā)電場。當(dāng)然這類工程還在逐步深化試驗階段，一時還不能作為大規(guī)模商業(yè)運作。挪威國家石油公司發(fā)現(xiàn)，路易斯和阿伯丁郡的沿岸水域適宜建設(shè)浮動風(fēng)電場。這些地點能容納3至5臺Hywind渦輪機裝置，也可以進行測試以確定這項技術(shù)的商業(yè)潛力。
三、蘇格蘭積極準(zhǔn)備漂浮式風(fēng)力發(fā)電場
蘇格蘭可能會建設(shè)世界上第一座漂浮式風(fēng)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(fēng)能項目。蘇格蘭國際發(fā)展(Scottish DevelopmentInternational)和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(fēng)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(fēng)能的限制，打破100米的記錄，首次開拓遠(yuǎn)海區(qū)域用于風(fēng)能開發(fā)。”。
薩爾蒙德先生指出，蘇格蘭海上風(fēng)電開發(fā)的潛力巨大，而蘇格蘭政府的目標(biāo)正是發(fā)展風(fēng)力發(fā)電。這一產(chǎn)業(yè)可以帶來300億英鎊(466.4億美元)的投資，創(chuàng)造2萬個工作崗位。
蘇格蘭政府認(rèn)為，海上風(fēng)能可以在該國能源結(jié)構(gòu)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(fēng)能儲量的三分之一，產(chǎn)生的電力就可達到全國供電的7倍以上。
蘇格蘭定下目標(biāo)，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(jīng)有22%的電力來自可再生能源。
三、美國院士在中國的吹風(fēng)
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(shè)立“鮑亦和院士創(chuàng)新獎”，計劃在海南建世界首座浮海風(fēng)力發(fā)電場。對國際風(fēng)電先驅(qū)鮑亦和來說， 海洋是他的藍(lán)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(xiàn)海風(fēng)代油，海風(fēng)代煤的夢想，這位73歲的學(xué)者近日特地從美國來到海南考察，并計劃在我省遠(yuǎn)海建立世界第一座試點性浮海發(fā)電場。他認(rèn)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(fā)展海風(fēng)發(fā)電潛力很大�！边@種立軸式浮海風(fēng)力發(fā)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(shè)備都集中在長柱下端�！跋旅嬷兀厦孑p，就像不倒翁的原理一樣，發(fā)電機即使沒有海底樁，也不會倒。省了很多材料成本，也節(jié)省了安裝、維修費用。據(jù)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(fā)電所產(chǎn)生的粉塵污染更讓人心痛�！斑@么美的島，游客這么多，海南應(yīng)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(fēng)發(fā)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(fēng)力發(fā)電機技術(shù)比較成熟，沒有突破性的技術(shù)難題。只要在投資、稅收等軟環(huán)境上多鼓勵、支持，再大批量生產(chǎn)、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(fā)電場，逐年安裝40臺浮海發(fā)電機，希望能在三年內(nèi)開始發(fā)電。他說，要是海南海域都利用起來，一年生產(chǎn)的綠色風(fēng)力電，是目前全國發(fā)電量的6倍！“1萬度的海風(fēng)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(huán)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(xì)論證。
四、某些公司對風(fēng)電技術(shù)的分析
1. 風(fēng)電機組
海洋風(fēng)電機組應(yīng)是大型的，其功率通常在2 MW～5 MW或更大，據(jù)說要發(fā)展7 MW，而目前2 MW以下基本上適用于陸地。
2. 風(fēng)電工程造價包括
陸上風(fēng)力發(fā)電場，風(fēng)力發(fā)電機組(占78%)、電氣裝置(占12%)、土建工程(占6%)、電力消費(占2%)、工程管理(占2%)。其中風(fēng)輪機和發(fā)電機所占比重最大，應(yīng)采用新技術(shù)新材料來降低造價，例如采用高強度玻璃纖維加上環(huán)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(fā)的新型葉片可使捕捉風(fēng)的能力提高 20 %。
采用變頻調(diào)速后使風(fēng)能利用率提高 15 %。
3. 風(fēng)輪葉片數(shù)目
風(fēng)輪葉片數(shù)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(fēng)速之比)，3片則適用于較低的周速比。要注意2葉片轉(zhuǎn)輪相對于旋轉(zhuǎn)平面各軸線的螺槳慣性矩并不相同，由此會引起附加動態(tài)負(fù)荷、必須采取相應(yīng)輔助結(jié)構(gòu)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(fēng)輪機的1/5～1/3, 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(fēng)電設(shè)備通常距沿岸為10 km～30 km。由于高壓交流輸電(HVAC)線路越長；損耗也越大，這是設(shè)計人員最不能接受的問題。HVAC雖然是一門成熟的技術(shù)，但較多地認(rèn)為適用于輸電距離在70～80 km；有功功率小于500 MW以下的海上風(fēng)力發(fā)電場。
當(dāng)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(rèn)為選擇高壓直流輸電(HVDC)更合適。HVDC-VSC是一門可選的技術(shù)，適用于輸電距離大于80km的海上風(fēng)力發(fā)電場，商業(yè)上可實現(xiàn)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(fēng)力發(fā)電機接受的風(fēng)力基本上均勻和穩(wěn)定。相反陸上地勢高低變化，各風(fēng)力發(fā)電機接受的風(fēng)力不一定很均勻，這也可在陸上常觀察到的現(xiàn)象。
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