海上风电场的飞速发展.pptx
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土地等自然条件允许
陆上风电场土地受限，难以大规模发展，且 对当地地貌生态影响大。海上风电场多建在人
烟稀少的地区，且距离沿海负荷中心较近。
2009年底欧洲各国海上风机累计容量
英国海上风电场
二、现阶段取得的成果
2.1海上风电基础和施工
海上风电场塔 架地基设计取 决于水深、波 浪高度和海床 类型。
海上风电场最理想水深是2~30m,如上图所示， 地 基 设 计 分 为 适 合 5~20m 的 单 桩 式 、 适 合 2~10m的重力沉箱式和适合15~30m的三脚架式。
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。
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。
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,可能影响电 网的电能质量,引起电压波动与闪变、谐波污 染、无功过量等。
对电网调度的影响
借鉴陆上风电场的运行经验并结合海上环 境，并网可能对电网调度的影响如下： 无功管理：风机端装无功电容进行无功补偿，当 超过切出风速时，风机停止工作，无功注入岸 上电网，导致配电网电压过高。 调峰、调频：负荷高峰期时可能风力较小，对调 峰产生负面影响；虽然海上风电场只占电网容 量小部分，但是由满发至突然切出，仍然会对 当地电网频率造成很大影响。
风电场风力机径向布局图
3.2 海底电缆中电能传输
海上风电场内集成线路：从风机发出690V经 升压至22~35KV的场内汇流线路。
电网传输包括交流输出（AC）和直流输 出(DC)两种。
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 高电压直流（HVDC）输出形式。
交流输电和直流输电的优缺点比较
LCC和VSC换流的HVDC输电线路
AC和DC电能传输效率对比
考虑传输距离对AC、DC传输影响
五、海上风电的运行维护
5.1 海上风电场的运行和维护成本高于陆 地风电场的原因：
➢ 海上风电常受到恶略的自然环境、复杂的地理 位置和困难的交通运输等方面的影响，运行和 维护中成本过高。
海上风电与陆上风电运行和维护成本比较图
陆上工程采用的成熟技术经适应性调整 均可运用到某些海上工程。
发展中的 海上风力发电
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 染严重，新兴清洁的可再生能源—风能迅速发 展。
2001-2010年世界新增风力装机总量如图（1）
2001-2010年世界新增风电装机容量
图1
2009年世界新增风电装机最多的10个国家 (/MW)
中国 美国 西班牙 德国 印度 13,750 9,922 2,331 1,917 1,172 意大利 法国 英国 加拿大 葡萄牙 1,117 1,104 1,077 950 645
三脚架式基础风力机
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30公里， 水深220米，安一台Simens 2.3MW风电机组.
下图是这台深海风机的示意图。
Simens2.3MW漂浮式风力机相关参数
漂浮式风力机示意图
1.海上漂浮式地基，可用于水 深120-700米的深海；
2.风机重量 138吨； 3. 纤绳 100米； 4. 排水量 5300立方米； 5. 水线直径 6米； 6.钢制塔和钢质水下结构; 7.空气动力变桨调节； 8.海上组装,适合北海极端环境
2.2 海上风电机组市场
丹麦行业咨询机构BTM去年指出， 2009年中国已成为第一大风电装机市场， 新增13.75GW。全球风电装机总量预计5 年内番2倍至447GW，10年内扩大至 1000GW。
与陆上风电场相比，海上风电场有以下优点：
高风速、低风切变。
海平面光滑，粗糙度较小，摩擦力较小， 因此风速较大，风速、风向及风切变（风速随 高度的变化） 较小。
低湍流。
海上风湍流强度小，稳定的主导风向，机 组承受的疲劳负荷较低，风机寿命更长。
高产出。
海上风湍流强度小，稳定的主导风向，风 力利用效率提升。且机组承受的疲劳负荷较低， 风机寿命更长。
三、海上风电的送出
3.1 海上风电场风力机布局选择
典型海上风电场中风力机在径向配置上被连 接在一起。 径向臂上的风力机数量决定了电缆容量。 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 决了这个问题。 10台以上机组采用辐射式或者开/闭环网接线。
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22~36KW电压升至较高压后通过交流电缆将 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 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。
下图为一个200 MW海上风电场交流电缆连接 实例,离岸距离为60~90km。
八、中国风电发展
8.1风能资源评估
中国气象局风能太阳能资源评估中心2009 年12月公布全国风能资源详查和评价工作成果。
以高度50m，风功率密度大于 300W / m潜2 在开发
量为例：
➢
陆上
23.8 亿千瓦
➢
海上（水深<25m） 2 亿千瓦
我国发电结构规划发展图
8.2 我国风力发展现状
现状：风电场建设基本在陆上进行。
（单位：/MWh）
六、海上风电出现过的主要问题
6.1风电设备问题
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。各式风机返修情况如下：
6.2 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 影响
B）对当地生态系统的影响 C）风机噪音、电磁波对当地原住民生活
的影响
七、海上风电场并网的影响
高压交流大功率海上风电传输示意图
Baidu Nhomakorabea
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。
海洋中HVDC电缆是一项成熟的技术，其两 端需要AC-DC和DC-AC变换，且电缆两端均需 要无功补偿。这使得HVDC电缆投资成本可能 为交流电缆的几倍。
下图为输电电缆与电压、兆瓦数和距离的关系。
新型电压源型换流器（VSC）采用IGBT，基于 PWM设计，使得直流输电经济性大幅度提高。 LCC(线路整流换流器)不适合海上应用。
陆上风电场土地受限，难以大规模发展，且 对当地地貌生态影响大。海上风电场多建在人
烟稀少的地区，且距离沿海负荷中心较近。
2009年底欧洲各国海上风机累计容量
英国海上风电场
二、现阶段取得的成果
2.1海上风电基础和施工
海上风电场塔 架地基设计取 决于水深、波 浪高度和海床 类型。
海上风电场最理想水深是2~30m,如上图所示， 地 基 设 计 分 为 适 合 5~20m 的 单 桩 式 、 适 合 2~10m的重力沉箱式和适合15~30m的三脚架式。
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。
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。
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,可能影响电 网的电能质量,引起电压波动与闪变、谐波污 染、无功过量等。
对电网调度的影响
借鉴陆上风电场的运行经验并结合海上环 境，并网可能对电网调度的影响如下： 无功管理：风机端装无功电容进行无功补偿，当 超过切出风速时，风机停止工作，无功注入岸 上电网，导致配电网电压过高。 调峰、调频：负荷高峰期时可能风力较小，对调 峰产生负面影响；虽然海上风电场只占电网容 量小部分，但是由满发至突然切出，仍然会对 当地电网频率造成很大影响。
风电场风力机径向布局图
3.2 海底电缆中电能传输
海上风电场内集成线路：从风机发出690V经 升压至22~35KV的场内汇流线路。
电网传输包括交流输出（AC）和直流输 出(DC)两种。
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 高电压直流（HVDC）输出形式。
交流输电和直流输电的优缺点比较
LCC和VSC换流的HVDC输电线路
AC和DC电能传输效率对比
考虑传输距离对AC、DC传输影响
五、海上风电的运行维护
5.1 海上风电场的运行和维护成本高于陆 地风电场的原因：
➢ 海上风电常受到恶略的自然环境、复杂的地理 位置和困难的交通运输等方面的影响，运行和 维护中成本过高。
海上风电与陆上风电运行和维护成本比较图
陆上工程采用的成熟技术经适应性调整 均可运用到某些海上工程。
发展中的 海上风力发电
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 染严重，新兴清洁的可再生能源—风能迅速发 展。
2001-2010年世界新增风力装机总量如图（1）
2001-2010年世界新增风电装机容量
图1
2009年世界新增风电装机最多的10个国家 (/MW)
中国 美国 西班牙 德国 印度 13,750 9,922 2,331 1,917 1,172 意大利 法国 英国 加拿大 葡萄牙 1,117 1,104 1,077 950 645
三脚架式基础风力机
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30公里， 水深220米，安一台Simens 2.3MW风电机组.
下图是这台深海风机的示意图。
Simens2.3MW漂浮式风力机相关参数
漂浮式风力机示意图
1.海上漂浮式地基，可用于水 深120-700米的深海；
2.风机重量 138吨； 3. 纤绳 100米； 4. 排水量 5300立方米； 5. 水线直径 6米； 6.钢制塔和钢质水下结构; 7.空气动力变桨调节； 8.海上组装,适合北海极端环境
2.2 海上风电机组市场
丹麦行业咨询机构BTM去年指出， 2009年中国已成为第一大风电装机市场， 新增13.75GW。全球风电装机总量预计5 年内番2倍至447GW，10年内扩大至 1000GW。
与陆上风电场相比，海上风电场有以下优点：
高风速、低风切变。
海平面光滑，粗糙度较小，摩擦力较小， 因此风速较大，风速、风向及风切变（风速随 高度的变化） 较小。
低湍流。
海上风湍流强度小，稳定的主导风向，机 组承受的疲劳负荷较低，风机寿命更长。
高产出。
海上风湍流强度小，稳定的主导风向，风 力利用效率提升。且机组承受的疲劳负荷较低， 风机寿命更长。
三、海上风电的送出
3.1 海上风电场风力机布局选择
典型海上风电场中风力机在径向配置上被连 接在一起。 径向臂上的风力机数量决定了电缆容量。 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 决了这个问题。 10台以上机组采用辐射式或者开/闭环网接线。
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22~36KW电压升至较高压后通过交流电缆将 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 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。
下图为一个200 MW海上风电场交流电缆连接 实例,离岸距离为60~90km。
八、中国风电发展
8.1风能资源评估
中国气象局风能太阳能资源评估中心2009 年12月公布全国风能资源详查和评价工作成果。
以高度50m，风功率密度大于 300W / m潜2 在开发
量为例：
➢
陆上
23.8 亿千瓦
➢
海上（水深<25m） 2 亿千瓦
我国发电结构规划发展图
8.2 我国风力发展现状
现状：风电场建设基本在陆上进行。
（单位：/MWh）
六、海上风电出现过的主要问题
6.1风电设备问题
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。各式风机返修情况如下：
6.2 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 影响
B）对当地生态系统的影响 C）风机噪音、电磁波对当地原住民生活
的影响
七、海上风电场并网的影响
高压交流大功率海上风电传输示意图
Baidu Nhomakorabea
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。
海洋中HVDC电缆是一项成熟的技术，其两 端需要AC-DC和DC-AC变换，且电缆两端均需 要无功补偿。这使得HVDC电缆投资成本可能 为交流电缆的几倍。
下图为输电电缆与电压、兆瓦数和距离的关系。
新型电压源型换流器（VSC）采用IGBT，基于 PWM设计，使得直流输电经济性大幅度提高。 LCC(线路整流换流器)不适合海上应用。