海上风电发展现状及发展趋势

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(2)国家政策推动海上风电 发展
国家正制定各项政策积极推动 海上风电发展。2008年已完成并发 布了《近海风电场工程规划报告编 制办法》和《近海风电场工程预可 行性研究报告编制办法》,2009年 完成并发布了《海上风电场工程可 研报告编制办法》和《海上风电场
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国内外海上风电的发展现状
1. 世界海上风电发展现状 海上风电装机容量近年持续增 长。截至2009年底,全球共有12个 国家建立了海上风电场,其中10个 位于欧洲,中国和日本有小规模的 安装。截至2009年底,世界海上风 电累计装机容量达2 110 MW,较 2008年增长48.5%,占到全球风电 总装机容量的1.2%。2009年世界海 上风电新增装机容量达689 MW。 欧洲是海上风电发展最快的地 区。根据欧洲风能协会(EWEA) 的最新统计,2009年欧洲水域的8 个海上风电场总计安装199台海上 风力涡轮机并实现了并网,总容
(3)政府大力推进海上风电 项目
我国在哥本哈根全球气候变化
会议做出了两项承诺:到2020年非 化石能源在能源消费中的比例提高 达到15%,单位GDP CO2排放量比 2005年减少40%~45%。经国内外 多个部门和机构分析预测,为实现 非化石能源达到15%的目标,我国 风电装机容量应达到1.5亿kW。中 国正希望从海上获得更多的风能, 以完成这一目标。我国将充分利用 丰富的近海风能资源优势,推进海 上风电产业的发展。国家能源局 已于2010年5月18日正式启动了总 计100万kW的首轮海上风电招标工 作,包括两个30万kW的近岸风电项 目和两个20万kW的潮间带项目。
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2011 年第 3 期·电气时代 | 47
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样机,也难以得到验证和推广。 虽然在短期内,采用国外技术可 以快速培育我国的风机制造业发 展,但随着风电市场的竞争逐步 激烈,国内风机制造企业要想长 期发展,并走向国际市场,必须 掌握具有自主知识产权的风机核 心技术,加大对控制系统等装置 的研发力度。而海上环境更加复 杂,对风机的控制系统也要求更 高,因此,国内企业掌握具有自 主知识产权的海上风机控制系统 尚需要一定的时间。
3. 高翼尖速度有利于机组优化 设计
降低噪声是陆地风力机在设计 时需要认真考虑的因素,但海上风 电场远离人类的居住地,则其可以 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 力机的结构和传动系统带来一些设 计上的有利变化。
4. 变桨速风机成为主流技术 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,并在 高风速时最大程度地利用风能,并 保护风机的安全运行。由于传统的 定桨距失速型风机风能利用效率较 低,因而在海上风电发展中其必然 会被变桨速风机替代。
结束语
在世界范围内,海上风力发电 技术的应用和海上风电场的建设等 方面,目前还没有成熟的经验。风 能发展计划的实施,在技术、经济 和法律上还有不确定性,这些问题 只有通过实践逐步地加以解决。由 于国家应对全球气候变暖和调整能 源结构的需要,加快发展绿色新能 源已经势在必行。中国新能源产业 发展看风能,风能发展前景在海 上,海上风能将成为中国风能未来 发展方向和制高点。EA
大,依然是国产风机 制造业中的最薄弱 环节。这是因为我 国风电技术发展起 步较晚,国内主要 风机制造厂家为了 快速抢占市场,都 致力于扩大生产规 模,无力对控制系 统这样技术含量高 的产品进行自主开 发,多直接从国外 公司采购产品或引 进技术,而且风力 机工作环境复杂, 控制系统需要与风 力机特性高度结 合,一般的自动化 企业即使能研制出
5. 新型海上风力发电机逐步发展 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 动永磁式发电机等将会在海上风电 中得到不断的的研发和运行。进一 步优化发电机的发电性能, 使其满足 海上风电机组的需要会成为一个新 的研究发展方向。 6. 海洋环境下风机其他部件的 研制 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。 7. 高压直流输电(HVDC)技术 成为海上输电的选择 在电网集成和电能管理中,大 型海上风电场对电力系统的冲击很 大,尤其是对海岸处电力系统较薄 弱的地区,电网闪变、谐波和间次 谐波、静态稳定性及动态稳定性等 因素都会受到影响,而且利用三相 交流电缆将海上风电场的电能输送 到岸上成本也较高。为了解决上述 问题,高压直流输电技术已成为海 上输送电能的发展趋势。
2. 我国海上风电发展现状 (1)我国主要风电整机企业争 先“下海” 在我国陆上风机日趋饱和的情 况下,进军海上风电市场成为国内 主要整机企业的共同选择。各整机 企业积极筹划,先入为主抢占市
表 2009年欧洲海上风电装机情况
风机制造商 西门子 维斯塔斯 Win Wind Multibrid Repower
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工程施工组织设计编制规定》, 印发了《海上风电场工程规划工 作大纲》。2010年1月,国家能源 局在《2010年能源工作总体要求和 任务》中称“2010年,要继续推进 大型风电基地建设,特别是海上 风电要开展起来”。2010年1月22 日,国家能源局、国家海洋局联合 下发《海上风电开发建设管理暂行 办法》,规范海上风电建设。3月 25日,工业和信息化部发布《风电 设备制造行业准入标准》(征求意 见稿),其中明确表示,“优先发 展海上风电机组产业化”。同样在 2010年,国家能源局启动了中国首 轮海上风电首批特许权招标,并已 经向辽宁、河北、天津、上海、山 东、江苏、浙江、福建、广东、广 西和海南等11省份有关部门下发通 知,要求各地申报海上风电特许权 招标项目。可见,国家开发海上风 电的步伐正在加快。
量为577 MW,较2008年增幅超过 50%。其中,最小装机容量为2.3 MW(挪威的Hywind),最大装机 容量为209 MW(Horns Rev 2)。 另外,欧盟15个成员国和其他欧洲 国家,有超过100 GW的海上风力 发电项目正在规划中。
在2009年欧洲装机并网的199 台风机中,各风机制造商装机情况 如表所示。目前,已有的海上风电 机组技术基本上是根据海上风况和 运行工况,对陆地机型进行改造而 来的,其结构也是由叶片、机舱、 塔架和基础组成。海上风电机组的 设计强调可靠性,注重提高风机的 利用率,降低维修率。海上和陆上 风电机组的主要差别在于基础。为 了承受海上的强风载荷、海水腐蚀 和波浪冲击等,海上风电机组的基 础远比陆上的结构复杂,技术难度 高,建设成本高。
3. 海上风电市场不成熟 我国海上风能资源丰富,政府 和企业对发展海上风电都显出很高 的积极性,但是目前海上风电技术 的不成熟性,也决定了海上风电市 场的不成熟。现阶段,我国大规模 发展海上风电还是具有很大的风险 性。这就要求政府出台政策培育、 拉动和规范市场。目前我国的风电 市场还存在着蜂拥而上、无序发展 的问题,而且风电设备制造企业间 也存在着恶性竞争,这既给投资商 带来了巨大的投资风险,也将制约 民族风电制造业的发展。如果不尽 快建立起成熟的海上风电市场,我 国海上风电的发展将难以进行。 4. 电网制约 尽管我国风电装机容量有了很 大发展,但目前我国风电场并网的 前期工作还没有规范化,风电还没 有完全纳入电网建设规划,且缺少 一系列必要的管理办法和技术规定 以确保大规模风电的可靠输送和电 网的安全稳定运行。
2. 碳纤维叶片逐步成为必要 选择
海上风电机组单机容量大,风 机产生的电能同叶片长度的平方成 正比,这就要求叶片的尺寸更大, 而重量和叶片的立方成正比。叶片 重量的增加要快于能量的提取,这 就对叶片制造材料的强度和刚度等 性能提出新的要求。玻璃纤维在大 型复合材料叶片制造中逐渐显现出 性能方面的不足。为了保证在极端 风载下叶尖不碰塔架,叶片必须具 有足够的刚度。减轻叶片的重量又 要满足强度与刚度要求,有效的办 法是采取碳纤维增强。国外风电专 家认为,当风力机超过3 MW,叶片 长度超过40 m,在叶片制造时采用 碳纤维已成为必要的选择。
2. 风力机控制系统技术基础薄 弱
风力机的控制系统是风力机的 重要组成部分,它承担着风力机监 控,自动调节,实现最大风能捕获 以及保证良好的电网兼容性等重要 任务,它主要由监控系统、主控系 统、变桨控制系统以及变频系统等 组成。
到目前为止,我国风机上述 部分的自主配套规模还相当不尽 如人意,对国外品牌的依赖程度较
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海上风电发展现状及发展趋势
文 / 国电联合动力技术有限公司 张宪平
风能作为一种清洁的可再生能 源,近几年受到了世界上许多国家 的重视。由于发展海上风电,不占 用陆上土地,而且海上风能资源丰 富,适宜于大规模开发,因而海上 风电已成为未来风电发展的必然趋 势。
我国拥有十分丰富的近海风能 资源,东部沿海特别是江苏等沿海 滩涂及近海具有开发风电的良好条 件。如果能够充分利用这些资源, 可以有效缓解我国东部电力供应紧 张的现状。但我国的海上风电尚处 于初级发展阶段,在海上风电场的 建设、风力机的制造及风电并网等 方面面临着诸多问题。因此,需要 不断地探索,积极研究,以保证海 上风电产业健康、稳定且快速的发 展。
海上风电技术发展趋势
1. 机组功率容量趋向大型化 国外运行的海上风电场单机容 量已由20世纪90年代的500~600 kW 增至目前主流的2.0~3.5 MW之 间。 作为全球著名的风机制造商,
ENERCON公司已研发出6.0 MW的 直驱式风电机组。如今10.0 MW海 上风力机的研制也已经被许多公司 提上了日程。这些无不昭示着海上 风力机将继续向单机容量大型化的 方向发展。
我国发展海上风电存在的 问题
1. 缺乏足够的技术支撑 海上风电与陆上风电存在很大 的不同点,主要体现在技术和成本 上。在海上风电场建设方面,我国 缺乏足够经验,没有在海上风电技 术方面做过较深入的研究,海上风 能资源测量与评估以及海上风电机
组国产化刚刚起步,还没有海上风 电场建设、运行、维护和应用等一 整套完备经验,海上风电建设技术 规范体系也亟需建立。大规模发展 海上风电,没有足够的技术支撑是 无法想象的,其风险是巨大的。这 就需要国家在大规模启动海上风电 市场前建立较为完善的技术支撑体 系,对海上风电技术的研究投入足 够的资金,对包括近海风资源、环 境条件分析、适合我国风资源的海 上风电机组和近海风电场建设等的 关键技术开展研究。
机型容量(MW)
2.3/3.6 3 3 5 5
装机台数
146 37 10 6 6
场。华锐风电成功摘得中国第一个 海上风电示范项目——上海东海大 桥项目。
在2010年,34台3 MW机组(共 计102 MW)全部并网投入运行。金 风科技也已于2007年在渤海湾中海 油的钻井平台试水了海上风机的所 有工序,在2009年其投资30亿元在 江苏大丰经济开发区建设海上风电 产业基地项目,并计划将其建设成 为国内最大、世界领先的海上风电 装备制造基地;华仪电气也宣布将 超过4.6亿元的资金投向3 MW风力 发电机组高技术产业化项目,用于 备战海上风电;湘电风能有限公司 收购了荷兰达尔文公司,并获得了 该公司研究的DD115—5 MW海上风 机的知识产权,为进军海上风电奠 定了基础;东方电气3.6 MW海上机 型正在研制中;中船重工(重庆) 海装风电充分依托集团公司在海洋 工程领域的基础研究和试验基地等 优势,整合风电整机和配套设备的 研发实力,形成全产业链,现已组 织实施了2 MW近海潮间带批量装机 工程,正致力于研发近海5 MW风电 机组。
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