海上(hǎishànɡ)風電綜述

第一頁，共33頁。海上(hǎishànɡ)風電海上風電的特點海上風電相關課題海上風電發(fā)展現(xiàn)狀第二頁，共33頁。世界上第一座海上風電站(diànzhàn)1991年建于丹麥。由于海上風電的建設難度較大、維護成本高，世界海上風電的建設一直停滯不前。2008年以后，歐洲的海上風電建設開始逐步進入蓬勃發(fā)展階段。2008和2009連續(xù)兩年世界海上風電新增容量均超過50萬千瓦。2009年歐洲已建立了10個海上風電場。世界海上(hǎishànɡ)風電發(fā)展現(xiàn)狀第三頁，共33頁。我國海上可開發(fā)的風能資源是陸上風能資源的3倍。風能密度(mìdù)通過單位截面積的風所含的能量稱為風能密度(mìdù)，常以w/m2來表示。也就是空氣子一秒鐘時間內以V的速度流過單位面積所產生的動能為風能，其一般表達式為：E——風能密度(mìdù)

V——空氣速度中國海上(hǎishànɡ)風電發(fā)展現(xiàn)狀

——海上(hǎishànɡ)風資源豐富第四頁，共33頁。第五頁，共33頁。風能豐富區(qū)：我國東南沿海、山東半島和遼東半島及其附近的海島、內蒙古北部和松花江下游(xiàyóu)地區(qū)、新疆和甘肅有些地區(qū)，都是風能豐富區(qū)。一般超過200w/m2,有些海島甚至可達300w/m2，如福建省有的海島上最高達500w/m2，3~20m/s有效風速出現(xiàn)頻率高達70%，全年在6000h以上。東南沿海地區(qū)的風能資源主要集中在海島和距離海岸線10km內的沿海陸地區(qū)域。由于受丘陵地勢的影響，海風登陸后風速下降，在離海岸50km后一般風速要降低到60%~65%。中國海上(hǎishànɡ)風電發(fā)展現(xiàn)狀

——海上(hǎishànɡ)風資源豐富第六頁，共33頁。風能較豐富區(qū)從汕頭海岸向北沿東南沿海約20~50km地帶和東海及渤海沿岸地區(qū)，從東北圖們江口向西沿燕山北麓經河西走廊到艾比湖南岸，橫穿我國東北、華北、西北的廣大地區(qū)，以及西藏高原中部和北部地區(qū)，都是風能較豐富區(qū)。風能可利用區(qū)風能可利用區(qū)包括南嶺(nánlǐnɡ)以南，離海岸約在50~100km的地帶，大、小興安嶺山地，三北地區(qū)中部，黃河和長江中下游以及川西和云南部分地區(qū)。風能貧乏區(qū)除去上述三區(qū)域外均為風能貧乏區(qū)。中國海上風電發(fā)展現(xiàn)狀

——海上風資源(zīyuán)豐富第七頁，共33頁?？梢钥闯觯覈Ｉ巷L電(fēnɡdiàn)資源也比較豐富。據(jù)估計，海上可開發(fā)和利用的風能儲量達7.5億千瓦，是陸上風能資源的3倍，海上風能資源的開發(fā)利用在我國有廣闊的前景。在海上風電(fēnɡdiàn)資源中，5米到25米水深線以內的近海區(qū)域、海平面以上50米高度可裝機容量約2億千瓦時；25米到50米水深，70米高度風電(fēnɡdiàn)可裝機容量約5億千瓦時。中國海上風電發(fā)展現(xiàn)狀(xiànzhuàng)

——海上風資源豐富第八頁，共33頁。我國的負荷中心主要集中在經濟發(fā)達，耗電量大的沿海省份，而陸上風能資源則主要在遠離負荷中心的西部地區(qū)。大規(guī)模陸上風電的開發(fā)面臨長距離輸電的技術和經濟制約。而海上風電則可直接接入負荷中心就地消納，對于因用地和環(huán)保壓力導致本地電源(diànyuán)越來越少的負荷中心電網來說，海上風電的加入無疑有助于提高其本地電源(diànyuán)的支撐能力。中國海上(hǎishànɡ)風電發(fā)展現(xiàn)狀

——距離負荷中心近第九頁，共33頁。2010年7月，上海東海大橋10萬千瓦海上風電場34臺機組正式投運，并開始為上海世博會提供清潔(qīngjié)能源。東海大橋風電場是歐洲之外全球第一個海上風電并網項目，也是中國海上風電的發(fā)端。2012年11月國內第二座大型海上風電場——位于江蘇如東環(huán)港外灘的潮間帶區(qū)域的如東海上示范風電場全部建成投產，總容量為182MW。中國海上風電發(fā)展現(xiàn)狀

——近期(jìnqī)海上風電項目第十頁，共33頁。中國海上風電發(fā)展現(xiàn)狀

——東南(dōngnán)沿海發(fā)展規(guī)劃第十一頁，共33頁。風電場分為陸上風電場和海上風電場兩類。其中，海上風電場包括潮間帶和潮下帶灘涂(tāntú)風電場、近海風電場和深海風電場。陸上風電場：指在陸地和沿海多年平均大潮高潮線以上的潮上帶灘涂(tāntú)地區(qū)開發(fā)建設的風電場，包括在有固定居民的海島上開發(fā)建設的風電場。潮間帶和潮下帶灘涂(tāntú)風電場：指在沿海多年平均大潮高潮線以下至理論最低潮位以下5m水深內的海域開發(fā)建設的風電場。近海風電場：指在理論最低潮位以下5m～50m水深的海域開發(fā)建設的風電場，包括在相應開發(fā)海域內無固定居民的海島和海礁上開發(fā)建設的風電場。深海風電場：指在大于理論最低潮位以下50m水深的海域開發(fā)建設的風電場，包括在相應開發(fā)海域內無固定居民的海島和海礁上開發(fā)建設的風電場。中國海上風電(fēnɡdiàn)發(fā)展現(xiàn)狀

——東南沿海發(fā)展規(guī)劃第十二頁，共33頁。地理位置風機容量投資(tóuzī)成本風機出力預測電能輸送方式海上(hǎishànɡ)風電的特點第十三頁，共33頁。地理位置：與陸上風電場相比，海上風電場的優(yōu)點主要是不占用(zhànyònɡ)土地資源，基本不受地形地貌影響，但是要考慮能否取得海域的使用權。風機容量：海上風速較陸地大且日變化小，單機容量更大，可以達到3~5MW，年利用小時更高。投資成本：海上風電場建設的技術難度較大，建設成本一般是陸上風電場的2~3倍。海上風電(fēnɡdiàn)的特點第十四頁，共33頁。風機出力預測海上風電出現(xiàn)強烈反調峰的程度和概率將強于陸上風電，對于系統(tǒng)負荷峰谷差較大的地區(qū)，海上風電的接入將加大系統(tǒng)的調峰難度以及局部(júbù)電網潮流的多樣性。另外，海上風電出力的季節(jié)特性為冬季比夏季高，而系統(tǒng)負荷的季節(jié)特性一般為夏季高、冬季低，因此冬季的海上風電消納難度將高于夏季。

海上(hǎishànɡ)風電的特點第十五頁，共33頁。電能輸送方式直流輸電適合于海下電纜輸送，在同等絕緣條件下，直流電纜的允許(yǔnxǔ)工作電壓比在交流電壓下約高3倍，絕緣老化慢，使用壽命長。隨著近海風電場規(guī)模的不斷擴大，場址距離陸地的主電網越來越遠，以及電力電子技術的快速發(fā)展，柔性直流輸電（VSC-HVDC）技術越來越受到風力發(fā)電輸電系統(tǒng)，尤其是海上輸電的青睞，更能體現(xiàn)出其成本、維護、輸電質量等方面的優(yōu)越性。

海上(hǎishànɡ)風電的特點第十六頁，共33頁。海上風電選址問題海上風電傳輸與并網問題海上風電功率預測海上風電(fēnɡdiàn)相關課題第十七頁，共33頁。風電場選址的概念風電場選址是在認真研究國家和地區(qū)風電發(fā)展規(guī)劃的基礎上，詳細調查地區(qū)風能資源分布情況(qíngkuàng)，廣泛收集區(qū)域風電場運行數(shù)據(jù)，通過對若干場址的風能資源、電網接入和其它建設條件的分析和比較，確定風電場的建設地點、開發(fā)價值、開發(fā)策略和開發(fā)步驟的過程，是保證公司風電產業(yè)又好又快發(fā)展的關鍵。海上(hǎishànɡ)風電相關課題——海上(hǎishànɡ)風電選址第十八頁，共33頁。我國在風電場宏觀選址方面的研究并不是很多，相關文獻(wénxiàn)主要是關于風電場宏觀選址過程中風能資源條件、地形地質條件等單個因素的評價選址、風電場選址步驟及某地選址經驗總結等，也有部分關于風電場環(huán)境影響評價、風電場宏觀選址綜合評價、風能資源評估軟件的介紹。國外對風電開發(fā)的研究比國內要早，研究的范圍更廣，相關的報道也比較多。主要包括風能資源評估、風電場選址的社會因素分析、基于GIS的風電場宏觀選址系統(tǒng)開發(fā)等。海上風電相關(xiāngguān)課題——海上風電選址第十九頁，共33頁。選址基本原則：風能資源豐富、風能質量好滿足聯(lián)網要求具備交通運輸和施工安裝條件保證工程安全滿足環(huán)境保護的要求規(guī)劃裝機規(guī)模(guīmó)滿足經濟性開發(fā)要求，項目滿足投資回報要求，一般要求風電場資本金回報率不低于8%海上風電相關(xiāngguān)課題——海上風電選址第二十頁，共33頁。相對于陸上風電，海上風電選址問題中的需要(xūyào)考慮的新問題：1.投資成本增加：無論是風機還是建設維護費用均要高于陸上風電場；2.場址基本情況：范圍、水深、風能資源以及海底的地質條件；3.環(huán)境制約因素：是否對當?shù)芈糜螛I(yè)、水中生物、鳥類、航道、漁業(yè)和海防等造成負面影響。海上(hǎishànɡ)風電相關課題——海上(hǎishànɡ)風電選址第二十一頁，共33頁。海上風電場選址研究可能存在的創(chuàng)新點：1.將海上風電場的新的影響因素考慮進選址問題2.可以應用新的優(yōu)化算法，例如有人應用模糊聚類來解決這個問題等等海上風電場選址研究難點：1.資料(zīliào)數(shù)據(jù)如何獲得2.如何與現(xiàn)有選址軟件進行比較，如何衡量選址效果海上風電相關課題(kètí)——海上風電選址第二十二頁，共33頁。VSC-HVDC技術是當前國際公認的海上風電等可再生能源并網的最佳技術方案。對于大規(guī)模海上海風電場的并網，通常采用單、多端口VSC-HVDC系統(tǒng)并網拓撲結構。我國首個多端柔性直流輸電工程（南澳縣）就是為發(fā)展(fāzhǎn)海上風電作支撐的。海上風電相關課題(kètí)——風電傳輸與并網問題第二十三頁，共33頁。海上風電相關課題(kètí)——風電傳輸與并網問題第二十四頁，共33頁。大型海上風電場并網VSC-HVDC的關鍵技術主要涉及變流器拓撲結構和控制方法，以及(yǐjí)在海上風電場中的應用等，例如海上風電柔性直流輸電變流器的多電平拓撲結構、調制方法、均壓控制策略以及(yǐjí)海上風電場建模等關鍵技術。海上風電相關課題(kètí)——風電傳輸與并網問題第二十五頁，共33頁。多電平拓撲結構現(xiàn)在采用的模塊化多電平換流器（MMC，modularmultilevelconverter)諧波含量少，應用廣泛，缺乏直流側故障清除能力，且結構不夠緊湊，成本偏高。需要具有高變換性能，高可靠性，低損耗的新型拓撲結構，但是新拓撲結構的提出(tíchū)是很困難的。海上風電(fēnɡdiàn)相關課題——風電(fēnɡdiàn)傳輸與并網問題第二十六頁，共33頁。調制方法(fāngfǎ)常用調制方法(fāngfǎ)有正弦脈寬調制(sinusoidalPWM，SPWM)、多載波SPWM方法(fāngfǎ)、空間矢量調制(spacevectorPMW，SVPWM)以及特定諧波消除(selectiveharmonicseliminationPWM，SHEPWM)和最近電平調制(nearestlevelmodulation，NLM)等調制方式。海上風電相關課題——風電傳輸(chuánshū)與并網問題第二十七頁，共33頁。均壓控制方法均壓就是要實現(xiàn)模塊電壓平衡。三電平變流器均壓控制方法相對成熟。多電平變流器均壓控制方法的基本思路有改變(gǎibiàn)參考信號、載波信號、觸發(fā)脈沖的排列順序或多滯環(huán)寬度等。

海上風電相關(xiāngguān)課題——風電傳輸與并網問題第二十八頁，共33頁。海上風電傳輸可能存在的創(chuàng)新點將數(shù)學智能算法應用于逆變器的控制策略中海上風電傳輸研究難點高壓直流輸電模型不僅僅在海上風電方面有應用，如何(rúhé)體現(xiàn)與海上風電的聯(lián)系海上風電相關課題——風電傳輸(chuánshū)與并網問題第二十九頁，共33頁。海上風電并網問題研究方向與陸上風電相似，可以(kěyǐ)研究低電壓穿越，無功補償，及并網后對主網的影響等問題，這些問題相對成熟，研究起來相對容易海上風電并網問題研究難點如何突出海上風電的特點，與陸上海上風電場的并網問題相區(qū)別海上風電相關課題(kètí)——風電傳輸與并網問題第三十頁，共33頁。風電功率的研究相對成熟，但是有關海上(hǎishànɡ)風電出力特性的研究并不是很多。海上(hǎishànɡ)風電有其不同于陸上風電的特點，但是目前存在海上(hǎishànɡ)測風數(shù)據(jù)不足、海上(hǎishànɡ)風電實際出力的歷史數(shù)據(jù)積累不足的困難，只能基于實際數(shù)據(jù)分析和運行模擬