海上風電場自耗能現(xiàn)狀及海上風電發(fā)展趨勢分析

Summary：風電場是一種非常好地解決能源問題和環(huán)保問題的方法。中國海洋風電擁有大量的海洋風力資源，但是風電機組自身的能量消耗是影響風電機組的發(fā)電效率和經(jīng)濟性的重要原因。本文以海上風電機組的核心環(huán)節(jié)為例，介紹了風電機組在風電機組的關(guān)鍵環(huán)節(jié)產(chǎn)生的能量損失的成因和最佳的處理措施。首先，介紹了海洋風力發(fā)電的發(fā)展狀況，對海洋風力發(fā)電的自耗情況進行了詳細的分析，提出了開展自耗能源的必要性；其次，分析了風電機組在關(guān)鍵環(huán)節(jié)發(fā)生的電力損失，為今后相關(guān)結(jié)點的電網(wǎng)損失進行了分析；其次，對電力系統(tǒng)的功率損失評價和功率損失最優(yōu)的計算進行了研究；并預(yù)測了中國今后的海洋風力發(fā)電發(fā)展方向。Keys：海上風電場；耗能現(xiàn)狀；發(fā)展趨勢1海上風電場關(guān)鍵節(jié)點的電能損耗分析1.1變壓器的電能損耗電力變壓器作為風電機組的重要組成部分，在使用中會出現(xiàn)較多的電力損失。當前，我國風電機組的“一機一變”發(fā)電方式是：箱式變壓器、升壓站內(nèi)主變壓器、變電站變壓器和地面變壓器。箱型變壓器的功率與風力發(fā)電機的單個發(fā)電量相關(guān)，而升壓電站的主變?nèi)萘咳Q于其總的裝機容量。變壓器的有功損失是由主變壓器、箱式變壓器、變電站變壓器等組成。但是，大部分風力發(fā)電機組無法實現(xiàn)并網(wǎng)，其平均出力區(qū)間為65%~70%；典型的盒型變壓器的容量是根據(jù)風機的單位容量和功率因素來確定的，而實際的損失時間可以通過年等效全負載的工時來計算；電廠用變壓器的容量比較少，主要集中在短期的生產(chǎn)、生活、照明、通風、采暖、動力、檢修等方面，并且負載的負載率也會隨著時間的推移而發(fā)生很大的改變。另外，功率因數(shù)和運行溫度對變壓器的損失也有一定的影響，所以在一定的情況下，要盡量保持高壓狀態(tài)，增加功率因數(shù)，減少運行溫度，減少變壓器的損失。1.2無功補償裝置的電能損耗由于風力發(fā)電機組的隨機和間斷，使得電網(wǎng)的電壓不穩(wěn)定，需要采用無功補償設(shè)備來改善其運行性能，以保證穩(wěn)定器的穩(wěn)定，從而提高風力發(fā)電機的運行性能。在風電機組中，靜態(tài)和勵磁閥門的可控電抗器是當前風電機組最常用的一種。一般情況下，無功功率的損失是其功率的0.8%左右；它與電容組聯(lián)網(wǎng)時，必須同時兼顧電容的功耗。由于各種場合的影響，使得風電機組的功率損失損失較大，因此，風電機組采用機組運行之前必須進行實地的實地調(diào)研。由于無功補償器也是一種耗電的設(shè)備，所以在進行損失計算時必須要將其在風電機組中所耗費的電力和電力進行計算。對電網(wǎng)的無功損失進行了估算，并對其進行了電容值的補償，并對其進行了適當?shù)脑O(shè)置。1.3輔助生產(chǎn)設(shè)施和生活設(shè)施的電能損耗輔助生產(chǎn)設(shè)備的電力消耗，主要由高壓開關(guān)柜、設(shè)備電源等控制、信號、保護設(shè)備等組成，消耗的電力由高壓泵房容量、電壓等級及自動控制等決定。AIS式配電網(wǎng)和GIS式配電網(wǎng)是當前的主要配電網(wǎng)設(shè)備，其成本低、安裝簡單；GIS系統(tǒng)比AIS系統(tǒng)具有更好的運行性能，但是它的運行費用和維護費用都很高。生活用電量損失是指為維護工作所需的照明、給排水、暖通、插座等所消耗的電力。2電能損耗評估及優(yōu)化方法2.1電能損耗的評估中國風電機組在我國發(fā)展和建造比較滯后，在風電機組的實際運營資料和應(yīng)用方面，還沒有建立起一套完整、行之有效的評價系統(tǒng)。采用關(guān)聯(lián)分析方法和組合授權(quán)方法進行加權(quán)配置，建立了基于BP的Fuzzy逆向傳遞網(wǎng)絡(luò)來綜合評估輸電系統(tǒng)的運行效能。本文在文獻中引入了風能發(fā)電系統(tǒng)的理論發(fā)電完成度，把風力發(fā)電系統(tǒng)的工作狀態(tài)與風力發(fā)電的情況相聯(lián)系，剔除風力發(fā)電和風電場的容量，并對其進行了時序分析。本文認為，在此基礎(chǔ)上，對風電機組的節(jié)能效果進行了研究。2.2電能損耗優(yōu)化方法經(jīng)過調(diào)研，認為過度的電力損失已經(jīng)成為制約目前風電機組運行的最大障礙，因此，如何利用最優(yōu)的功率損失來進行電力系統(tǒng)的設(shè)計是目前國際上的一個熱門課題。根據(jù)風電機組的實際使用情況，采取適當?shù)目刂拼胧?，對提高風電機組的發(fā)電效果具有重要意義。就風力發(fā)電機組來說，最大限度地提高風力資源的利用率和提高風力發(fā)電機組的發(fā)電效能，可以從齒輪箱、偏航系統(tǒng)、變槳系統(tǒng)等角度來進行最優(yōu)。對于齒輪箱來說，其功率損失與溫度控制和磨損密切相關(guān)，通過優(yōu)化潤滑技術(shù)，例如通過建立一套實時監(jiān)控系統(tǒng)，來監(jiān)控變速箱的潤滑狀況。對于偏航，可以根據(jù)地區(qū)的風向，調(diào)節(jié)風力發(fā)電機的初始方向和傾角，以便在風速到達且進風后迅速對齊，使風力資源得到最大化；在小風力的情況下，盡量增加切進風速，防止經(jīng)常發(fā)生偏轉(zhuǎn)；在風力足以使風力發(fā)電機處于全功率條件下，可以適當?shù)亟档惋L力發(fā)電機的風角極限，并采取相應(yīng)的控制措施，以減少對設(shè)備的無用損耗和電力消耗。而在螺距控制方面，則利用變速恒頻率技術(shù)，調(diào)節(jié)發(fā)電機的速度以使其在不會對電網(wǎng)產(chǎn)生干擾的前提下，獲得最優(yōu)的葉片速度。另外，在某些新技術(shù)的運用上，例如以激光雷達為代表的新的傳感器技術(shù)可以有效地降低陣風的影響；采用旋流發(fā)生器、葉尖小翅等強化空氣動力技術(shù)可以使風力發(fā)電機組的發(fā)電效率得到最大程度地優(yōu)化，從而改善風力發(fā)電機組的發(fā)電效果。針對輸電線路，因其主要集中在集流線路上，可以通過對線路進行最優(yōu)的線路規(guī)劃，合理地減少線路的線路，以減少線路的無功和功耗；增加35kV集電線線路電壓，將負荷較低的集電器線路進行整合，增加線路功率因數(shù)和集電線的容量比率，在大風天氣時增加母線電壓以減少線路損失，同時根據(jù)電網(wǎng)電壓和功率因數(shù)的變動，設(shè)置更加合理的控制模式。3海上風電的發(fā)展趨勢分析3.1風電機組應(yīng)用趨向大型化隨著國家財政政策的逐步退出和深海地區(qū)的發(fā)展，大型風力發(fā)電設(shè)備的研制已經(jīng)是不可避免的，預(yù)計到2020年，世界最大單機容量將達到10MW,5年內(nèi)單機容量有望發(fā)展到15MW以上。開發(fā)大型風力發(fā)電機組，可以有效地降低每千瓦風力發(fā)電機組的基本費用，減小其占用的海洋空間，提高其利用的空間，提高其單位海域的風力資源利用率，并對其進行合理的配置，以減小其尾部損耗，提高其綜合發(fā)電量。另外，通過減少電纜的使用，可以減小電纜和電纜的電力損失。然而，由于現(xiàn)有技術(shù)水平的限制，風力發(fā)電機組的體積和質(zhì)量不斷增大，使得風力發(fā)電機組的運載能力發(fā)生質(zhì)的變化，同時也給風力發(fā)電機組的效率和維護帶來了極大的困難，同時也給風力發(fā)電機組的可靠性帶來了極大的困難。當前，最行之有效的方法就是利用一體化的半直線驅(qū)動技術(shù)，利用其重量小的優(yōu)點，減少整個風力發(fā)電機的負荷，從而達到更低的制造和運送費用。但是，這種方法在很大的范圍內(nèi)，適用范圍很小。4結(jié)論現(xiàn)有的海上風電機組只能根據(jù)風電機組的理論和實測功率進行大致對比，很難將風電機組和機組運行過程中的實際能耗進行合理地劃分，如果不能將其與相關(guān)裝置或工藝相匹配，則很難實現(xiàn)風電機組自身能耗和提高機組運行效率。在國外，關(guān)于風電機組的自耗能問題的探討還很少見，但是對于提高風電機組的經(jīng)濟性來說，這一課題的開展是十分必要的?；诖耍磥砜蛇M一步進行電力消耗的可視化，并可通過對電力系統(tǒng)的功耗進行評價，使其達到節(jié)能減排、保障可持續(xù)發(fā)展、加速中國能源轉(zhuǎn)型、促進“雙碳”發(fā)展等方面發(fā)揮著關(guān)鍵作用。Reference[1]徐紀忠,潘國兵,陳堅,余方吉,劉力.海上風電場自耗能現(xiàn)狀及海上風電發(fā)展趨勢分析[J].太陽能,2022(09):28-35