發(fā)展中的海上風力發(fā)電一、海上風電場開發(fā)應用背景時代背景：傳統(tǒng)一次能源儲量有限且對環(huán)境污染嚴重，新興清潔的可再生能源—風能迅速發(fā)展。2001-2010年世界新增風力裝機總量如圖（1）2001-2010年世界新增風電裝機容量圖12009年世界新增風電裝機最多的10個國家(/MW)中國美國西班牙德國印度13,7509,9222,3311,9171,172意大利法國英國加拿大葡萄牙1,1171,1041,077950645與陸上風電場相比，海上風電場有以下優(yōu)點：高風速、低風切變。

海平面光滑，粗糙度較小，摩擦力較小，因此風速較大，風速、風向及風切變（風速隨高度的變化）較小。低湍流。

海上風湍流強度小，穩(wěn)定的主導風向，機組承受的疲勞負荷較低，風機壽命更長。高產(chǎn)出。

海上風湍流強度小，穩(wěn)定的主導風向，風力利用效率提升。且機組承受的疲勞負荷較低，風機壽命更長。土地等自然條件允許

陸上風電場土地受限，難以大規(guī)模發(fā)展，且對當?shù)氐孛采鷳B(tài)影響大。海上風電場多建在人煙稀少的地區(qū)，且距離沿海負荷中心較近。2009年底歐洲各國海上風機累計容量

英國海上風電場二、現(xiàn)階段取得的成果海上風電場塔架地基設計取決于水深、波浪高度和海床類型。海上風電場最理想水深是2~30m,如上圖所示，地基設計分為適合5~20m的單樁式、適合2~10m的重力沉箱式和適合15~30m的三腳架式。2.1海上風電基礎和施工三腳架式基礎風力機漂浮式地基離岸風電場另一種應用較廣的地基設計是漂浮式，挪威建造了世界上第一個漂浮式風電場。這個漂浮式海上風電試驗場離岸約30公里，水深220米，安一臺Simens2.3MW風電機組.下圖是這臺深海風機的示意圖。

1.海上漂浮式地基，可用于水深120-700米的深海；2.風機重量138噸；3.纖繩100米；4.排水量5300立方米；5.水線直徑6米；6.鋼制塔和鋼質(zhì)水下結構;7.空氣動力變槳調(diào)節(jié)；8.海上組裝,適合北海極端環(huán)境漂浮式風力機示意圖Simens2.3MW漂浮式風力機相關參數(shù)2.2海上風電機組市場

丹麥行業(yè)咨詢機構BTM去年指出，2009年中國已成為第一大風電裝機市場，新增13.75GW。全球風電裝機總量預計5年內(nèi)番2倍至447GW，10年內(nèi)擴大至1000GW。典型海上風電場中風力機在徑向配置上被連接在一起。徑向臂上的風力機數(shù)量決定了電纜容量。徑向配置是欠可靠的，一條電纜損壞會導致整條線路上風力機無法正常工作。而環(huán)形配置解決了這個問題。10臺以上機組采用輻射式或者開/閉環(huán)網(wǎng)接線。3.1海上風電場風力機布局選擇三、海上風電的送出風電場風力機徑向布局圖3.2海底電纜中電能傳輸海上風電場內(nèi)集成線路：從風機發(fā)出690V經(jīng)升壓至22~35KV的場內(nèi)匯流線路。電網(wǎng)傳輸包括交流輸出（AC）和直流輸出(DC)兩種。

如果海上風電場離岸較遠，電網(wǎng)有功功率損失較重，不適宜使用交流輸出形式而適宜采用高電壓直流（HVDC）輸出形式。交流輸電：目前所有風電場的電網(wǎng)接口變電站將22~36KW電壓升至較高壓后通過交流電纜將電能輸送到岸上。

海上風電場電能多兆瓦容量和長距離傳輸使得交流電功率損耗顯著增加，電纜兩端均需要無功補償、且傳輸容量可能被限制。交流輸電和直流輸電的優(yōu)缺點比較高壓交流大功率海上風電傳輸示意圖下圖為一個200MW海上風電場交流電纜連接實例,離岸距離為60~90km。直流輸電：消除交流輸電部分缺點，且顯著降低對岸上電網(wǎng)故障電流。海洋中HVDC電纜是一項成熟的技術，其兩端需要AC-DC和DC-AC變換，且電纜兩端均需要無功補償。這使得HVDC電纜投資成本可能為交流電纜的幾倍。

新型電壓源型換流器（VSC）采用IGBT，基于PWM設計，使得直流輸電經(jīng)濟性大幅度提高。LCC(線路整流換流器)不適合海上應用。下圖為輸電電纜與電壓、兆瓦數(shù)和距離的關系。LCC和VSC換流的HVDC輸電線路

AC和DC電能傳輸效率對比

考慮傳輸距離對AC、DC傳輸影響五、海上風電的運行維護5.1海上風電場的運行和維護成本高于陸地風電場的原因：海上風電常受到惡略的自然環(huán)境、復雜的地理位置和困難的交通運輸?shù)确矫娴挠绊?，運行和維護中成本過高。海上風電與陸上風電運行和維護成本比較圖

（單位：/MWh）六、海上風電出現(xiàn)過的主要問題6.1風電設備問題

海上特殊環(huán)境引起的風電機組故障，令機組成批拆卸返廠修理。各式風機返修情況如下：6.2對生態(tài)環(huán)境的影響A）對周圍旅游業(yè)和當?shù)鼐用褚曈X感受的影響B(tài)）對當?shù)厣鷳B(tài)系統(tǒng)的影響C）風機噪音、電磁波對當?shù)卦∶裆畹挠绊懫?、海上風電場并網(wǎng)的影響海上風電場一般容量大，并網(wǎng)會給岸邊電力系統(tǒng)造成很大影響。岸上電力系統(tǒng)短路容量大小直接影響海上風電場并網(wǎng)對當?shù)叵到y(tǒng)的干擾。風資源的不確定性和風電機組本身的運行特性導致風電機組的輸出功率的波動,可能影響電網(wǎng)的電能質(zhì)量,引起電壓波動與閃變、諧波污染、無功過量等。對電網(wǎng)調(diào)度的影響借鑒陸上風電場的運行經(jīng)驗并結合海上環(huán)境，并網(wǎng)可能對電網(wǎng)調(diào)度的影響如下：無功管理：風機端裝無功電容進行無功補償，當超過切出風速時，風機停止工作，無功注入岸上電網(wǎng)，導致配電網(wǎng)電壓過高。調(diào)峰、調(diào)頻：負荷高峰期時可能風力較小，對調(diào)峰產(chǎn)生負面影響；雖然海上風電場只占電網(wǎng)容量小部分，但是由滿發(fā)至突然切出，仍然會對當?shù)仉娋W(wǎng)頻率造成很大影響。八、中國風電發(fā)展8.1風能資源評估

中國氣象局風能太陽能資源評估中心2009年12月公布全國風能資源詳查和評價工作成果。以高度50m，風功率密度大于

潛在開發(fā)量為例：

陸上 23.8億千瓦海上（水深<25m）2億千瓦我國發(fā)電結構規(guī)劃發(fā)展圖

現(xiàn)狀：風電場建設基本在陸上進行。陸上工程采用的成熟技術經(jīng)適應性調(diào)整均可運用到某些海上工程。

繼續(xù)發(fā)展的瓶頸：

有關電網(wǎng)和其他配套設施建設滯后。8.2我國風力發(fā)展現(xiàn)狀未來30年內(nèi)將會大力發(fā)展海上風力發(fā)電。中國計劃在距離海岸大約30英里的地方大規(guī)模建造水上風力發(fā)電站，這些發(fā)電站可能建在巨大的浮體上，也可能深入水下120英尺建在大陸架上。

8.3未來中國海上風力發(fā)電的大力發(fā)展九、我國海上風電規(guī)劃

9.1海上風電場建設區(qū)域：潮間帶和潮下帶灘涂風電場：多年平均大潮高潮線以下至理論最低潮位以下5m水深內(nèi)的海域。近海風電場：理論最低潮位以下5m～50m水深內(nèi)的海域，含無人島嶼及海礁。深海風電場：理論最低潮位以下50m水深的海域，含無人島嶼及海礁。海上風電規(guī)劃：分析風能資源、建設條件及各種制約因素，初步確定風電場場址，范圍及裝機規(guī)模，估算相應海域裝機容量；合理安排未來該地區(qū)下一期工程規(guī)劃。海上風電輸電規(guī)劃：分析相應地區(qū)電網(wǎng)現(xiàn)狀和規(guī)劃，進行電力電量銷納研究。對海上風電進行輸電網(wǎng)架規(guī)劃設計，做出接入電力系統(tǒng)方案。

9.2規(guī)劃內(nèi)容項目預可行性研究：優(yōu)化選定若干個具備裝機1000MW以上的海上風電場址，提出分期建設方案，開展風能資源和海洋水文的觀測，海底地質(zhì)勘查和地形圖測量等。從安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟、生態(tài)環(huán)境等等進行可行性評估。千萬千瓦級風電基地規(guī)劃甘肅酒泉吉林西部江蘇沿海河北新疆哈密蒙東蒙西我國首座海上風電場我國首座海上風力發(fā)電場---東海大橋風電場于2010年7月6日所有34臺3MW風機全部投入運行。東海大橋海上風電場位于上海東海大橋東側1～4km、浦東新區(qū)岸線以南8～13km處。該海域平均水深10m，海拔90m的年平均風速8.4m/s。采用了風機高樁承臺