海上風力發電現狀與發展趨勢

　　2. 2、政府支持仍然是歐洲海上風電發展的主要因素
　　海上風電是當前提倡的低碳經濟發展項目之一,政策的積極支持是海上風電產業發展的主要因素[ 7 ] 。海上風電利用海上風能資源,是一種清潔的可再生能源,與傳統的燃煤發電相比,海上風電不依賴外部能源,沒有碳排放等環境成本,不會造成大氣污染和產生任何有害物質,是理想的綠色能源。正是因為有這些獨特的優勢,風力發電逐漸成為許多國家可持續發展的重要組成部分。
　　盡管風電成本開始大幅度下降,在資源好的條件下,在考慮環境外部成本特別是碳稅的情況下,基本上可以同煤電和油電相競爭,但是風電由于其間歇式等技術問題,需要政府的協調和支持,才能有效地發揮電網企業的積極性,突破風電上網瓶頸,保障風電的順利發展。歐盟把發展可再生能源作為應對氣候變化、能源來源多樣化、保障能源安全和經濟發展新的增長點的重要措施,制定若干政策和機制,積極推動可再生能源的發展。為了發展海上風電,歐盟已經決定建設環大西洋歐洲沿岸的海底電纜網,為海上風電的輸送和調度提供基礎設施保障,現在已經進入勘探設計階段。在風能資源普查方面,歐盟繪制了統一的風能資源圖,還配合海上風電開發,開始繪制海上風能資源圖,為風電的開發奠定數據支持基礎。
　　2. 3、海上風電技術的發展
　　在海上風電發展中,注重提升風電技術,最快速地降低成本是海上風電發展的重要目標。
　　 3. 1、海上風能資源評估技術
　　若想利用海上風能,需要搞清楚近海區域上的風的變化規律及特征,主要有以下幾種方法[ 8 ] :利用沿岸陸地氣象觀測數據、船舶報數據及氣壓數據和海面風場數值模擬。其中利用沿岸陸地氣象觀測數據是常采用的方法。將獲得的海上一段時期內的氣象資料與岸邊同步觀測的氣象資料進行對比分析. 從而推測出對應海區的風況特征。為彌補海上氣象觀測稀缺和近岸海域數據不連續等問題,通過建立風場數值模型模擬計算出一個區域內風能的分布。模擬計算中考慮許多對近地面的風切變有重要影響的過程如海陸風、逆溫等[ 9-10 ] 。
　　2. 3. 2、海上風電機組
　　由于海上風機的安裝、運行、維護較陸地困難且成本高,增大單機發電功率、減小單機數量,推動風機向更大方向發展。海上風電機組呈現大型化的趨勢,多選用高葉尖速設計參數,以減輕塔頂機艙和葉片的重量,節約材料,降低成本。大型風機的發展需要新材料、新工藝、新概念技術支撐,碳纖維塑料因其較強剛度、質輕、使用壽命長等優點而在葉片制造中廣泛應用。
　　為了承受海上的強風載荷、海上腐蝕和波浪沖擊等,海上風電機組的基礎結構復雜、技術難度高、建設成本高。海上風電機組基礎由塔架和海底地基組成,按結構類型可分為單樁結構、重力式、桶形結構和懸浮式[ 11-13 ] 。其中單樁結構具有結構簡單和安裝方便,是目前海上風電場應用最多的一種結構。對于變動的海床,由于單樁打入海底較深,該基礎形式有較大優勢。桶形基礎是一種新型的海洋工程基礎結構形式,由于它的材料和安裝成本低于單樁基礎而受到海上風力發電行業的青睞,大大地節省了鋼材用量和海上施工時間,運輸也較容易,有良好的應用前景。浮式結構是海上風電機組基礎結構的深水結構形式,可以克服海床底部安裝基礎結構受水深限制的缺點,主要用于50 m以上水深海域[ 14 ] 。浮式結構分為多風機漂浮平臺和單風機漂浮平臺,前者多風機共用一個錨定系統,有利于整體的質量優化,但因穩定性不容易滿足和所耗費的成本過高而不予考慮;后者具有結構簡單,成本低,單體設計加工方便等優點。國外相關研究表明,側重于采用單風機漂浮平臺,研究的重點是降低錨定系統成本。
　　2. 3. 3、海上風電場設計
　　近年來,海上風電項目從單臺機組逐步發展為大中型風電場建設。海上風電場的設計對海上風電場的技術性和經濟性至關重要,包括機組的排列和風電場控制方式。
　　海上風電機組的排列方式應考慮海床的結構以及環境、地理和技術條件等的限制,應盡可能地避免風電機組的相互干擾,減少風電機組的尾流所造成的損失,優化利用海域面積,使單位面積的裝機容量或發電量最大化。為降低成本,風電機組應盡可能地布置在淺水、且海底平坦的海域。
　　海上大型風電場并網方式一般采用兩種方法,多臺風機并聯后連接到一個換流器再并網,或者采用帶分散風機控制直接并網。后者每臺風機有自己的換流器,可靠性大幅提高,不會因單一換流器故障導致全部風機不能輸送電能到電網,同時傳輸容量提高,可以分別控制單臺風機工作在理想狀態。隨著海上風力發電量的不斷增加,海上風電并網將面臨新的技術問題,一是海上風電的輸送,二是風電場動態穩定性對電網的影響。提高風電的可控性是今后發展的方向,除了風電機組的控制技術,還應注重研究風電的短期氣象預報和風電場的集中控制策略。在電網技術方面,通過技術和管理措施,盡可能地保持風電機組與其他發電機組的同步[ 15 ] 。