海上風(fēng)力發(fā)電技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢(shì)研究

1、<p>　　海上風(fēng)力發(fā)電技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢(shì)研究</p><p>　　摘要：海上風(fēng)能資源是一種清潔的永續(xù)能源，文章介紹了風(fēng)力發(fā)電的原理，海上風(fēng)電的優(yōu)缺點(diǎn)，闡述了國(guó)內(nèi)外海上風(fēng)電的發(fā)展現(xiàn)狀,探討了海上風(fēng)電場(chǎng)的技術(shù)特點(diǎn)及存在的技術(shù)挑戰(zhàn)，并介紹了一種新型的儲(chǔ)能方式。相信在各國(guó)政策的積極支持下,海上風(fēng)能將得到更深入、更大范圍的開發(fā)和利用。 </p><p>　　關(guān)鍵詞：海上風(fēng)電；技術(shù)挑戰(zhàn)；儲(chǔ)

2、能裝置; </p><p>　　中圖分類號(hào)： TM6 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A </p><p>　　Study on Offshore Wind Technology Development Status and Trends </p><p>　　Wang Zhao-lei,Chen Jiu-song,Fei Xiang-jun，Tang Zhang-feng <

3、/p><p>　　(Yangzhou Electric Power Equipment Manufacture Factory,225003) </p><p>　　Abstract：Offshore wind resources is a clean sustainable energy, the paper introduces the principle of wind power, t

4、he advantages and disadvantages of offshore wind power on the current development of offshore wind power at home and abroad to explore the technical characteristics of the offshore wind farm and the technical challenges,

5、and introduced a new type of energy storage. I believe that offshore wind energy will be more in-depth development and utilization of a wider range of the active sup</p><p>　　Key words：Offshore wind；Technica

6、l challenge；Energy storage </p><p>　　一、風(fēng)力發(fā)電的結(jié)構(gòu)原理 </p><p>　　風(fēng)力發(fā)電是把風(fēng)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿募夹g(shù)。為了獲得綠色的電能人們建造了陸上風(fēng)電場(chǎng)與海上風(fēng)電場(chǎng)。兩者的發(fā)電原理相同，都是通過風(fēng)力發(fā)電機(jī)實(shí)現(xiàn)，利用風(fēng)力帶動(dòng)風(fēng)輪葉片旋轉(zhuǎn)，再透過增速機(jī)將旋轉(zhuǎn)的速度提升，來(lái)促使發(fā)電機(jī)發(fā)電。 </p><p>　　目前主導(dǎo)的風(fēng)力發(fā)電

7、機(jī)組一般為水平軸式風(fēng)力發(fā)電機(jī)，它由風(fēng)輪、增速齒輪箱、發(fā)電機(jī)、偏航裝置、控制系統(tǒng)、塔架等部件所組成。 </p><p>　　風(fēng)力發(fā)電機(jī)的工作原理比較簡(jiǎn)單，風(fēng)輪在風(fēng)力的作用下旋轉(zhuǎn)，它把風(fēng)的動(dòng)能轉(zhuǎn)變?yōu)轱L(fēng)輪軸的機(jī)械能。發(fā)電機(jī)在風(fēng)輪軸的帶動(dòng)下旋轉(zhuǎn)發(fā)電。 </p><p>　　風(fēng)輪是集風(fēng)裝置，它的作用是把流動(dòng)空氣具有的動(dòng)能轉(zhuǎn)變?yōu)轱L(fēng)輪旋轉(zhuǎn)的機(jī)械能。一般風(fēng)力發(fā)電機(jī)的風(fēng)輪由2個(gè)或3個(gè)漿葉（葉片）構(gòu)成。風(fēng)機(jī)葉

8、片是風(fēng)力發(fā)電技術(shù)進(jìn)步的關(guān)鍵核心。 </p><p>　　在風(fēng)力發(fā)電機(jī)中，已采用的發(fā)電機(jī)有3種，即直流發(fā)電機(jī)、同步交流發(fā)電機(jī)和異步交流發(fā)電機(jī)。 </p><p>　　風(fēng)力發(fā)電機(jī)中調(diào)向器的功能是使風(fēng)力發(fā)電機(jī)的風(fēng)輪隨時(shí)都迎著風(fēng)向，從而能最大限度地獲取風(fēng)能。一般風(fēng)力發(fā)電機(jī)幾乎全部是利用尾翼來(lái)控制風(fēng)輪的迎風(fēng)方向的。尾翼的材料通常采用鍍鋅薄鋼板。 </p><p>　　限速安全

9、機(jī)構(gòu)是用來(lái)保證風(fēng)力發(fā)電機(jī)運(yùn)行安全的。限速安全機(jī)構(gòu)的設(shè)置可以使風(fēng)力發(fā)電機(jī)風(fēng)輪的轉(zhuǎn)速在一定的風(fēng)速范圍內(nèi)保持基本不變。 </p><p>　　塔架是風(fēng)力發(fā)電機(jī)的支撐機(jī)構(gòu)，稍大的風(fēng)力發(fā)電機(jī)塔架一般采用由角鋼或圓鋼組成的桁架結(jié)構(gòu)。風(fēng)力機(jī)的輸出功率與風(fēng)速的大小有關(guān)。由于自然界的風(fēng)速是極不穩(wěn)定的，風(fēng)力發(fā)電機(jī)的輸出功率也極不穩(wěn)定。 </p><p>　　風(fēng)力發(fā)電機(jī)發(fā)出的電能一般是不能直接用在電器上的，先要

10、儲(chǔ)存起來(lái)。目前風(fēng)力發(fā)電機(jī)用的蓄電池多為鉛酸蓄電池。二、海上風(fēng)力發(fā)電的優(yōu)缺點(diǎn) </p><p>　　海上風(fēng)能資源較陸上大，同高度風(fēng)速海上一般比陸上大20%，發(fā)電量高70% ，而且海上少有靜風(fēng)期，風(fēng)電機(jī)組利用效率較高。目前，海上風(fēng)電機(jī)組的平均單機(jī)容量在3兆瓦左右，最大已達(dá)6兆瓦，風(fēng)電機(jī)組年利用小時(shí)數(shù)一般在3000小時(shí)以上，有的高達(dá)4000小時(shí)左右。 </p><p>　　海水表面粗糙度低，海平

11、面摩擦力小，因而風(fēng)切變即風(fēng)速隨高度的變化小，不需要很高的塔架，可降低風(fēng)電機(jī)組成本。 </p><p>　　海上風(fēng)的湍流強(qiáng)度低，海面與海上的空氣溫差比陸地表面與陸上的空氣溫差小，特別是在白天的時(shí)候，且沒有復(fù)雜地形對(duì)氣流的影響，因此作用在風(fēng)電機(jī)組上的疲勞負(fù)荷減少，可延長(zhǎng)其使用壽命。陸上風(fēng)電機(jī)組一般設(shè)計(jì)壽命為20年，海上風(fēng)電機(jī)組設(shè)計(jì)壽命可達(dá)25年或以上 </p><p>　　在海上開發(fā)利用風(fēng)能,

12、受噪聲、景觀影響、鳥類影響、電磁波干擾等問題的限制較少。海上風(fēng)電場(chǎng)不占陸上土地,不涉及土地征用等問題,對(duì)于人口比較集中,陸地面積相對(duì)較小、瀕臨海洋的國(guó)家或地區(qū)較適合發(fā)展海上風(fēng)電。海上風(fēng)能的開發(fā)利用不會(huì)造成大氣污染和產(chǎn)生任何有害物質(zhì),可減少溫室效應(yīng)氣體的排放,環(huán)保價(jià)值可觀。 </p><p>　　但是,海上發(fā)電成本很高,海上風(fēng)電場(chǎng)的設(shè)計(jì)同時(shí)要考慮風(fēng)、浪、冰、海流等的作用和影響,海上作業(yè)難度大。如果發(fā)生故障維修起來(lái)要

13、比陸上困難得多。此外,海洋潮濕的環(huán)境和周圍的鹽霧容易引起結(jié)構(gòu)和部件的腐蝕問題。 </p><p>　　三、海上風(fēng)電國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀 </p><p>　　據(jù)國(guó)際風(fēng)能協(xié)會(huì)估計(jì)：如果得到適當(dāng)發(fā)展，到2020年僅風(fēng)電減排量就能達(dá)到工業(yè)化國(guó)家減排承諾額的65%。我國(guó)已經(jīng)向世界做出承諾“爭(zhēng)取到2020年單位GDP溫室氣體排放量比2005年減少40%-45%”。未來(lái)十年風(fēng)電業(yè)將成為全球減排主力軍。 &l

14、t;/p><p>　　目前，經(jīng)過10多年的發(fā)展，世界海上風(fēng)電發(fā)展已經(jīng)初具規(guī)模，其中歐洲風(fēng)電發(fā)展在世界上處于領(lǐng)先地位。丹麥在風(fēng)力發(fā)電領(lǐng)域占有領(lǐng)導(dǎo)地位目前丹麥有世界上最大的海上風(fēng)電場(chǎng)。根據(jù)丹麥政府能源計(jì)劃法案中的第21條，2030年以前海上風(fēng)電裝機(jī)將達(dá)到4GW，加上陸地上的1.5GW，丹麥風(fēng)力發(fā)電量將占全國(guó)總發(fā)電量的50%。 </p><p>　　德國(guó)是世界上風(fēng)機(jī)數(shù)量最多的國(guó)家。2010年4月27

15、日，德國(guó)首座海上風(fēng)能電站正式并網(wǎng)發(fā)電，德國(guó)政府還計(jì)劃建設(shè)40個(gè)海上風(fēng)電廠，總裝機(jī)容量為1200萬(wàn)千瓦。 </p><p>　　英國(guó)擁有可觀的海上風(fēng)能資源，其海上風(fēng)能發(fā)電項(xiàng)目設(shè)計(jì)、安裝和運(yùn)作技術(shù)已經(jīng)成熟，目前占世界一半的海上風(fēng)能發(fā)電項(xiàng)目正在英國(guó)建設(shè)。 </p><p>　　美國(guó)能源部的一份研究發(fā)現(xiàn)：風(fēng)能可為美國(guó)提供20%的電力，而其中大約1/6將來(lái)自海上風(fēng)電。但在海上風(fēng)電領(lǐng)域，美國(guó)遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于

16、歐洲。2010年4月底，美國(guó)第一座海上風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)剛剛獲得批準(zhǔn)，成為美國(guó)海上風(fēng)電的先驅(qū)。 </p><p>　　我國(guó)擁有十分豐富的近海風(fēng)能資源，據(jù)中國(guó)氣象科學(xué)研究院提供的數(shù)據(jù)：我國(guó)近?？砷_發(fā)和利用的風(fēng)能儲(chǔ)量約有7.5億千瓦，遠(yuǎn)大于陸上，具有廣闊的發(fā)展空間。 </p><p>　　近年來(lái)，中國(guó)積極推進(jìn)海上風(fēng)電發(fā)展。國(guó)家提出2015年建成500萬(wàn)千瓦，2020年建成3000萬(wàn)千瓦的海上風(fēng)電發(fā)展目

17、標(biāo)，海上風(fēng)電將成為中國(guó)風(fēng)電產(chǎn)業(yè)的重要領(lǐng)域。按單位千瓦投資成本1.5萬(wàn)人民幣計(jì)算，到2020年這七年間，國(guó)內(nèi)海上風(fēng)電市場(chǎng)投資總價(jià)值將達(dá)到近五千億元。 </p><p>　　四、海上風(fēng)電的技術(shù)挑戰(zhàn) </p><p>　　1.建設(shè)施工和維修技術(shù)難度較大，建設(shè)成本高。 </p><p>　　海上風(fēng)電場(chǎng)建設(shè)前期工作比較復(fù)雜，還需要考慮風(fēng)和波浪的雙重載荷，另外海上氣候環(huán)境惡劣，

18、天氣、海浪、潮汐等因素復(fù)雜多變，風(fēng)電機(jī)組的吊裝、項(xiàng)目建設(shè)施工以及運(yùn)行維護(hù)難度更大。 </p><p>　　建設(shè)和維護(hù)工作需要使用專業(yè)船只和設(shè)備，海上風(fēng)電的建設(shè)成本較高。 </p><p>　　2.電力遠(yuǎn)距離輸送和并網(wǎng)相對(duì)困難。 </p><p>　　海上風(fēng)電場(chǎng)一般距離電網(wǎng)較遠(yuǎn)， 且海底敷設(shè)電纜施工難度大，因此并網(wǎng)相對(duì)困難。 </p><p>

19、　　3. 儲(chǔ)能技術(shù)還需改進(jìn)。 </p><p>　　風(fēng)力發(fā)電機(jī)發(fā)出的電能一般是不能直接用在電器上的，先要儲(chǔ)存起來(lái)。目前風(fēng)力發(fā)電機(jī)用的蓄電池多為鉛酸蓄電池。鉛酸電池是通過化學(xué)反應(yīng)來(lái)完成電力的充放電，制作及使用過程中勢(shì)必會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染，與開發(fā)綠色電能的初衷相悖。 </p><p>　　圖3所示申報(bào)的發(fā)明專利《海上風(fēng)力發(fā)電剩余氣壓存儲(chǔ)發(fā)電裝備》因地制宜，采用海上風(fēng)力發(fā)電過程中出現(xiàn)電力的剩余，帶

20、動(dòng)一定數(shù)量的空氣壓縮機(jī)，將壓縮空氣儲(chǔ)存在改裝過的廢棄輪船（沉入一定深度的海水中）腔體內(nèi)，以確保腔內(nèi)氣壓。等需要發(fā)電時(shí)，通過渦輪增壓技術(shù)將壓縮空氣釋放帶動(dòng)氣壓發(fā)電裝置發(fā)電。本裝備有效的利用了豐富的風(fēng)能資源，將電力剩余充分的利用起來(lái)，并將廢舊的輪船稍加改裝，加以回收利用，大大的提高了資源的利用率，節(jié)約了成本。 </p><p>　　考慮空壓機(jī)的效率、傳輸過程中的能耗以及氣壓發(fā)電的效率，此發(fā)明可存儲(chǔ)35%電力剩余，有效

21、的提高海上風(fēng)電的利用率。同時(shí)避免了使用超級(jí)電容、蓄電池等其他化學(xué)反應(yīng)的高污染、高腐蝕型蓄電裝置，充分體現(xiàn)了環(huán)保的意識(shí)。 </p><p><b>　　五、前景 </b></p><p>　　海上風(fēng)能資源是一種清潔的永續(xù)能源,在各國(guó)政策的積極支持下,海上風(fēng)電技術(shù)的提高和風(fēng)電開發(fā)成本的下降促使海上風(fēng)電規(guī)模化發(fā)展,海上風(fēng)能將得到更深入、更大范圍的開發(fā)和利用。 </p&

22、gt;<p><b>　　參考文獻(xiàn)： </b></p><p>　　[1]楊玉龍，王化明等．我國(guó)海上風(fēng)電開發(fā)現(xiàn)狀分析[J]， 中國(guó)水運(yùn)2012.（12）： 45-46 </p><p>　　[2]劉勇、孔祥威，白珂．大規(guī)模海上風(fēng)電場(chǎng)建設(shè)的技術(shù)支撐體系研究[J]，資源科學(xué)2009.31（11）：1862-1869 </p><p>

23、　　[3]陸忠民.上海東海大橋海上風(fēng)電場(chǎng)規(guī)劃建設(shè)關(guān)鍵技術(shù)研究[J],.中國(guó)工程科學(xué). 2010.（11）:19-24 </p><p>　　[4]林毅峰等，.東海大橋海上風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)機(jī)地基基礎(chǔ)特性及設(shè)計(jì)[J].,.上海電力2007.（2）:153-157 </p><p>　　作者簡(jiǎn)介：王召壘,男，1983年10月出生，河北棗強(qiáng)人，碩士研究生，中級(jí)工程師，研究方向：新能源海上風(fēng)力發(fā)電、分布式能