深水化、大型化、智能化
12月15日,国家能源局公布可再生能源“十二五”规划目标,其中到2015年风电将达1亿千瓦,年发电量1900亿千瓦时,其中海上风电将达到500万千瓦。12月27日,上海新能源发展“十二五”规划正式公布,规划中明确,未来上海市将以海上风电开发为重点,加快推进大型风电基地建设。
自1991年丹麦建成世界第一个风电场,已经过了20多年的时间,世界海上风电在此期间获得了长足的发展。与陆上风电相比,由于具有节约土地资源、风速稳定、紊流小、视觉及噪声影响小等优势,海上风电技术积累日趋成熟,欧洲已经进入大规模商业开发阶段。世界风电发展也向深水化、大型化、智能化方向迈进。
深水化:
漂浮式基础的运用
根据测算,距离海岸线越远,风速越大,发电量可明显增加,离岸10千米的海上风速通常比沿岸高约25%。因此,随着海上风电的蓬勃发展,未来海上风电技术将朝着风机更大、水域更深、成本更低、可靠性更高的方向发展。德国批准的23个海上风电项目,大部分计划安装在距离海岸20~60千米、水深20~40米的水域中。
伴随着水深的逐渐加大,漂浮式机组基础将得到大规模应用。这种基础可以不固定在海床上,而直接漂浮在海中,通过锚链、缆绳等固定在一定的位置。其安装不受海床影响,能够适用于水深超过50米的海域,并克服在风、浪、流作用下的运动对风机工作的影响。
大型化:
大功率风机的开发
海上的资源有限,在相同单位下容量更大的产品发电量更高。例如,如果是建设一个10兆瓦的风电场,用2个5兆瓦的风机与5个2兆瓦的风机来比较,前者在支撑结构方面的投入远远小于后者。同时,由于海上风机的安装、运行、维护较陆地困难且成本高,增大单机发电功率、减小单机数量是必然的趋势。研究表明,未来第三代多兆瓦风机的容量将超过5兆瓦,在以后的10~15年达到20兆瓦,风轮直径也将超过120米。美国正开发采用直驱式永磁系统、高温超导发电机的10兆瓦风机,使得风机承载负荷降低了49%。
为了支持海上风机大型化的趋势,目前风机制造厂商选用高叶尖速设计参数,以减轻塔顶机舱和叶片的重量,节约材料,降低成本。应用刚度强、质量轻、使用寿命长的碳纤维塑料,以提高叶片的性能。推广夹层结构设计理念,使得叶片的坚固性、疲劳特性、防腐性等均得到提高。探索具有主动变桨控制、自动控制、自动停机功能风机传动系统,保证风机的可靠运行并最大化运行效率,满足电能质量和并网要求。研制直驱、双馈风机专用的超导永磁同步发电机,发挥其直径小、重量轻的优势,大幅减少发电机的尺寸与重量。
智能化:
海上统一电网的设想
早在2009年12月,北海地区10个国家的部长共同签署开发海上风电电网的协议,旨在建设一个新的海上风电电网,减少甚至消除欧洲国家间电力交易的不必要成本和障碍;为了发展海上风电,欧盟决定建设环大西洋欧洲沿岸的海底电缆网架,为海上风电的输送和调度提供基础设施保障,并在今年11月的国际大电网会议上,描绘了环地中海超级电网的宏伟景象。
实现建设海上输电网架的构想,智能化将是必经的途径。除风机的智能控制技术——变桨距功率调节与电力电子技术的广泛地结合与应用以外,海上风电的并网技术、调控技术、测风技术、监测技术、输电技术将与智能电网技术深度结合,共同建立起一整套涉及高性能材料、高性能结构、精细化设计、现代化施工、专用化设施、信息化管理、全寿命维护的海上风电系统。
海上风电拥有平均风速高、年利用小时数长、单机能量产出大、接近沿海用电负荷中心等诸多优势,欧洲至今完全投入运行的海上风电场已有44个,海上风力发电机l048个,总装机容量269.6万千瓦。预测到2030年,海上风电装机量约占世界风电总装机总量的比例将提高至40%。海上风电必将在快速发展中形成鲜明特色,这就是风机、基础、施工和维修的专门化、海洋化,风机的大型化、智能化,以及海上风电场发展的远岸化、多海域。(谭学奇)