海上浮动风力发电场的发展

一、前言

在深水建设海上风电场的一个优点是风力更大更稳定，因为陆地上的山脉有可能破坏气流。此外，噪声对陆地上的居民鲜有影响，因为涡轮机距离居民区并不非常远。陆上或近海风力发电场，对生物也有影响，据说会引起动物迁移，容易发生鸟类死亡事故，而远海处的鸟类比较少，对鱼类的影响尚有待研讨。

人类为了开发更多的清洁电能，认为海上风力发电场具有很大的可挖掘潜力。由支柱(一般为三根)固定的浅海风力发电场，目前认为只能安装在约30米至50米深的水域，更保守的看法，认为当水深小于20 m时为浅水域，风电设备的基础底座支柱，直接插入海底以下10 m固定比较可靠，这些条件，大部分风力发电场智能在近海地区建造。世界上也有不少近海水域，实际上深度也常大于50米，所以发展海上浮动风力发电场，引起一些国家的注意，并拟定了发展计划。 当水深在20 m～300 m之间的深水域，就可以采用浮体结构，它是矩形或三角形箱体，漂浮在海面上。风电设备的支撑塔柱固定在盒式箱体上，浮体则由缆索牵引，缆索锚固于海底，这种漂浮箱体结构型式要注意强风时的摇动和倾斜。建造海上浮动风力发电场，是在半潜式海上石油平台的技术基础上发展起来的，半潜式海上石油平台的建造，虽比海上浮动风力发电场难度大一些，但海上浮动风力发电场的远程控制是一项很先进技术。

此外，海上浮动风力发电场的发电机的容量大，安装总容量也较大，采用高压交流(HVAC)或是高压直流(HVDC)输电方案，常考虑最终经济效益来选择。

二、挪威重视浮动式风力发电场开发

挪威是世界上第一个拟建造首座海上浮动风力发电站的国家。据《挪威邮报》报道，挪威国家石油海德鲁公司(StatoilHydro)决定在挪威Karmoy海域建造世界首座浮动风力发电机，称为“Hywind”，计划于2009年秋季动工，计划投资4亿克朗(约8000万美元)。

StatoilHydro公司新能源部Alexandra Gjoerv主任表示，公司将利用海上油气开采技术来开发海上风力资源。拟建的海上风力发电站安装在水下100多米的浮标上，通过三根锚索固定在海下120-170米深的海底。发电机叶片直径为80米，高出海平面约65米。

StatoilHydro公司将与其他公司密切合作，共同开发海上风力资源。Siemens公司负责生产风力发电机组，Technip公司负责生产浮标系统并安装，电线电缆产品由Nexans公司负责生产，这说明Siemens和Nexans总是抢跑在技术前沿。

挪威国家石油公司已建造了一台2.3兆瓦的浮动式Hywind涡轮机原型，安装在挪威卡姆岛离岸10公里的水里。该原型采用了由Siemens公司提供的涡轮机和法国德希尼布公司(TechnipS.A.)的浮动技术。这台涡轮机的建造和部署成本约为4亿挪威克郎(6,490万美元)，预计每年将产生约9,000千兆瓦小时的电力。挪威国家石油公司声称，该涡轮机可以在700米深的水域使用，这说明浮动技术能满足很多海域深的度要求。

自2009年9月测试成功后，挪威国家石油公司目前正在评估全球各地的风电站点，以便大规模部署浮动式风力发电场。当然这类工程还在逐步深化试验阶段，一时还不能作为大规模商业运

作。挪威国家石油公司发现，路易斯和阿伯丁郡的沿岸水域适宜建设浮动风电场。这些地点能容纳3至5台Hywind涡轮机装置，也可以进行测试以确定这项技术的商业潜力。

三、苏格兰积极准备漂浮式风力发电场

苏格兰可能会建设世界上第一座漂浮式风电场，该国第一部长AlexSalmond开始与挪威能源巨头挪威国家石油公司进行谈判，争取这一海上风能项目。苏格兰国际发展(Scottish DevelopmentInternational)和MarineScotland一直在与挪威国家石油公司合作，进行可行性研究。挪威国家石油公司将于下月再次造访苏格兰，深入研究各个施工地点的潜力。

Salmond先生说，“Hywind第二期风电场项目会见证苏格兰与挪威合作。该项目将降低深水海上风能的限制，打破100米的记录，首次开拓远海区域用于风能开发。”。

萨尔蒙德先生指出，苏格兰海上风电开发的潜力巨大，而苏格兰政府的目标正是发展风力发电。这一产业可以带来300亿英镑(466.4亿美元)的投资，创造2万个工作岗位。

苏格兰政府认为，海上风能可以在该国能源结构中占更大的份额。最近的一项研究表明，到2050年，只要利用苏格兰海上风能储量的三分之一，产生的电力就可达到全国供电的7倍以上。

苏格兰定下目标，到2020年，可再生能源的供电占到总用电量的50%。苏格兰打算在2011年达到31%。2008年，苏格兰已经有22%的电力来自可再生能源。

三、美国院士在中国的吹风

这还是2007年的事情，美国工程院院士鲍亦和向海大捐款5万元设立“鲍亦和院士创新奖”，计划在海南建世界首座浮海风力发电场。对国际风电先驱鲍亦和来说，海洋是他的蓝色试验田，拥有中国最广阔海域的海南自然魅力无限。为了实现海风代油，海风代煤的梦想，这位73岁的学者近日特地从美国来到海南考察，并计划在我省远海建立世界第一座试点性浮海发电场。他认为“海南所辖海域面积200多万平方公里，占全国海域面积的2/3，是全国最大的海洋省，发展海风发电潜力很大。”这种立轴式浮海风力发电机高100米左右，由一根长柱和两片弓形的页片组成，它底端固定在浮箱上，并用锚将浮箱拉在水下一定位置，比较重的蓄电设备都集中在长柱下端。“下面重，上面轻，就像不倒翁的原理一样，发电机即使没有海底桩，也不会倒。省了很多材料成本，也节省了安装、维修费用。据悉，岛屿能源缺乏一直是全世界岛国和省份最心忧的问题。没有大河，没有丰富煤矿，水电和火电都难有效开展。对于美丽的热带海岛来说，烧煤发电所产生的粉尘污染更让人心痛。“这么美的岛，游客这么多，海南应该尽量用清洁的可再生能源，为后代留住这一方水土和空气。” 虽然目前海风发电的成本比火电高，但鲍亦和对它的前景很乐观。他说，除在蓄电等方面希望进一步改进外，浮海风力发电机技术比较成熟，没有突破性的技术难题。只要在投资、税收等软环境上多鼓励、支持，再大批量生产、运用，就能很快降低成本。目前，鲍亦和计划在海南海域建首座浮海发电场，逐年安装40台浮海发电机，希望能在三年内开始发电。他说，要是海南海域都利用起来，一年生产的绿色风力电，是目前全国发电量的6倍！“1万度的海风绿电，可以减少火电11吨左右的二氧化碳排放量，这对海南环境保护很有利。”南海地理位置非常敏感，对于这一项建议，还需要详细论证。

四、某些公司对风电技术的分析 1、风电机组

海洋风电机组应是大型的，其功率通常在2 MW～5 MW或更大，据说要发展7 MW，而目前2 MW以下基本上适用于陆地。

2、风电工程造价包括

陆上风力发电场，风力发电机组(占78%)、电气装置(占12%)、土建工程(占6%)、电力消费(占2%)、工程管理(占2%)。其中风轮机和发电机所占比重最大，应采用新技术新材料来降低造价，例如采用高强度玻璃纤维加上环氧树脂来取代铝合金制造叶片，取消齿轮增速箱等。美国开发的新型叶片可使捕捉风的能力提高 20 %。采用变频调速后使风能利用率提高 15 %。

3、风轮叶片数目

风轮叶片数目为2片或3片，2片适于较高的周速比(叶片尖端周速与风速之比)，3片则适用于较低的周速比。要注意2叶片转轮相对于旋转平面各轴线的螺桨惯性矩并不相同，由此会引起附加动态负荷、必须采取相应辅助结构措施。德国大型机造用1个叶片是为了降低成本，叶片造价为风轮机的1/5～1/3, 3片改为1片可降低成本20%，但主流还是采用3叶片。

4、输电线缆

海洋风电设备通常距沿岸为10 km～30 km。由于高压交流输电(HVAC)线路越长；损耗也越大，这是设计人员最不能接受的问题。HVAC虽然是一门成熟的技术，但较多地认为适用于输电距离在70～80 km；有功功率小于500 MW以下的海上风力发电场。

当输电距离较长，如在100 km以上；容量较大，如在300 MW以上时, 但较多地认为选择高压直流输电(HVDC)更合适。HVDC-VSC是一门可选的技术，适用于输电距离大于80km的海上风力发电场，商业上可实现额定功率达1200 MW，可以控制有功和无功功率，可使用高压直流XLPE电缆，并且大海可看作一个平面，各风力发电机接受的风力基本上均匀和稳定。相反陆上地势高低变化，各风力发电机接受的风力不一定很均匀，这也可在陆上常观察到的现象。（摘自《中国电线电缆网》）