海上风电发展及其技术研究概述

全球海上风电装机容量不断增多,固定式海上风电机组的技术不断成熟,漂浮式海上风电机组技术也在不断发展中,尤其是第一座漂浮式风电场的并网运行,标志着海上风电在深远海域发展步伐的加快。本文对国内外海上风电的行业背景、国家政策、发展历程和趋势,以及技术研究等方面进行了概述。     

漂浮式海上风电综合解决方案能力的建设

结合我国海域资源条件与漂浮式海上风电的特点,分析了漂浮式海上风电所涉及的资源分析、风电机组开发、基础设计、施工安装、运行维护、电力输送、成本分析和体系认证等领域的核心需求与技术难点,提出集合整机厂、设计院、施工单位、认证机构等各方面的资源建设漂浮式海上风电的综合解决方案,为漂浮式海上风电在我国的推广提供支撑。     

6 MW漂浮式风电机组极限载荷特性研究

海上风电场建设由近海走向深远海,漂浮式风电机组将会是这一区域最适合的选择。选用华锐6 MW机组,结合东海某海域环境条件和IEC规范,利用气动-水动耦合时域分析方法,对不同基础型式下的风电机组载荷特性进行研究。计算结果表明:漂浮式风电机组叶片、轮毂极限载荷与海上固定式风电机组相比没有明显增加,塔筒底部极限载荷增加幅度可达30%;在正常发电工况和极端空转工况叶片和轮毂极限载荷主要受风载荷控制,而塔筒底部和顶部极限载荷在不同工况受风载荷和波浪载荷影响效果则有不同。     

漂浮式海上风电在我国的发展前景分析

随着近浅海资源开发逐渐趋于饱和,海上风电的发展势必走向深远海领域。漂浮式基础是深远海风电的重要组成部分。我国深远海风能资源丰富,开发潜力大,适宜通过漂浮式技术带动深远海风电产业的发展。同时我国海床结构多样化,漂浮式基础能使机组摆脱不同海床条件的束缚,减少海上作业。而且深远海风电开发不占据岸线和航道资源,能减少或避免对沿海工业生产和居民生活的不利影响,有望带动新的经济增长点与其他行业发展。基于发展深远海漂浮式风电的必要性与可行性,我国应提前谋划,推动行业全面发展。一是通过政策支持营造良好的外部环境,促进降本增效,实现产业链的良性循环。二是要加强漂浮式关键技术和配套技术的自主研发,培育专业化人才队伍,搭建综合型海上风电产业基地。三是要学习借鉴欧洲的经验,通过"走出去"、"请进来"两种途径参与国际合作,制定适用于我国漂浮式海上风电的技术方案,形成具有自主知识产权的核心技术,提升国际竞争力。     

国外漂浮式风电现状对我国发展深远海域风电的启示

借鉴国外发展漂浮式海上风电的现状和经验,结合我国的实际情况,对我国发展漂浮式海上风电的可行性和将面对的技术挑战进行了综合分析。     

不同类型漂浮式风电场内机组塔基载荷研究

构建基于NREL 5 MW 风电机组的海上固定式风电场和不同类型的漂浮式风电场,考虑不同类型风电机组尾流特性、平台漂浮特性的差异,在不同工况下对风电场内机组动力学响应进行仿真计算。通过时域分析与箱线图分析,对风电场内各位置处机组在风、浪、尾流联合作用下的塔基载荷进行对比研究。结果表明：在相同工况下,Spar式风电场内机组风轮与平台位移值、塔基载荷在来流方向上最大;在中低风速下,风电场内机组塔基载荷相差较大;高风速时,塔基载荷相近;随着风速的增大,漂浮式机组塔基载荷呈先增大后减小的规律。     

英美共同开发漂浮式风电机组技术

4月25日,在英国伦敦召开的"清洁能源部长会议"上,英国能源与气候变化大臣爱德华·戴维和美国能源部部长朱棣文表示,英美将致力于共同开发漂浮式风电机组平台。英美两国的相关部门将积极鼓励海上漂浮     

深远海域漂浮式海上风电场基础形式综述

本文从我国海上风电的概况、国内外海上风电发展现状及漂浮式海上风电场基础形式等方面,对海上风电从近海向深远海域发展的必要性及趋势进行了概述。     

适用于过渡水深的漂浮式风电机组的研究

在借鉴国内外已有的研究成果的基础上,介绍了几种适用于过渡水深的漂浮式风电机组,并从主尺度、总体性能、荷载与控制系统、结构设计与成本等方面进行了对比分析。通过分析发现,半潜(Semi-Sub)式漂浮式风电机组的技术成熟度最高,但运动响应和产生的疲劳荷载要比张力腿(TLP)式大,船(Barge)式、Semi-Sub式与TLP式的控制系统优化逻辑有一定差别;TLP式和Barge式的结构设计比Semi-Sub式简单,但TLP式的施工难度较大;不同类型漂浮式风电机组总建设成本相差不多,只有从整个产业链上降低成本,漂浮式风电机组的商业价值才能显现。     

深海风力发电技术的发展现状与前景分析

海上风电从潮间带和近海走向深海远岸将是必然趋势。现有的机组基础型式及安装技术势必不能满足新的环境要求。漂浮式基础、整体安装及自航自升式施工平台极有可能成为未来海上风力发电的主流技术。北半球中纬度附近海域在发展深海风电方面具有独特优势及迫切需求,我国需尽早进行规划和部署相关技术及产业。     

国际

欧洲:发展海上浮动风电目前,欧洲海上风电装机已达5吉瓦,并创造了5.8万个就业机会。越来越多的欧洲风电企业将目光聚焦到海上浮动风电,即将风机安装在可移动的基础设施上,这样风电设备可漂浮至深海,利用深海更强的风力提高发电效率。浮动风电相比处于沿岸地区的固定海上风电更有竞争力。现在,欧洲已有2个海上浮动风电机组投入运行,有4个浮动装置处于     

海上漂浮式风机关键技术研究进展

  [目的]  海上漂浮式风机由于不受水深限制且便于运输安装等诸多优点,近年来在欧美日等发达国家得以快速发展。文章针对海上漂浮式风机关键技术和工程案例进行综述分析,以向国内相关研究和工程项目提供技术参考。  [方法]  首先介绍了海上漂浮式风机发展背景及基本类型,再进一步,分别介绍其稳性校核技术、系泊与动态海缆技术、水动力特性、气动力特性、一体化计算、模型试验研究、建造与安装技术、工程挑战与案例,最后对浮式风电市场与拓展运用做了相关总结。  [结果]  通过对海上漂浮式风机各关键技术进行梳理分析,理清了其技术研究现状与未来发展方向。  [结论]  文章综述了海上漂浮式风机各关键技术现状及相关工程运用案例,现阶段海上漂浮式风机依然面临不少技术挑战和行业发展困境,解决之道需从相关政策激励,技术攻关以及产业链的培育等,以多途径的方式降低浮式风电的工程造价成本,促进浮式风电产业进一步发展壮大。     

8 MW海上风电机组的施工和安装技术介绍

随着海上风电的迅速发展,海上风电机组的单机容量越来越大,需要更加先进、安全、经济的施工安装技术和设备,施工效率也需要更加高效。结合国内首台完全自主开发的8 MW直驱式海上风电机组的实际施工情况,从安装工程概况、风电机组参数、安装船情况、安装船施工能力、整体施工工艺几方面对大容量海上风电机组的安装技术进行了介绍,以期为类似工程提供参考。     

基于载荷优化的漂浮式海上风力发电机组变桨距控制研究

首先建立漂浮式平台流体动力学模型,重点提出一种变桨距控制的改进方案,针对复杂载荷环境导致的海上风力机系统建模不精确,利用基于先进记忆的控制策略进行桨距角补偿,有效减少了不对称气动载荷和平台运动。基于FAST和Matlab/Simulink软件平台以NREL-5 MW漂浮式海上风电机组为仿真模型验证改进控制器的有效性。分析和仿真结果表明,相比传统的独立变桨控制,改进的控制器在减少疲劳载荷和平台振荡有更好的性能,提高了系统的稳定性和可靠性。     

美国大力支持浮式海上风电发展

正作为未来海上风电发展的重要方向,漂浮式风电技术得到越来越多的关注。在国际能源署最近发布的《2019年海上风能展望》报告中指出,浮式风电可能会改变未来海上风电市场,世界上一些最大的经济体将来可能完全依靠浮式风电场来提供电力。美国和英国正在通过国家层面支持该领域的创新,以期引领未来海上风电发展。     

半直驱永磁式海上风电机组的发展

<正>0引言半直驱永磁式全功率变流风电机组是由变桨距风轮驱动中速齿轮箱,再由齿轮箱驱动中速永磁发电机发电,通过全功率变流器向电网馈电的风电机组。目前,这种风电机组在陆上风电场和海上风电场都有应用。陆上风电场应用的主要是5 MW以下功率的半直驱永磁式全功率风电机组,海上风电场应用的主要是5 MW及以上功率     

世界海上风力发电现状

风力发电占世界可再生能源发电量的16%。海上风电虽起步晚,但凭借其稳定性和大发电功率的特点,近年来正在世界各地飞速发展。2017年世界海上风电累计容量18.8MW,欧洲5国(英国、德国、丹麦、荷兰、比利时)累计容量占世界的份额为82.2%。2017年欧洲海上风电容量新增3.148GW。按国别累计,海上风电容量英国6.8GW,德国5.4GW,中国2.8GW,丹麦1.3GW,荷兰1.1GW。海上风力发电方式分固定式和漂浮式,固定式已产业化,成本低,被广泛采用;漂浮式各国都在大力开发,但成本高,仍处在从基础研究到验证实验的开发阶段。欧洲海上风电容量、技术等方面全面居世界领先水平,但发展市场容量不足,极需向海外拓展。我国有良好的海上风电开发资源基础,但2017年海上风电容量为2.8GW,仅占总风电容量的1.48%。建议加强与欧洲合作,加快我国海上风电发展进程。     

海上风电机组发展趋势分析

本文追述了海上风电机组的发展历程,分析了世界各主要风电机组生产厂家正在研制的海上风电机组的技术路线,提出了海上风电机组今后发展的主要趋势。     

新型张力腿平台双模块浮式海上风电机组结构系统的动力响应研究

从浮式海上风电机组的全寿命设计角度出发,以此类风电机组便于安装、替换、维修和拆除为目标,提出了一种新型张力腿平台双模块浮式海上风电机组结构系统。基于BEM方法研究了采用该结构系统的海上风电机组的叶片的气动性能,并综合考虑了风电机组浮体模块和张力腿平台模块的多体机械耦合和水动力耦合效应。选取海上风电机组4种典型工作海况,将新型张力腿平台双模块浮式海上风电机组结构系统与常规张力腿平台单体浮式海上风电机组结构系统的主要动力响应特征进行了对比分析,揭示了该新型张力腿平台双模块浮式海上风电机组结构系统可以有效降低浮式海上风电机组平台的纵荡位移响应,对改善浮式海上风电机组的运行性能具有积极意义。此外,还对该双模块结构系统拆除风电机组的可行性进行了初步验证。     

基于TMD的海上漂浮式风力机稳定性研究

海上漂浮式风力机的稳定性研究已逐渐成为风电研究的重点与热点。以NREL(国家可再生能源实验室)5 MW风力机及ITI Barge平台为研究对象,建立海上漂浮式风力机整机模型,通过配置TMD(调谐质量阻尼器),研究其对环境载荷作用下的海上漂浮式风力机稳定性的控制效果。结果表明:TMD对漂浮式风力机塔架和平台的运动响应有明显的抑制效果,在TMD控制下,漂浮式风力机塔顶左右位移最大值降低近50%,稳定性提高38%;对漂浮式风力机平台的横摇及横荡运动控制效果较明显,平台横荡稳定性提高18%,横摇稳定性提高41%。