海上风电大型单桩基础波浪疲劳分析

随着陆上规模化风电日趋饱和,海上风电开发已成鼎沸之势.波浪荷载作为海上风电基础设计的主要荷载,其波浪疲劳分析也成为了海上风电基础设计的技术难题.本文基于随机波浪理论,采用非线性有限元随机分析方法(PSD),研究开发了单桩基础波浪谱疲劳分析计算程序;并基于谱疲劳分析及Miner线性累积损伤理论,编制了单桩基础波浪疲劳的疲劳损伤度及疲劳寿命计算程序,为工程技术人员提供参考.     

单桩式基础应用于我国海上风电的可行性探讨

结合国外海上单桩式基础建设成果,对比我国浅海地区地质地貌条件,分析得出单桩式基础优于其他基础形式,更加适用于我国浅海海域的风电开发。通过借鉴江苏如东潮间带风电场二期单桩基础建设经验,对单桩基础在我国海上风机建设的可行性与适用性进行了论述。通过对荷载、设计方法、桩基制作能力、施工方案的全面分析,阐述了该种基础形式在我国应用的可行性,为未来我国大规模海上风电建设提供有益参考。     

单桩式基础应用于我国海上风电的可行性探讨

结合国外海上单桩式基础建设成果,对比我国浅海地区地质地貌条件,分析得出单桩式基础优于其他基础形式,更加适用于我国浅海海域的风电开发。通过借鉴江苏如东潮间带风电场二期单桩基础建设经验,对单桩基础在我国海上风机建设的可行性与适用性进行了论述。通过对荷载、设计方法、桩基制作能力、施工方案的全面分析,阐述了该种基础形式在我国应用的可行性,为未来我国大规模海上风电建设提供有益参考。     

海上风电项目钢管桩防腐蚀设计研究

海上风机基础结构的合理设计是海上风电机组的安全运行的基础.在腐蚀环境极其恶劣的海洋环境中,防腐设计成为基础设计中重要环节.海上风电工程所用的钢管桩基础,钢结构防腐的重要方式包括防腐涂层和牺牲阳极保护等,有效可靠的防腐涂层配套体系以及合理的布置牺牲阳极保护将是保证基础有效寿命的重要措施.结合大练岛海上风电项目,提出相应的防腐涂层配套体系,详尽地分析研究牺牲阳极的布置方案和设计计算.     

冰区海上风电场工程抗冰结构设计与分析

冰区海上风电场抗冰结构的设计与分析是海上风电产业发展亟待解决的关键问题。依托渤海冰区某拟建海上风电场,根据工程海域冰情条件设计了适用于该场区海上风机超大直径单桩基础的抗冰结构,并采用三维有限元法从静冰力角度计算分析了不同水位、有无加装抗冰结构工况下风机基础的应力变形规律。结果表明,海上风机抗冰单桩基础的最大等效应力和极值静位移较普通单桩基础均大幅降低,说明抗冰风机基础平台的设计是合理有效的,证明了三维有限元法在冰区海上风电工程应用中的可行性。计算成果可为同类海上风电场的设计提供参考。     

海上风机基础环锚固性能有限元分析

目前福建海域海上风电机组嵌岩机位的基础常采用大直径单桩和高桩承台两种形式,由于大直径单桩基础嵌岩施工设备国内较少,因此有较多海上施工经验和施工船舶设备的高桩承台基础成为具有较高施工可靠性的基础型式。文中海上风机通过预埋在混凝土承台中的基础环将上部风机荷载传递给整个高桩承台基础,基础环是保证结构安全性的重要节点结构。一些陆上风电场中同样采用预埋基础环的风机基础,出现了因基础环晃动导致风机停运的事故,需要后期采用加固措施。海上风电机组的运行和维护条件比陆上更恶劣,一旦出现基础环锚固失效问题造成的经济损失更大,后期采用加固措施将更加麻烦且难以保证质量。因此,研究基础环结构在海上高桩承台基础中锚固机理,对于上部风机荷载有效地传递给风机基础,保证风电机组运行的安全性和可靠性具有重要意义。     

我国海上风机基础形式及荷载计算问题探讨

针对我国目前海上风电基础发展现状及海域地质情况,提出目前适用于我国海域的几类风机基础形式,并以单桩基础为例说明基础设计中存在的问题和注意的地方。对海上基础设计研究做了一些探索。     

新型海上风电风机基础经济可行性评估

随着“碳达峰、碳中和”目标的提出，清洁可再生的海上风能开发利用受到国家和行业的高度关注。当前，海上风电行业面临以技术创新驱动降本增效的发展态势，海上风电风机基础型式创新是重要手段之一。为评估将新型风机基础应用于海上风电工程的经济可行性，本研究构建了海上风电场工程全生命周期经济评估模型。以新型单桩-摩擦环复合式基础为例，考虑将其应用于总装机量为300 MW海上风电场情景，计算海上风电场在建设期内的成本和运营期内的主要经济指标。将单桩-摩擦环基础与传统单桩基础、导管架基础和高桩承台基础等进行对比，并对建设投资、上网产量和平价政策等影响海上风电场项目经济效益的主要因素进行敏感性分析。结果表明单桩-摩擦环新型基础相比于传统已有基础具有显著的经济优势，具有更优的抗风险能力。     

基于电流源换流器的混合型海上风电直流输电系统

基于二极管整流器(DR)的海上风电并网方案能大幅降低投资成本,但其控制和启动问题难以解决.主动换相型电流源换流器(CSC)具有较高的功率密度和较强的控制性能,但成本相对较高.文中提出一种基于DR与辅助CSC混合级联的海上风电直流输电并网系统,既能实现海上平台轻型化,又能解决DR的控制和启动问题.首先,对拓扑结构和数学模型进行分析;然后,提出海上风电并网系统的稳态控制策略和黑启动控制策略,并基于PSCAD/EMTDC进行仿真验证;最后,对所提方案进行经济性分析.结果表明,混合级联型海上风电并网系统能平稳完成风电场黑启动,具有良好的稳态特性,并能适应风电出力的波动.     

海上风机冲刷计算方法及防护措施

随着海上风电场建设项目的开展,风电机组的运行环境也愈发复杂。陆地上单纯考虑地质和风能荷载条件,在海上需要考虑风荷载、地质、波浪洋流等多种复杂荷载叠加。本文介绍了海上风机冲刷计算方法和可采取的防护措施,可供海上风电设计参考。     

行业动态

国家能源局对外公布全国海上风电开发建设方案国家能源局近日对外公布《全国海上风电开发建设方案(2014—2016)》,总容量1053万千瓦的44个海上风电项目列入开发建设方案。这标志着我国海上风电开发将进一步提速。据介绍,我国海上风能资源丰富,加快海上风电项目建设对于促进沿海地区治理大气雾霾、调整能源结构和转变经济发展方式具有重要意义。风电发展"十二五"规划提出,到     

海上风电升压变压器技术路线选择与对比

阐述了我国海上风电的发展意义和政策,归纳了海上风电升压变压器的使用环境和特点,在此基础上,对 目前海上风电升压变压器常见的产品类型和安装位置进行了技术路线分析,并对目前的主流方案机舱变压器技术特点 和重点关注内容进行了深入探讨,还结合海上风电技术的发展方向提出了升压变压器的研究内容,为海上风电升压变 压器技术路线的选择提供技术依据.     

我国远海风电送出输电技术及典型方案

输电方式的合理选择对实现深远海风电经济高效送出具有重要意义。我国海上风电资源开发逐渐呈现远海化、规模化的发展趋势,海上风电送出的输电成本相应上升。对当前国内外海上风电送出工频交流输电技术、柔性直流输电技术和低频交流输电技术的应用现状及特点进行了全面总结和分析;结合我国海上风电相关规划和海洋资源情况,按照海上风电规模化、集约化开发的指导思想,分析提出未来远海风电送出的输电规模、离岸距离等多个研究场景;综合比较海上平台设计、关键设备制造能力以及技术经济,研究提出各送出场景下可行的海上风电输电技术及其典型技术方案,可为未来国内各区域远海海上风电送出输电方式的优化选择提供参考及借鉴。     

海上风电模块化高可靠高压断路器操作箱的设计及应用

针对海上风电模块化建设和运维高要求,对高压断路操作箱回路复杂、抗干扰能力弱、防护等级低等不足 开展改进工作,主要设计改进工作包括简化操作回路、利用抗工频大功率继电器回路提升抗干扰能力、实施IP６７无 防护安装改造、对外采用航空插头支持即插即用等,同时提出了针对海上风电模块化建设的安装方案、一/二次融合 模块化安装方案,可适应于海上风电新项目及传统变电站项目.     

海上风电制氢技术经济性对比分析

海上风资源丰富、区域广,成为风电开发利用的重要领域。但海上风电的强随机性和间歇性给海上风电的安全可靠消纳带来诸多难题。风电制氢是提高风电利用率和缓解弃风的有效手段,已成为海上风电发展和研究的热点方向。综合考虑制氢技术方案、设备投资成本、运行维护成本,给出国内海上风电制氢技术的经济性评价方法;分别建立海上风电岸上制氢、海上平台制氢及管道输氢和海上平台制氢及船舶运氢3种海上风力发电制氢技术方案及经济性模型。基于相关调研和文献数据,以某300 MW海上风电场为例,对不同离岸距离的3种海上风力发电制氢技术方案进行经济性比较。结果表明,3种海上风电制氢方案中,海上平台制氢及船舶运氢方案最具经济性,且随着离岸距离加大,该方案等年值费用基本不变;海上风电岸上制氢方案和海上平台制氢及管道输氢方案随离岸距离加大,等年值费用均不同幅度增加。     

分频风电系统风机并网实验研究EI北大核心CSCD

目前分频风电系统(fractional frequency wind power system,FFWPS)作为海上风力发电系统研究的一个新潮流,已经引起国际学术界的广泛注意。国外学者对分频风电系统应用于用于海上风电的经济性、技术可行性以及关键设备可行性等方面进行了研究,这说明分频风力发电系统是一种具有竞争力的海上风力发电系统方案。该文针对分频风电系统的结构特点,提出一种适用于分频风电系统风机并网的结构和方法,该并网方法可实现分频风电系统中风机的逐台并网,具有经济和技术上的优势。介绍分频风电系统并网主电路和控制电路的设计,以及所搭建的分频风电系统多机并网实验平台,通过实验证明所提出的并网结构和方法的可行性和有效性。     

面向海上平台轻型化的跟网型中频远海风电场直流送出方案

海上风电具有广阔的发展前景,而可靠、高效的大规模远海风电并网系统是开发海上风电的关键技术.针对远海风电直流送出系统的海上平台轻型化问题,提出一种跟网型中频远海风电场直流送出方案.该方案采用跟网型风电机组,直流系统的整流侧和逆变侧都采用模块化多电平换流器(MMC).首先,从拓扑结构和控制系统2个方面对该跟网型中频方案进行了描述;接着,就海上风电场交流系统运行频率对风电场及其直流送出系统的影响进行了分析,包括对变压器、交流电缆和MMC等的影响.基于±320 kV/1000 MW海上风电直流送出系统,分析了100 Hz跟网型中频方案的技术经济性,包括关键电气设备的主回路参数、海上交流电缆造价、海上平台造价、风机造价、交流电缆损耗和整流站阀损耗、交流电缆输电能力.最后,在PSCAD/EMTDC中搭建了跟网型中频方案的电磁暂态仿真模型,验证了该方案的有效性.     

筒型基础风机结构振动特性及减振研究北大核心CSCD

筒型基础在我国海上风电工程中已推广应用,探究其在实际工程中的表现,是保证风机安全的关键。本文针对筒型基础风机结构的振动位移进行原型监测,并以单桩基础风机作为对照。首先基于风机实测自振频率,采用遗传算法拟合基础刚度,然后统计并对比两种基础风机的振动水平。结果表明:两种基础的水平刚度相差7%,筒型基础的旋转刚度是单桩的10倍;风速小于6 m/s时,筒型基础风机位移大,大于6 m/s时,单桩基础位移大;3P共振导致小风速下筒型基础位移较大,通过优化运行策略,减小振动位移最大达54.4%。筒型基础在抗倾稳定性和振动响应控制方面具有优势。     

基于构网型风电机组和二极管整流单元的海上风电场黑启动策略

基于构网型风电机组和二极管整流单元(diode rectifier unit,DRU)的中远距离海上风电送出方案具有技术经济性优势。由于DRU必须在交流电压支撑下才能工作，并且其功率传输具有单向性，因此DRU或陆上电网均无法启动海上风电场。在这种情况下，构网型风电机组可以作为海上风电场的黑启动电源。首先，介绍了2种构网型海上风电经DRU送出系统的拓扑。接着，阐明了构网型风电机组的结构和控制策略，分析了风电机组并网启动时的自同步过程。然后，研究了海上交流系统的无功功率平衡，提出了避免风电机组启动时无功功率过载的措施，在此基础上提出了海上风电场黑启动策略。最后，在PSCAD/EMTDC中搭建了中频构网型海上风电直流送出系统和低频构网型海上风电交流送出系统的电磁暂态仿真模型，对海上风电场黑启动过程进行仿真，风电场平稳启动的仿真结果验证了所提基于构网型风电机组的黑启动策略的有效性。     

大规模海上风电柔性直流输电技术应用现状和展望

海上风电具有风力资源稳定性强、年利用小时数高等特点,随着海上风电机组大型化、投资规模扩大以及建设成本下降,基于柔性直流输电技术的大规模海上风电送出已成为海上风电发展和研究的热点方向。结合国内外典型海上风电柔性直流输电工程,对换流阀、联接变压器、耗能装置、高压直流断路器、海底直流电缆关键电气设备应用现状等进行分析和总结,介绍控制系统构、硬件组成和控制算法研究现状。考虑到海上平台所处的盐雾腐蚀环境,介绍了联接变压器、换流阀的防腐设计和海水冷却系统设计。分析、总结了大规模海上风电的并网技术方案的研究现状,对海上换流站、海上风电场的发展趋势进行展望。