海上風力發(fā)電技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢

張宗旭

摘要：簡要介紹了世界各國風電裝機容量和風電場的選址方式，海上風力發(fā)電技術(shù)的特點和優(yōu)勢。詳細分析了世界主要風電國家的海上風電場的建設情況和發(fā)展現(xiàn)狀， 并就未來海上風力發(fā)展的趨勢進行了預測。對于我國海上風力發(fā)電的研究開發(fā)具有參考價值。

關(guān)鍵詞：海上風電;風電機組;風電場設計

一、海上風力發(fā)電技術(shù)的特點

海上風力資源豐富， 比陸地風力發(fā)電量大。通常，離岸10公里的海上風速要比沿岸陸 上高約 25%;受環(huán)境影響小。海上風力發(fā)電受 噪聲、鳥類影響及電磁波干擾等問題的限制 較少，不占用陸上土地資源，不涉及土地征用等問題[1];海上風切度小。海上風速隨高度的 變化較小，因此，不需要很高的支撐塔架，從而可以降低海上風力發(fā)電機組的成本;海上湍流強度低，海平面摩擦力較小，作用在風力發(fā)電機組上的疲勞載荷減少，延長了風電機組的使用壽命。

二、風力發(fā)電技術(shù)現(xiàn)狀分析

我國海上風電起步晚、發(fā)展快，面臨著成本更低的陸上風電和光伏發(fā)電等其他新能源的激烈競爭。在海上風電峰會上，專家表示，在我國海上風電的下一階段發(fā)展中，須通過技術(shù)創(chuàng)新和規(guī)?；_發(fā)，盡快擺脫補貼依賴，通過市場化方式實現(xiàn)快速發(fā)展

2.1 單機容量小，浪費大量的建設資源

眾所周知，風力是電力發(fā)電的重要組成部分，其發(fā)電效率直接影響到發(fā)電行業(yè)的發(fā)展，因此，風力發(fā)電技術(shù)應結(jié)合市場的發(fā)展趨勢以 及人們的用電需求等進行及時的改進。然而，就現(xiàn)階段風力發(fā)電技術(shù)來看，在人們生活水平不斷提高的情況下，人們對生活用電的需求也在不斷的增加，風力發(fā)電作為發(fā)電技術(shù)的重要組成部分，為了滿足 人們的用電需求，很多地區(qū)會增設多個風力發(fā)電機組，而在這種情況 下就會造成大量的資源浪費，尤其是土地資源的浪費，將會造成國家 土地資源吃緊的問題，影響到風力發(fā)電的可持續(xù)發(fā)展。

2.2 ?陸地風力發(fā)電建設過于集中

隨著人們生活水平的不斷提升，用電量以及用電負荷在不斷增加，也將給發(fā)電行業(yè)帶來一定的負擔，為了滿足人們用電需求，在陸地建 設了更多的風力發(fā)電廠，其中也有很多風力發(fā)電廠是建立在城市周邊的，而受到城市建筑的影響，這些風力發(fā)電廠的發(fā)展也將受到極大的 影響，從而制約了風力發(fā)電廠的發(fā)展。

2.3 風力發(fā)電技術(shù)的經(jīng)濟性不足

對于風力發(fā)電技術(shù)來說，主要走的是節(jié)能路線，而從風力發(fā)電技 術(shù)的實際運行調(diào)查中發(fā)現(xiàn)，風力發(fā)電技術(shù)在實施的過程中，缺乏一定 的經(jīng)濟性，會增加風力發(fā)電技術(shù)的實施成本，從而影響到風力發(fā)電技 術(shù)的實施效果，也將違背風力發(fā)電技術(shù)實施的本質(zhì)，不利于風力發(fā)電 技術(shù)的可持續(xù)發(fā)展。

三、海上風電的發(fā)展前景展望

“十四五”期間，我國海上風電發(fā)展趨勢將呈現(xiàn)出電價補貼退坡、深遠海開發(fā)、海洋綜合利用三大特點。

3.1深遠海域開發(fā)是趨勢

《海上風電場工程風能資源測量及海洋水文觀測規(guī)范》： 遠海/近海風電場：場區(qū)距離海纜路由登陸點所在海岸線最近距離大于/丌大于65km的風電場。 深海/淺海風電場：場區(qū)水深在理論最低潮位以下超過/丌超過50m的風電場。

與近海相比，深海環(huán)境更加惡劣，對風機基礎、海底電纜、海上平臺集成等技術(shù)提出了更嚴苛的要求。即便如此，海上風電場的開發(fā)逐步走向深遠海是必然趨勢已是業(yè)界共識。

在發(fā)展深海風電方面，歐洲走在了世界前列，世界上首個著床式深海風電場和首個漂浮式深海風電場分別在蘇格蘭和挪威建成運行。目前，國外最深的漂浮式試驗風場Kincardine水深已達到77米;2018年，歐洲在建海上風場平均離岸距離33公里，最遠離岸距離103公里;德國Sandbank和DanTysk海上風電場建設的HelWin Beta高壓直流換流站，最大輸送容量69萬千瓦，離岸160公里。

3.2海洋綜合能源開發(fā)是趨勢

“十四五”期間“海上風電+海洋牧場”這種創(chuàng)新模式將實現(xiàn)新能源產(chǎn)業(yè)和現(xiàn)代高效農(nóng)業(yè)的跨界融合發(fā)展，實現(xiàn)雙贏升級。

以德國、荷蘭、比利時、挪威等為代表的歐洲國家早在2000年就實施了海上風電和海水養(yǎng)殖結(jié)合的試點研究，其原理是將魚類養(yǎng)殖網(wǎng)箱、貝藻養(yǎng)殖筏架固定在風機基礎之上，以達到集約用海的目的。而我國尚未有海洋牧場與海上風電融合發(fā)展的成熟案例，目前只有山東省提出“探索海洋牧場與海上風電融合發(fā)展”試點方案。

“利用海上風機的穩(wěn)固性，將牧場平臺、休閑垂釣、海上救助平臺、智能化網(wǎng)箱、貝類筏架、海珍品礁、集魚礁、產(chǎn)卵礁等與風機基礎融合，不僅可以降低牧場運維成本、還可提高生物養(yǎng)殖容量，從而實現(xiàn)‘海上糧倉+藍色能源’的綜合海洋開發(fā)模式?！敝袊茖W院海洋研究所副所長楊紅生也認為，打造“海上風電功能圈”的融合發(fā)展新模式可拉長產(chǎn)業(yè)鏈，實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)多元化拓展。

未來亟需圍繞海洋牧場與海上風機融合布局設計、環(huán)境友好型海上風機研發(fā)與應用、海上風電對海洋牧場資源環(huán)境影響觀測與綜合評價等開展研究。

3.3直驅(qū)式風機不斷增加

海上風機由于其特殊的環(huán)境，導致了海上風機的巡檢以及維修費用極為昂貴。而直驅(qū)式風機，結(jié)構(gòu)簡單，零部件比較少且不用安裝齒輪箱，能有效的減少由于齒輪箱問題而造成的機械故障?？梢杂行У奶岣呦到y(tǒng)的運行可靠性和使用壽命，減少維護成本。

3.4控制技術(shù)日趨智能

在未來海上風機的設計中，智能化將是海上風機一個重要發(fā)展方向。鑒于風電機組的極限載荷和疲勞載荷是影響風電機組及部件可靠性和壽命的主要因素之一。

三、總結(jié)

海上風電技術(shù)經(jīng)過近20年的發(fā)展已經(jīng)得到了較大提高。但海上風能開發(fā)的主要問題在于成本過高和安裝運輸不便。隨著海上風電技術(shù)的成熟，海上風力發(fā)電的成本也將不斷下降。海上風電機組呈現(xiàn)大型化和深?；陌l(fā)展趨勢。

海上風能資源作為一種清潔的可持續(xù)能源，在各國政策的積極支持下，海上風電技術(shù)的提高和風電開發(fā)成本的下降促使海上風電規(guī)?；l(fā)展，海上風能將得到更深入、更大范圍的開發(fā)和利用。

參考文獻

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[2]李軍軍 ， 吳政球 ， 譚勛瓊 ， 陳波 . 風力發(fā)電及其技術(shù) 發(fā)展綜述 [J]. 電力建設 ，2011，（08）：70-71.

[3]王志新，張華強 . 風力發(fā)電及其控制技術(shù)新進展 [J]. 低壓電器，2009，（ 19）：2-3.