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在2015年第1期《新能源希望》杂志的文章中,海上风电从潮间带和远洋走向深海远岸将是一定趋向。现有的机组根蒂根基型式及安装手艺必将不克不及知足新的情况要求。漂泊式根蒂根基、整体安装及自航自降式施工平台极有可能成为将来海上风力发电的支流手艺。北半球中纬度四周海疆在生长深海风电方面具有奇特上风及急迫需求,我国需尽早停止计划和布置相干手艺及家当。

相较于陆上风力发电,海上风力发电具有不占用土地资源、风速下且稳固、湍流强度小、视觉及噪声污染小、接近负荷中央等上风,近年来得到了很多国度的正视。德国、英国、丹麦等国度在生长海上风电方面走在了天下的前线,现在欧洲的装机容量约占天下海上风电总装机容量的90%,重要集中在北海、波罗的海和英吉利海峡等天[1,2]。

凭据测算,间隔海岸线越近,风速越大,发电量增添越显着,离岸10km的海上风速一般比沿岸下约25%。另据统计,2010年欧洲已建成的海上风电场均匀水深为17.4 m,离岸均匀间隔为27.1 km;2012年平均水深22m,离岸均匀间隔29km;而从现在正在建立、核准或计划的项目来看,均匀水深和离岸间隔已离别到达了215m和200km[3,4]。因而,以后跟着潮间带及远洋地区风电资本的开辟强度逐步饱和和沿海地区环境保护呼声的日趋猛烈[5],

久远来看,海上风力发电从潮间带和远洋走向深海远岸将是一定趋向。一样平常以为,离岸间隔到达50 km或水深到达50 m的风电场便可称为深海风电场[6]。

在生长深海风电方面,欧洲继承走在了天下的前线,天下上首个着床式深海风电场和尾个漂泊式深海风电场离别在苏格兰和挪威建成运转[7,14],但美国和日本曾经意识到其重要性并最先奋起直追[8,9]。

1 手艺近况取剖析

取远洋比拟,深海情况越发卑劣,存在着海流、海浪、潮汐、内波等多种水文征象和侵蚀、冲洗、淘空等临时理化感化,对风机根蒂根基、海底电缆、海上平台集成等手艺无疑提出了更严苛的要求[10,11]。

但是,取远海风电场比拟,深海风电场的建立重要区分和难点更在于机组根蒂根基型式和机组安装体式格局两个方面,因而需求从新评价和思索。

1.1 根蒂根基型式

根蒂根基是风电机组赖以连续稳固事情的平台,是海上风电场的重要组成局部,对风电项目的运转质量和投资效益影响较大,现在根蒂根基的施工和运维用度约占海上风电总投资的15% ~ 25%。

根据根蒂根基是不是取海床间接打仗,可将现有的海上风电根蒂根基分为着床式和漂泊式两种构造情势,或称为固基和浮基。个中,着床式根蒂根基取陆上风电相似,经由过程钢桩、沉箱、网架等构造将塔筒流动于海床上,该根蒂根基适用于远洋地区(水深小于50 m),已被大量应用于现在已建成的海上风电场,手艺成熟,经验丰富。

而漂泊式根蒂根基的观点来源于深海油气开辟平台,是指塔筒不取海床间接打仗,而经由过程锚索或缆绳将其取海底相连,使风电机组可在某一相对流动区域内自在挪动,该类根蒂根基现在重要处于研发和树模阶段,但对海洋环境的适应性较强,取着床式根蒂根基比拟施工难度较小、运维本钱低,因而在生长深海风电方面具有优越的运用远景。

漂泊式根蒂根基重要包孕四品种型,分别是单柱式平台、张力腿平台、驳船型平台和半潜式平台。个中,单柱式平台又称Spar平台(如图1a所示),即应用流动在浮力罐中央底部的配重(压仓物)去实现塔筒平台的稳固,在系泊体系和主体浮力掌握下,具有优越的动力稳定性[12]。

张力腿平台(TensionLeg Platform,TLP)应用系缆张力实现平台的稳定性,即经由过程处于拉伸状况的张力腿将塔筒平台取海底衔接,从而抑止平台垂直方向上的活动而实现程度方向上的相对活动[13],如图1b所示。

驳船型平台构造最为简朴(如图1c所示),它应用大平面的重力扶正力矩使全部平台包管稳固,其道理取一样平常船舶无异。半潜式平台重要由立柱、桁架、压水板和流动缆绳组成,其设想天真,是一种吃水较浅的改进型张力腿平台[14],如图1d所示。表1列出了4种重要漂泊式根蒂根基的根基机能对照状况。

上述4种平台均已在陆地油气开辟中得到了大量运用和充裕考证,近年来连续被提出应用于深海风电开辟中并停止了研讨和论证。2009年,天下尾个海上漂泊式风力发电站“Hywind”在挪威海岸四周的北海正式投运,接纳的就是Spar浮体构造[18],2013年在日本长崎海疆实现商业化运转,单机容量2 MW,由日立公司开辟,项目称号为“HAENKAZE”。

而2011年葡萄牙电力公司建成的“WindFloat”MW级漂泊式海上风电机组则接纳了半潜式平台构造,由美国Principle Power公司开辟,单机范围6MW,正处于树模阶段。另外,借有一些漂泊式根蒂根基观点构造处于设想和实验阶段,好比Sea Twirl、SWAY、BlueH和Poseidon等[3]。

经由过程对照能够发明,这些浮体构造基本上都是在上述4种平台基础上的革新或综合。

1.2 机组安装

因为海上天气卑劣,有用功课工夫短,以是机组安装是全部海上风电场建立历程中施工难度最高和风险最大的环节[19],间接决意了全部项目的成败。

机组安装手艺包孕安装平台和安装体式格局两个局部。现在大部分海上风电机组的运输、吊装、维修重要依托于现有的船舶平台停止。跟着离岸间隔愈来愈近及机组功率愈来愈大,近年来已连续泛起新建或改装的专业化海上风机吊装平台[20],重要包孕传统起重船(自航非自降)、起重安装平台(自降非自航)和自航自升起重船3 品种型[21]。

个中,自航自升船既可在海上自在飞行,又可在目的地区自在起落,是运输和安装海上风电机组的幻想船型,英国2004 年开辟的世界上第一艘专门用于安装海上风机“五月花”号就是这类船型[22]。

海上风电机组的安装重要包孕两种体式格局:分体安装和整体安装。分体安装是指在目的海疆根据根蒂根基→塔筒→机舱→叶片的递次顺次将机组的各重要部件装配成一个整体,这类施工要领取陆上风电场相似,适用于潮间带及远洋地区,现在运转的多半风电场均按该要领制作;而整体安装则是在岸边将机组各部件装配成一个整体,竖直安排于运输船输送并安顿至目的所在,以削减海况对装配精度的影响,功课用度较低,这类施工要领是比年生长起来的,也已有胜利案例[23-24]。

对适用于深海地区的漂泊式根蒂根基风电机组,应凭据详细的根蒂根基型式选择安装手艺。个中,单柱式平台根蒂根基的机组应首选整体安装,装配完成后由起重船输送并安排于目的所在;张力腿平台根蒂根基的风电机组可在目的天点将根蒂根基平台流动后,由自航自降船停止分体安装塔筒、机舱及叶片;而驳船型和半潜式平台根蒂根基的风电机组则可在岸边停止整体安装,后由拖船将其整体拖曳至目的所在。

凭据以上对风电机组根蒂根基型式及机组安装手艺的剖析,能够发明现在深海风力发电手艺已开端具有了手艺可行性,未来经由过程鉴戒陆地油气开辟及船舶工程履历,其手艺成熟度和可行性将进一步进步。

2 生长重点及手艺发起

研讨注解,环球大部分海疆单元面积的风能储量在2×103 (kW.h)/m2,属于风能资本的富集区。据预算,环球海深60-900 m 地区风电机组装机容量约为17.4×108kW,因而深海风力发电潜力伟大[25]。

凭据环球海疆风能资本剖析可知,南北半球西风带资本最为雄厚但破坏性天色频发(如我国南海区域),赤道四周和南北极海疆风能资本较为缺少,对照发明,相宜开辟海上风电的地区重要散布在南北半球中纬度四周海疆[26-27]。

联合经济兴旺水平、能源需求量及风能资本状况来看,将来一段期间能够重点生长深海风电的地区包孕[28]:

(1)欧洲大西洋沿岸和冰岛内地,包孕北海、波罗的海、地中海、比斯开湾等海疆;

(2)北美洲器械海岸内地,包孕哈德森湾、墨西哥湾、圣罗伦斯湾及美国西海岸等海疆;

(3)东北亚区域内地,包孕渤海、黄海、日本海等海疆。

上述海疆风能资源丰富,均匀风速约在8-9m/s阁下,沿岸聚集了英国、德国、法国、美国、日本等兴旺经济体和中国、俄罗斯、韩国、墨西哥等新兴经济体,电力需求量大,且阔别台风等破坏性天色多发地区[29],因此该当是生长深海风电的幻想区域。

基于生长深海风电的可行性和必要性,我国应提早策划,加大工作力度,接纳有力步伐,鞭策深海风力发电手艺的适用化和规模化生长。重要包孕:

(1)启动深海地区风能资本探测和海床地质前提勘察事情,提早计划渤海和黄海海疆深海风电场生长结构及输电线路走向

(2)布置开辟顺应深海天文天气情况特性(如抗海冰、抗台风、抗盐雾等)的风电机组[30],并主动停止树模和实证;

(3)进一步考证和对照4 种漂泊式根蒂根基的经济性和实用性,积聚深海风电机组的运输、施工、吊装、保护和运转履历,逐渐构成标准规范;

(4)以当前海洋工程设备为根蒂根基,进一步开辟集运输和吊装功用于一体的船舶平台,同时培养专业化施工运维服务公司;

(5)积极参与国际合作,共同开发深海风电机组取深海风电场,同时构成自主知识产权。

3 结论

跟着能源需求的逐渐增添及远洋风能资本的渐次削减,深海地区势必成为风力发电手艺的主战场。从现在开辟趋向来看,将来几年海上风电场的离岸间隔将增添到50km以上,因而现有的机组根蒂根基型式及安装手艺必将不克不及知足新的情况要求。
漂泊式根蒂根基、整体安装及自航自降式施工平台极有可能成为将来的支流手艺。北半球中纬度四周海疆在生长深海风电方面具有奇特的上风及急迫的需求,我国需尽早停止计划和布置。

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