海上風力發電技術研究
來源:用戶上傳
作者:
摘要：隨著我國科技的發展，風力發電控制技術有了很大進步。該文章通過論述海上風電場發展的現在情況，大致談論海上風電場發電控制技術的探索趨勢，僅供參考。
關鍵詞：海上風力發電；控制技術；研究
引言
如今，人們解決能源和環境問題迫在眉睫，有些資源有限，還會產生許多污染。世界各地都在關注可再生能源，而風力發電有許多優點，利用可再生能源已成為各國的重點發展方向。我國的風能資源并不匱乏，所以開發潛力很大。我國的海上風力發電產業和控制技術的發展很快，因而，通過分析現階段我國海上風力發電的情況和控制技術水平的發展情況，為實現可持續發展戰略提供一些有價值的信息。
1海上風力發電技術概述
海上風力發電技術作為一種清潔能源利用方式受到各國的青睞。在陸地上建設的風力發電已經在海上風力發電得到了廣泛的應用，但陸地風力發電有一定缺陷，例如陸地風力發電需要占用很大的地域面積、占用森林植被，而且還會產生很嚴重的噪音污染。目前丹麥、德國等歐洲國家已經建設了多個海上風力發電場，海上風機發電運行已得到了廣泛的應用。我國有著豐富的海洋資源，海上風力資源也很豐富，將這些能源充分利用起來，能夠對我國的能源與環境問題將會是一大幫助。因此，發展海上風力發電技術具有重大的戰略意義。
2海上風電與陸上風電的對比及其技術難點
根據我國風力資源的分布情況來看，近海地區、海上風力海岸灘涂地帶以及島嶼區域均存在豐富的風力資源。同時，東南地區繁榮的電力市場，也為海上風電的發展提供了有利條件。現主要對海上風電和陸上風電進海上風力行對比分析，并提出相應的技術難點。
2.1海上風電與陸上風電的對比
?。?）隨著高度的變化，海上風速呈現下降趨勢，因此在海上實現風力發電可以有效利用塔架，降低海上風力上風湍流的強度，使主導風向處于穩定狀態，有效避免風力發電機組因疲勞負荷出現故障，延長海上風力機組的使用壽命。
?。?）由于海面上障礙物較少且海平面粗糙度較低，海上風力相對而言風速的大小和方向都不會產生較大變化，風況好于陸地。
（3）通常情況下，海上的風速要比陸地上高25%。因此，基于相同發電設備的基礎上，海上風力發電要比陸地上增加25%以上的發電量。
2.2海上風電的技術難點
?。?）在海面上，風力發電設備需要面臨大風和海浪的沖擊。在進行風電機組安裝和建設過程中，它的海上風力支撐結構（塔架、基礎和連接等）的施工質量要求較高，海上風力不僅需要能夠應對各種惡劣的海上氣候環境，還需要海上風力具有較高的防腐蝕性能。
（2）很多風力資源分布在5～50 km的海岸，這些區域大多水深超過50 m，給發電場的施工帶來了巨大影響。一般情況下，常采用貫穿樁結構進行基礎的海底固定，如重力基礎、多腳架基礎等，但是這些建設成本都較高。
3海上風力發電控制技術的分析
3.1海上風力發電場選址問題
海上風力發電場的選址不僅重要而且十分復雜，選擇的地質不符合要求不僅會延誤工期還會導致海上風力項目的失敗。在進行選址時需要認真考慮以下基本問題。第一，要考慮當地風的類型，頻率和周期，海底的深度和最高波浪級別以及海床的地質結構；第二，要避開相關航線，選擇接近陸地的地方，這樣方便基礎工程的建設；第三，要接近主要電網的中心，便于將產生的電能輸送；第四，要考慮臺風、雷暴等極端天氣的應對措施等。除此以外，還需要考慮一些人文因素，例如建設海上風力發電場對當地生態環境、水中生物以及旅游產業造成的影響等。
3.2海上風力重力式基礎原理及其技術要點
重力式的海上風力發電基礎設計是在傳統的船塢和碼頭工程技術的基礎上，根據風電設備的運行和安裝需要改進而成，因此基礎的設計、預制、運輸和安裝技術都比較成熟。其原理是利用基礎自身材料和所承載的風電設備的重力，實現整個發電設施在海床上的穩定運行，因此在具體的技術參數的設計中的關鍵是計算風電設施的運轉和環境帶來的荷載。目前重力式基礎的應用主要受到海床工程地質條件、海水深度和經濟性的限制，首先由于重力式基礎的穩定性要求海床天然結構比較堅實，并且在預制的基礎沉入海底之前需要對海床進行預處理，而我國很多近海海床存在軟土層，導致預處理所需要耗費的成本較高；其次由于技術條件和經濟性所限，目前重力式基礎的使用僅限于海水深度小于10m的海域。
3.3海上風力負壓式基礎設計原理及其關鍵技術分析
鑒于重力式基礎在預制和運輸方面所受到的限制，科研人員基于運用外力將整個風電設施與海床之間進行固定的考慮，設計了桶式結構的基礎，并且在安裝就位之后在桶式基礎的空腔內制造負壓，讓基礎依靠負壓的作用吸附在海床之上。這一設計形式的實踐應用的關鍵制約因素是海床附近海水的沖刷和海水的腐蝕作用，因為利用負壓固定在海床上的基礎一旦因外力作用受到損壞，立即會影響風電設施的穩定性，因此這種基礎形式目前還沒有在海上風電場建設中應用的案例。
3.4海上風電的并網技術
在海上進行風力發電過程中，受到環境、風速等因素的影響，造成發電的輸出功率呈現浮動變化，具有隨機波動性。當并入電力系統時，可能會導致電網頻率出現偏差、電壓波動、閃變等問題。現階段，常采用的并網方式是MMC-HVDC并網方式，優點體現在以下幾個方面。同兩電平VSC-HVDC一樣，具備可以對無源負載提供電能，可以進行有功和無功的獨立調節功能；在MMC-HVDC中，可以隨意調整MMC的子模塊數量，系統的功率范圍較大，可以實現高壓大功率能量傳輸；在工程研發、建設以及運輸過程中，消耗的時間較少且并網成本較低，并網穩定性較高；通過降低MMC-HVDC器件的開關頻率，可以實現功耗的降低，有效提升并網的效率。
結語
陸地風力發電技術的不斷成熟促使海上風力發電技術的不斷成熟，為海上風力發電技術的發展打下了堅實的基礎。我國擁有很長的海岸線和豐富的海洋資源，獨特的資源優勢對我國發展海上風力發電技術十分有利，將這些可持續再生的風能加以利用，對解決我國的能源短缺問題具有重大意義。我國也應不斷加大對海上風力發電技術的研究力度，將這一技術逐步擴大至深海領域，滿足我國的能源需求。
參考文獻
[1]趙若焱.風力發電及其控制技術新進展探究[J].內燃機與配件，2018（13）：236.
[2]冀飛鶯，郭政建.風力發電及其技術發展研究[J].企業技術開發，2016（2）：15.
[3]程啟明，程尹曼，王映斐，等.風力發電系統技術的發展綜述[J].自動化儀表，2012（1）：1.
轉載注明來源:http://www.hailuomaifang.com/1/view-14865383.htm
