關(guān)于海上風(fēng)電電力系統(tǒng)相關(guān)研究

徐磊

摘要：目前，隨著工業(yè)生產(chǎn)及科技水平的不斷發(fā)展，我國的各個行業(yè)對能源的需求逐漸增多，因此，當(dāng)前發(fā)展可再生資源技術(shù)是非常重要的。這其中主要包括風(fēng)能的開發(fā)，風(fēng)能的開發(fā)可以在陸地和海洋進(jìn)行，目前我國的情況是在陸地上進(jìn)行開發(fā)，海洋開發(fā)需要更多的新技術(shù)和更高的成本，另外在并網(wǎng)方面條件也不是很成熟。近些年，陸地風(fēng)資源的開發(fā)已經(jīng)逐漸成熟和飽和，為了滿足社會會更多的需要，未來海上風(fēng)電的開采將成為工作的要點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：電力系統(tǒng);海上風(fēng)場;變電站

中圖分類號：TM614

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

引言

能源利用和環(huán)境污染成為人們共同面臨的兩大主題。為了在滿足人們?nèi)找嬖黾拥哪茉葱枨蟮耐瑫r，又能減輕環(huán)境污染的壓力，人們不斷探索開發(fā)各種型式的新能源。目前已經(jīng)開發(fā)利用的新能源發(fā)電型式中，風(fēng)力發(fā)電最為成熟。但我國陸上風(fēng)電在“三北”地區(qū)“基地建設(shè)、規(guī)模送出”開發(fā)模式下，因當(dāng)?shù)叵{能力有限，對外輸送依賴于特高壓線路建設(shè)的現(xiàn)狀，棄風(fēng)限電現(xiàn)象較為普遍，于是海上風(fēng)電引發(fā)了各界的廣泛關(guān)注。與陸上風(fēng)電相比，我國的海上風(fēng)電具有接近負(fù)荷中心、不存在送出和消納的問題、不占用土地等區(qū)位優(yōu)勢，具有湍流強(qiáng)度小、主導(dǎo)風(fēng)向穩(wěn)定、海面粗糙度小、海風(fēng)垂向切變小等資源優(yōu)勢，越來越受到人們的青睞，逐漸成為風(fēng)電開發(fā)的重點(diǎn)領(lǐng)域，加快了我國綠色電力的步伐。

1海上風(fēng)力發(fā)電管理存在的問題

1.1計劃缺乏科學(xué)性與合理性

氣象部門負(fù)責(zé)風(fēng)資源基礎(chǔ)資料，海上可觀測區(qū)域小，海上風(fēng)資源狀況反饋少，通過數(shù)據(jù)推算和模型模擬的方法得出的計算結(jié)果有偏差。海底地形地貌大范圍調(diào)查進(jìn)行困難，缺少最新的地形資料和工程地質(zhì)資料。登陸點(diǎn)間隔遠(yuǎn)、海底電纜間隔距離不夠標(biāo)準(zhǔn)。有工程實(shí)踐表明，風(fēng)電場區(qū)具有排他性，無法同其他活動并容。海上開發(fā)活動類型眾多，如今海洋經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅速，交通運(yùn)輸、油氣開發(fā)、臨港工業(yè)、旅游、保護(hù)區(qū)等各行業(yè)的用海需求逐漸增加，傳統(tǒng)的養(yǎng)殖、捕撈等行業(yè)用海仍需保存，將有限海洋空間資源既能合理規(guī)劃，又要滿足各行業(yè)的用海需求，這本身就是個難題，海上風(fēng)電場規(guī)劃面積過大，必將擠占其他行業(yè)的海上發(fā)展空間。

1.2成本高且監(jiān)管力度薄弱

經(jīng)濟(jì)是限制海上風(fēng)電發(fā)展的重要原因，對比化石能源電力，海上風(fēng)電的發(fā)電成本高，項目單位千瓦投資2萬元?，F(xiàn)在我國近海風(fēng)電統(tǒng)一電價0.85元/千瓦時，一些海域預(yù)期投資收益不理想。海上風(fēng)電對設(shè)備和施工技術(shù)要求嚴(yán)格，海上風(fēng)電機(jī)組要克服臺風(fēng)、鹽霧腐蝕問題，且施工需要專業(yè)施工隊伍和施工船舶。除此，有的海上設(shè)施壽命短，以及停止使用后的拆除與續(xù)期的問題都不可避免。海底電纜審批和海域論證審批的分離加大了企業(yè)成本，事中事后監(jiān)管不足，相關(guān)配套政策的缺失也加大了建設(shè)與運(yùn)營維護(hù)的難度。

2海上風(fēng)電電力系統(tǒng)應(yīng)用要點(diǎn)

2.1風(fēng)機(jī)連接方式

風(fēng)機(jī)連接方式是一種新型的電力匯集系統(tǒng)，在海上風(fēng)場中，發(fā)電機(jī)之間的距離被限定在0.5～1km，風(fēng)電機(jī)之間是連接的狀態(tài)，主要通過電纜的形式將各個發(fā)電機(jī)連接在一起。經(jīng)過一個或多個中壓集控開關(guān)組件及電纜匯集，通過整體升壓的形式送入海上變電站。海上風(fēng)場的風(fēng)電機(jī)組較多，通常是由幾個為一組的形式劃分，每組采用的連接方式主要包括：星型、串型方式等。星型連接是指風(fēng)電機(jī)組先與臨近的裝有變壓器的集電平臺相連，再集中連接至變電站，它的優(yōu)勢主要在于獨(dú)立性，即每臺風(fēng)機(jī)都可以獨(dú)立的工作，不需要獨(dú)立的變壓器支撐，不過這種連接方式的缺點(diǎn)就是系統(tǒng)穩(wěn)定性較差。串型連接的方式就需要花費(fèi)較大的成本，因為它需要每臺風(fēng)電機(jī)組每臺均有獨(dú)立變壓器，通過將多臺風(fēng)電機(jī)組相連接后匯集至海上變電站。目前海上風(fēng)電場集電線路型式主要有三種型式，普通環(huán)形連接、相鄰回路風(fēng)機(jī)末端聯(lián)絡(luò)環(huán)形連接及普通環(huán)進(jìn)環(huán)出方式連接等型式。普通環(huán)形連接型式可靠冗余度高，但投資成本大，經(jīng)濟(jì)性差，已建或在建的海上風(fēng)電場均不考慮該類型集電線路方案。相鄰回路風(fēng)機(jī)末端聯(lián)絡(luò)環(huán)形型式為在兩個相鄰集電線路回路最末端的兩臺風(fēng)機(jī)通過一根海纜連接，兩個相鄰回路的集電線路海纜截面選擇不考慮另一回風(fēng)機(jī)組送出，末端聯(lián)絡(luò)電纜按最小截面海纜選擇。普通環(huán)進(jìn)環(huán)出方式連接型式為在每個集電線路由首端到末端各風(fēng)機(jī)依次射線狀連接或放射狀連接，該結(jié)構(gòu)簡單，投資成本較低。

2.2電纜鋪設(shè)及特殊保護(hù)

海底電纜的特殊保護(hù)是非常重要的，因為海底電纜有它獨(dú)特的特點(diǎn)，主要包括結(jié)構(gòu)、外徑、重量、機(jī)械性能等等，海底電纜的長度也大小不一，會根據(jù)具體情況采用不同長度的電纜，這是由于這樣的特點(diǎn)也造成了電纜敷設(shè)和維護(hù)的困難。比如說：在淺海環(huán)境中，水深如果是小于200m的海域纜線，主要采用的是埋設(shè)的方法，但是如果在不可控制的深海中，那么主要采用敷設(shè)的方法，這兩種方法都是根據(jù)水深的深淺來決定。埋設(shè)方法的主要工作原理是水力噴射式埋設(shè)，它的原理是底部有幾排噴水孔，平行分布于兩側(cè)，在作業(yè)的過程中，通過小孔向海底噴射出高壓水柱，這種高水柱產(chǎn)生的壓力會將海底的泥沙沖開，自然會形成一道纜孔，這道纜孔用來引導(dǎo)電纜到纜溝底部，能夠?qū)_溝自動填平。埋設(shè)設(shè)備主要是通過施工船進(jìn)行拖拽，然后再根據(jù)電纜做出一些指令。我國的科技水平正在迅猛的發(fā)展，高科技和信息化正在融入每一個行業(yè)，未來在海洋領(lǐng)域也會應(yīng)用到更高的科技水平，例如：可以將人工智能的機(jī)器人代替人類進(jìn)行海底電纜鋪設(shè)作業(yè)。人類近些對海底的開發(fā)造成了許多破壞，主要是因為海底電纜損壞導(dǎo)致的，電纜的破壞大多數(shù)是由于一些捕魚裝置造成的，例如：捕魚裝置和錨。因為電纜的特殊性和獨(dú)特性造成了維修和維護(hù)費(fèi)用較高，因此，這必須引起相關(guān)單位和開發(fā)商的高度重視。通過經(jīng)驗也總結(jié)出了比較可靠的保護(hù)海底電纜的方法，主要包括：把電纜深埋、采取避繞措施等等，根據(jù)具體的施工情況還要對電纜進(jìn)行一般性的保護(hù)措施。

2.3海上風(fēng)電變壓器設(shè)計及運(yùn)行要求

海上風(fēng)電變壓器的運(yùn)行與常規(guī)電力變壓器有很大的區(qū)別。海上風(fēng)電與陸上風(fēng)電相比，主要差異是利用小時數(shù)高且出力過程更加平穩(wěn)，維護(hù)、維修成本特別高，體積、重量等受到嚴(yán)格約束，機(jī)械振動較強(qiáng)。設(shè)計要求環(huán)保、防火;極度可靠、故障率極低、過載能力強(qiáng);安裝方便、重量輕;免維護(hù)或少維護(hù)、維修成本低。海上風(fēng)電系統(tǒng)由于受到變頻裝置、安裝空間和海洋環(huán)境的限制，因此對風(fēng)電機(jī)組、變流設(shè)備、變壓器等輸變電設(shè)備的運(yùn)行和維護(hù)都有特殊要求。海上風(fēng)電變壓器逐漸成為海上風(fēng)電運(yùn)行中的重要設(shè)備，也是海上風(fēng)電向更大規(guī)模、更深遠(yuǎn)海發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)之一。然而，由于我國缺乏大容量海上風(fēng)電變壓器的長時間運(yùn)行經(jīng)驗，因此變壓器在設(shè)計中需注意的問題與方法都還處于研究與驗證階段，相關(guān)技術(shù)應(yīng)用效果也有待驗證。

2.4加強(qiáng)海上風(fēng)力發(fā)電過程的監(jiān)管

海上風(fēng)電項目建設(shè)必須得到海洋環(huán)境影響報告書批準(zhǔn)文件和海域使用權(quán)后方可使用海域進(jìn)行建設(shè)。沿海地方海洋行政主管部門要懂得使用海域動態(tài)監(jiān)視監(jiān)測系統(tǒng)等手段，落實(shí)海上風(fēng)電項目的用海監(jiān)管，及時監(jiān)查違法違規(guī)行為。建設(shè)單位要發(fā)揮主動性，根據(jù)監(jiān)測評估結(jié)果進(jìn)行有效保護(hù)修復(fù)措施。基于海上風(fēng)電屬新興用海產(chǎn)業(yè)，相關(guān)部門根據(jù)實(shí)際，評估海上風(fēng)電項目用海對海洋資源環(huán)境和海域開發(fā)活動的影響。

結(jié)束語

綜上所述，在全球倡導(dǎo)低碳生活的大環(huán)境與我國海域面積廣闊的前提下，對比西方發(fā)達(dá)國家的海上風(fēng)電發(fā)展現(xiàn)狀，我國海上風(fēng)電發(fā)展仍然存在著非常大的發(fā)展前景，如何實(shí)現(xiàn)低成本高效率、充分利用海上區(qū)域又不影響其他行業(yè)也自然的發(fā)展，值得我們深思。

參考文獻(xiàn)

[1]馮文泉，趙磊，鞏源泉等.北車風(fēng)電海上風(fēng)電機(jī)組概念設(shè)計研究[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報，2011（25）：119-122.

[2]熊禮儉.風(fēng)力發(fā)電新技術(shù)與發(fā)電工程設(shè)計、運(yùn)行、維護(hù)及標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范實(shí)用手冊[M].北京：中國科技文化出版社，2005.

[3]肖運(yùn)啟，賈淑娟.我國海上風(fēng)電發(fā)展現(xiàn)狀與技術(shù)分析[J].華東電力，2010，38（2）：277-280.