海上風力發電技術及研究

張海鋒

（中海石油技術檢測有限公司天津300452）

海上風力發電技術及研究

張海鋒

（中海石油技術檢測有限公司天津300452）

風力發電作為一種新興的能源產生方式，由于其資源豐富不受土地條件限制等優勢，已經在多個國家風靡起來。我國有很長的海岸線，為了更好的利用這些資源，我國也需要加大對海上風力發電的研究力度。本文首先對海上風力發電進行概述，在與發達國家進行對比，最后介紹了海上風力發電技術的前景，旨在于為解決我國的能源問題做出貢獻。

海上風力發電技術；技術要點；前景分析

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站已經得到了廣泛的應用，但是陸地風力發電有一定得缺陷。例如，陸地風力發電需要占用很大的地域面積，而且還會產生很嚴重的噪音污染。但是海洋資源豐富，且不會占用土地面積，海上風力發電就受到了各國的關注。目前一些歐洲國家已經建設成了自己的海上風力發電站，將這一想法變成了事實。我國有豐富的海洋資源，鄰近海域的風力資源也很豐富，將這些能源充分利用起來，對我國的能源與環境問題將會是一大幫助。因此，發展海洋風力發電技術具有重大的戰略意義。

1.1 海上風力發電的優勢分析

海洋風力與陸地風力相比具有很大的優勢。首先，當風流經過陸地時，由于陸地地面粗糙且存在不少的障礙物，使風的大小以及風的方向都會改變。但是在海面上因為海面相對比較光滑，摩擦力小，使得海洋的風力的湍急度較小，風向也比較穩定；其次，正是由于海洋風力比陸地穩定且風力大，在搭建機組時就不需要太高的塔架，這樣降低了風電機組的成本。有數據顯示，離海岸線十千米的海上風速通常比沿岸陸上大約高百分之二十，產生的電量可增加百分之七十。因此，海上風力發電不僅成本低，產量也十分可觀；最后，海洋面氣流平穩，陸地面地勢復雜，海洋上的發電機組不需要承受太大的工作強度，在陸地上使用壽命為二十年的發電機組在海洋上使用壽命可以延長至二十五至三十年。除此以外，在海洋上進行風力發電還免收噪音、電磁、鳥類等因素的影響。基于這些優勢，近些年來，海上風力發電技術已經悄然興起。

1.2 海洋風力發電現狀分析

海洋發電技術作為一種新興的綠色能源產生方式，世界各國正在紛紛發展海洋發電技術。歐洲在海洋風力發電技術方面在世界上處于領先地位。目前的資料表明，歐洲建成的海上風電場的容量為2.75～165.6MW,規劃中的風電場容量為4,5MW～1 GW，北美以及亞洲各個國家的不斷加入使得海上風力發電技術進一步得到了提高。

1.2.1 歐洲海洋發電技術分析

歐洲一直處于海洋發電技術的領先地位。2006年的數據顯示，在全球風電裝機容量前十名的國家中，歐洲占了七個，市場份額達到了百分之五十八。截至目前，所有的海上風力發電場都在歐洲。丹麥在2002年建成了世界是首個真正的大型海上風力發電場。電場離岸14～20km,水深6.5～13.5m,當地風速為9.7m/s,占地20km2,安裝了80臺單機容量2MW的Vestas型風機，提供的電能可以供十五萬丹麥家庭使用。

德國的海洋風力發電技術也得到了迅猛的發展。德國海上風機容量已突破500MW，在近海地區以及12英里以外的深水地區都建造了海洋風力發電場。預計到2030年，海上風機的安裝量將會達到25000MW，產生70～85TWh的電能。歐洲的額其他國家也不甘落后，紛紛開始建設海上風力發電站，瑞典有11座海上風電場正在規劃建設中。

1.2.2 我國的海洋風力發電技術分析

我國的海上風力發電技術才剛剛起步，距離歐洲國家還有一定的差距，我國目前還沒有海上風力發電場。我國的海洋面積遼闊，海洋資源十分豐富，東部水深在2米至15米的海域，可用于海洋風力發電的面積是陸地面積的三倍。隨著海洋風力發電技術的不斷成熟，在加上經濟力量的保障，未來海洋風力發電技術將成為我國重要的產能方式，風能將成為最重要的可持續能源。我國目前正在大力發展海上風力發電技術，目前正處于建設中的海上風力發電站已經有六座，分別在廣東南澳、上海、浙江岱山、江蘇如東、江蘇東臺、河北黃驛。

2 海上風力發電技術

2.1 海上風力發電場選址問題

對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，便于將產生的電能技術輸運，還要考慮雷電等惡劣天氣的應對措施等。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。

2.2 海上風機的支撐結構

海上風機主要有四種類型，分別是單樁風機、重力式混凝土沉箱、多樁及吸力式風機。單樁風機在安裝時需要較高的費用，因為單樁風機受到海底地質條件和海水深度的影響，安裝設備較為專一。它一般安裝在海底10米至20米的地方。重力式混凝土沉箱基礎結構體積較大，造價相對比較低廉，穩定性和可靠性較高，在安裝時需要進行海地測量準備。多樁基礎，通常是為三腳樁適合在深海進行建造，它的樁徑較小，鋼管樁部通過灌漿技術與上部保持相連，但是這種結構在我國還沒有成功安裝過。最后一種是吸力式沉箱基礎，它適合安裝在砂性土及軟粘土的地區，可以細分為單柱及多柱吸力式沉箱基礎，單柱的安裝費用要比多柱的相對較高。

2.3 海上風電機組的控制特點

海上風電機組在控制原理是可靠、高效、安全。但是由于在海上，在對設備進行操作與維護時有諸多不便，這就需要控制系統更加安全可靠，靠遠程進行監控并維護。在控制系統中采用了冗余技術，例如傳感器、通信線路等都進行了備用方案就是為了使其更加可靠。采用智能化控制技術通過在線診斷技術、控制器等預先進行了解避免故障的發生。此外，還要進行優化設計，防雷防腐的各項保護技術。

3 海上風力發電技術前景分析

3.1 新型海上風力發電機逐步發展

再建設海上風力發電場時，對風機基礎要重點關注。隨著技術的的發展，單機容量在不斷的加大，新型大功率發電機正逐步取代小型發電機。技術的逐步提高將會驅使新型海上風力機得到不斷的研發和運行。新型海上風力發電機將會不斷優化發電性能，通過減少槳葉的安裝數量來降低安裝成本。其他海上風力發電機的相關設備例如防腐設備也會得到相應的發展。海上風力發電機需要依靠這些設備來適應海上潮濕易腐蝕的需要，因此，這將會帶動整個領域的發展。

3.2 由淺海向深海發展

海上風力發電機的基礎安裝成本很高，但是可持續能源的利用是一個十分有意義的方向，也是一個十分有潛力的市場。加護嗓我國的能源短缺以及環境保護的問題，未來海上風力發電將會成為我國能源的重要來源。目前，淺水域風力發電場的發展已經無法滿足風能發展的要求，需求的不斷提高促使風力發電技術正向深海域不斷發展，深海域風力發電技術將會使全球能源利用率大大提高來滿足日益增加的能源需求。

結語

陸地風力發電技術的不斷成熟促使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，滿足人們的能源需求。

[1]王放文,劉學忠,丁曉霞等.海上風力發電機絕緣系統的耐海洋氣候性試驗研究[J].絕緣材料,2014,（1）:77-80.

[2]姜楠.深海風力發電技術的發展現狀與前景分析[J].新能源進展,2015,（1）:21-24.

[3]陳川,王俊,黃海軍等.我國東南沿海與歐洲沿海風電機組服役環境條件的差異性分析[J].裝備環境工程, 2013,（5）:22-26.