海上风力发电技术及研究

张海锋

（中海石油技术检测有限公司天津300452）

海上风力发电技术及研究

张海锋

（中海石油技术检测有限公司天津300452）

风力发电作为一种新兴的能源产生方式，由于其资源丰富不受土地条件限制等优势，已经在多个国家风靡起来。我国有很长的海岸线，为了更好的利用这些资源，我国也需要加大对海上风力发电的研究力度。本文首先对海上风力发电进行概述，在与发达国家进行对比，最后介绍了海上风力发电技术的前景，旨在于为解决我国的能源问题做出贡献。

海上风力发电技术；技术要点；前景分析

1 海上风力发电技术概述

海上风力发电技术作为一种清洁能源利用方式，受到各国的青睐。在陆地上建设的风力发电站已经得到了广泛的应用，但是陆地风力发电有一定得缺陷。例如，陆地风力发电需要占用很大的地域面积，而且还会产生很严重的噪音污染。但是海洋资源丰富，且不会占用土地面积，海上风力发电就受到了各国的关注。目前一些欧洲国家已经建设成了自己的海上风力发电站，将这一想法变成了事实。我国有丰富的海洋资源，邻近海域的风力资源也很丰富，将这些能源充分利用起来，对我国的能源与环境问题将会是一大帮助。因此，发展海洋风力发电技术具有重大的战略意义。

1.1 海上风力发电的优势分析

海洋风力与陆地风力相比具有很大的优势。首先，当风流经过陆地时，由于陆地地面粗糙且存在不少的障碍物，使风的大小以及风的方向都会改变。但是在海面上因为海面相对比较光滑，摩擦力小，使得海洋的风力的湍急度较小，风向也比较稳定；其次，正是由于海洋风力比陆地稳定且风力大，在搭建机组时就不需要太高的塔架，这样降低了风电机组的成本。有数据显示，离海岸线十千米的海上风速通常比沿岸陆上大约高百分之二十，产生的电量可增加百分之七十。因此，海上风力发电不仅成本低，产量也十分可观；最后，海洋面气流平稳，陆地面地势复杂，海洋上的发电机组不需要承受太大的工作强度，在陆地上使用寿命为二十年的发电机组在海洋上使用寿命可以延长至二十五至三十年。除此以外，在海洋上进行风力发电还免收噪音、电磁、鸟类等因素的影响。基于这些优势，近些年来，海上风力发电技术已经悄然兴起。

1.2 海洋风力发电现状分析

海洋发电技术作为一种新兴的绿色能源产生方式，世界各国正在纷纷发展海洋发电技术。欧洲在海洋风力发电技术方面在世界上处于领先地位。目前的资料表明，欧洲建成的海上风电场的容量为2.75～165.6MW,规划中的风电场容量为4,5MW～1 GW，北美以及亚洲各个国家的不断加入使得海上风力发电技术进一步得到了提高。

1.2.1 欧洲海洋发电技术分析

欧洲一直处于海洋发电技术的领先地位。2006年的数据显示，在全球风电装机容量前十名的国家中，欧洲占了七个，市场份额达到了百分之五十八。截至目前，所有的海上风力发电场都在欧洲。丹麦在2002年建成了世界是首个真正的大型海上风力发电场。电场离岸14～20km,水深6.5～13.5m,当地风速为9.7m/s,占地20km2,安装了80台单机容量2MW的Vestas型风机，提供的电能可以供十五万丹麦家庭使用。

德国的海洋风力发电技术也得到了迅猛的发展。德国海上风机容量已突破500MW，在近海地区以及12英里以外的深水地区都建造了海洋风力发电场。预计到2030年，海上风机的安装量将会达到25000MW，产生70～85TWh的电能。欧洲的额其他国家也不甘落后，纷纷开始建设海上风力发电站，瑞典有11座海上风电场正在规划建设中。

1.2.2 我国的海洋风力发电技术分析

我国的海上风力发电技术才刚刚起步，距离欧洲国家还有一定的差距，我国目前还没有海上风力发电场。我国的海洋面积辽阔，海洋资源十分丰富，东部水深在2米至15米的海域，可用于海洋风力发电的面积是陆地面积的三倍。随着海洋风力发电技术的不断成熟，在加上经济力量的保障，未来海洋风力发电技术将成为我国重要的产能方式，风能将成为最重要的可持续能源。我国目前正在大力发展海上风力发电技术，目前正处于建设中的海上风力发电站已经有六座，分别在广东南澳、上海、浙江岱山、江苏如东、江苏东台、河北黄驿。

2 海上风力发电技术

2.1 海上风力发电场选址问题

对海上风力发电场的选址不仅重要而且十分复杂，选择的地质不符合要求不仅会延误工期还会导致项目的失败。在进行选址时需要认真考虑以下基本问题。第一，要考虑当地风的类型，频率和周期，海底的深度和最高波浪级别以及海床的地质结构；第二，要避开相关航线，选择接近陆地的地方，这样方便基础工程的建设；第三，要接近主要电网的中心，便于将产生的电能技术输运，还要考虑雷电等恶劣天气的应对措施等。除此以外，还需要考虑一些人文因素，例如建设海上风力发电场对当地生态环境、水中生物以及旅游产业造成的影响等。

2.2 海上风机的支撑结构

海上风机主要有四种类型，分别是单桩风机、重力式混凝土沉箱、多桩及吸力式风机。单桩风机在安装时需要较高的费用，因为单桩风机受到海底地质条件和海水深度的影响，安装设备较为专一。它一般安装在海底10米至20米的地方。重力式混凝土沉箱基础结构体积较大，造价相对比较低廉，稳定性和可靠性较高，在安装时需要进行海地测量准备。多桩基础，通常是为三脚桩适合在深海进行建造，它的桩径较小，钢管桩部通过灌浆技术与上部保持相连，但是这种结构在我国还没有成功安装过。最后一种是吸力式沉箱基础，它适合安装在砂性土及软粘土的地区，可以细分为单柱及多柱吸力式沉箱基础，单柱的安装费用要比多柱的相对较高。

2.3 海上风电机组的控制特点

海上风电机组在控制原理是可靠、高效、安全。但是由于在海上，在对设备进行操作与维护时有诸多不便，这就需要控制系统更加安全可靠，靠远程进行监控并维护。在控制系统中采用了冗余技术，例如传感器、通信线路等都进行了备用方案就是为了使其更加可靠。采用智能化控制技术通过在线诊断技术、控制器等预先进行了解避免故障的发生。此外，还要进行优化设计，防雷防腐的各项保护技术。

3 海上风力发电技术前景分析

3.1 新型海上风力发电机逐步发展

再建设海上风力发电场时，对风机基础要重点关注。随着技术的的发展，单机容量在不断的加大，新型大功率发电机正逐步取代小型发电机。技术的逐步提高将会驱使新型海上风力机得到不断的研发和运行。新型海上风力发电机将会不断优化发电性能，通过减少桨叶的安装数量来降低安装成本。其他海上风力发电机的相关设备例如防腐设备也会得到相应的发展。海上风力发电机需要依靠这些设备来适应海上潮湿易腐蚀的需要，因此，这将会带动整个领域的发展。

3.2 由浅海向深海发展

海上风力发电机的基础安装成本很高，但是可持续能源的利用是一个十分有意义的方向，也是一个十分有潜力的市场。加护嗓我国的能源短缺以及环境保护的问题，未来海上风力发电将会成为我国能源的重要来源。目前，浅水域风力发电场的发展已经无法满足风能发展的要求，需求的不断提高促使风力发电技术正向深海域不断发展，深海域风力发电技术将会使全球能源利用率大大提高来满足日益增加的能源需求。

结语

陆地风力发电技术的不断成熟促使风力发电技术的不断成熟，为海上风力发电技术的发展打下了坚实的基础。我国拥有很长的海岸线和丰富的海洋资源，独特的资源优势对我国发展海上风力发电技术十分有利，将这些可持续再生的风能加以利用，对解决我国的能源短缺问题具有重大意义。我国也应不断加大对海上风力发电技术的研究力度，将这一技术逐步扩大至深海领域，满足人们的能源需求。

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