海上风电综述教学文稿

海上(hǎishànɡ)风电综述

第一页，共33页。海上(hǎishànɡ)风电海上风电的特点海上风电相关课题海上风电发展现状第二页，共33页。世界上第一座海上风电站(diànzhàn)1991年建于丹麦。由于海上风电的建设难度较大、维护成本高，世界海上风电的建设一直停滞不前。2008年以后，欧洲的海上风电建设开始逐步进入蓬勃发展阶段。2008和2009连续两年世界海上风电新增容量均超过50万千瓦。2009年欧洲已建立了10个海上风电场。世界海上(hǎishànɡ)风电发展现状第三页，共33页。我国海上可开发的风能资源是陆上风能资源的3倍。风能密度(mìdù)通过单位截面积的风所含的能量称为风能密度(mìdù)，常以w/m2来表示。也就是空气子一秒钟时间内以V的速度流过单位面积所产生的动能为风能，其一般表达式为：E——风能密度(mìdù)

V——空气速度中国海上(hǎishànɡ)风电发展现状

——海上(hǎishànɡ)风资源丰富第四页，共33页。第五页，共33页。风能丰富区：我国东南沿海、山东半岛和辽东半岛及其附近的海岛、内蒙古北部和松花江下游(xiàyóu)地区、新疆和甘肃有些地区，都是风能丰富区。一般超过200w/m2,有些海岛甚至可达300w/m2，如福建省有的海岛上最高达500w/m2，3~20m/s有效风速出现频率高达70%，全年在6000h以上。东南沿海地区的风能资源主要集中在海岛和距离海岸线10km内的沿海陆地区域。由于受丘陵地势的影响，海风登陆后风速下降，在离海岸50km后一般风速要降低到60%~65%。中国海上(hǎishànɡ)风电发展现状

——海上(hǎishànɡ)风资源丰富第六页，共33页。风能较丰富区从汕头海岸向北沿东南沿海约20~50km地带和东海及渤海沿岸地区，从东北图们江口向西沿燕山北麓经河西走廊到艾比湖南岸，横穿我国东北、华北、西北的广大地区，以及西藏高原中部和北部地区，都是风能较丰富区。风能可利用区风能可利用区包括南岭(nánlǐnɡ)以南，离海岸约在50~100km的地带，大、小兴安岭山地，三北地区中部，黄河和长江中下游以及川西和云南部分地区。风能贫乏区除去上述三区域外均为风能贫乏区。中国海上风电发展现状

——海上风资源(zīyuán)丰富第七页，共33页。可以看出，我国海上风电(fēnɡdiàn)资源也比较丰富。据估计，海上可开发和利用的风能储量达7.5亿千瓦，是陆上风能资源的3倍，海上风能资源的开发利用在我国有广阔的前景。在海上风电(fēnɡdiàn)资源中，5米到25米水深线以内的近海区域、海平面以上50米高度可装机容量约2亿千瓦时；25米到50米水深，70米高度风电(fēnɡdiàn)可装机容量约5亿千瓦时。中国海上风电发展现状(xiànzhuàng)

——海上风资源丰富第八页，共33页。我国的负荷中心主要集中在经济发达，耗电量大的沿海省份，而陆上风能资源则主要在远离负荷中心的西部地区。大规模陆上风电的开发面临长距离输电的技术和经济制约。而海上风电则可直接接入负荷中心就地消纳，对于因用地和环保压力导致本地电源(diànyuán)越来越少的负荷中心电网来说，海上风电的加入无疑有助于提高其本地电源(diànyuán)的支撑能力。中国海上(hǎishànɡ)风电发展现状

——距离负荷中心近第九页，共33页。2010年7月，上海东海大桥10万千瓦海上风电场34台机组正式投运，并开始为上海世博会提供清洁(qīngjié)能源。东海大桥风电场是欧洲之外全球第一个海上风电并网项目，也是中国海上风电的发端。2012年11月国内第二座大型海上风电场——位于江苏如东环港外滩的潮间带区域的如东海上示范风电场全部建成投产，总容量为182MW。中国海上风电发展现状

——近期(jìnqī)海上风电项目第十页，共33页。中国海上风电发展现状

——东南(dōngnán)沿海发展规划第十一页，共33页。风电场分为陆上风电场和海上风电场两类。其中，海上风电场包括潮间带和潮下带滩涂(tāntú)风电场、近海风电场和深海风电场。陆上风电场：指在陆地和沿海多年平均大潮高潮线以上的潮上带滩涂(tāntú)地区开发建设的风电场，包括在有固定居民的海岛上开发建设的风电场。潮间带和潮下带滩涂(tāntú)风电场：指在沿海多年平均大潮高潮线以下至理论最低潮位以下5m水深内的海域开发建设的风电场。近海风电场：指在理论最低潮位以下5m～50m水深的海域开发建设的风电场，包括在相应开发海域内无固定居民的海岛和海礁上开发建设的风电场。深海风电场：指在大于理论最低潮位以下50m水深的海域开发建设的风电场，包括在相应开发海域内无固定居民的海岛和海礁上开发建设的风电场。中国海上风电(fēnɡdiàn)发展现状

——东南沿海发展规划第十二页，共33页。地理位置风机容量投资(tóuzī)成本风机出力预测电能输送方式海上(hǎishànɡ)风电的特点第十三页，共33页。地理位置：与陆上风电场相比，海上风电场的优点主要是不占用(zhànyònɡ)土地资源，基本不受地形地貌影响，但是要考虑能否取得海域的使用权。风机容量：海上风速较陆地大且日变化小，单机容量更大，可以达到3~5MW，年利用小时更高。投资成本：海上风电场建设的技术难度较大，建设成本一般是陆上风电场的2~3倍。海上风电(fēnɡdiàn)的特点第十四页，共33页。风机出力预测海上风电出现强烈反调峰的程度和概率将强于陆上风电，对于系统负荷峰谷差较大的地区，海上风电的接入将加大系统的调峰难度以及局部(júbù)电网潮流的多样性。另外，海上风电出力的季节特性为冬季比夏季高，而系统负荷的季节特性一般为夏季高、冬季低，因此冬季的海上风电消纳难度将高于夏季。

海上(hǎishànɡ)风电的特点第十五页，共33页。电能输送方式直流输电适合于海下电缆输送，在同等绝缘条件下，直流电缆的允许(yǔnxǔ)工作电压比在交流电压下约高3倍，绝缘老化慢，使用寿命长。随着近海风电场规模的不断扩大，场址距离陆地的主电网越来越远，以及电力电子技术的快速发展，柔性直流输电（VSC-HVDC）技术越来越受到风力发电输电系统，尤其是海上输电的青睐，更能体现出其成本、维护、输电质量等方面的优越性。

海上(hǎishànɡ)风电的特点第十六页，共33页。海上风电选址问题海上风电传输与并网问题海上风电功率预测海上风电(fēnɡdiàn)相关课题第十七页，共33页。风电场选址的概念风电场选址是在认真研究国家和地区风电发展规划的基础上，详细调查地区风能资源分布情况(qíngkuàng)，广泛收集区域风电场运行数据，通过对若干场址的风能资源、电网接入和其它建设条件的分析和比较，确定风电场的建设地点、开发价值、开发策略和开发步骤的过程，是保证公司风电产业又好又快发展的关键。海上(hǎishànɡ)风电相关课题——海上(hǎishànɡ)风电选址第十八页，共33页。我国在风电场宏观选址方面的研究并不是很多，相关文献(wénxiàn)主要是关于风电场宏观选址过程中风能资源条件、地形地质条件等单个因素的评价选址、风电场选址步骤及某地选址经验总结等，也有部分关于风电场环境影响评价、风电场宏观选址综合评价、风能资源评估软件的介绍。国外对风电开发的研究比国内要早，研究的范围更广，相关的报道也比较多。主要包括风能资源评估、风电场选址的社会因素分析、基于GIS的风电场宏观选址系统开发等。海上风电相关(xiāngguān)课题——海上风电选址第十九页，共33页。选址基本原则：风能资源丰富、风能质量好满足联网要求具备交通运输和施工安装条件保证工程安全满足环境保护的要求规划装机规模(guīmó)满足经济性开发要求，项目满足投资回报要求，一般要求风电场资本金回报率不低于8%海上风电相关(xiāngguān)课题——海上风电选址第二十页，共33页。相对于陆上风电，海上风电选址问题中的需要(xūyào)考虑的新问题：1.投资成本增加：无论是风机还是建设维护费用均要高于陆上风电场；2.场址基本情况：范围、水深、风能资源以及海底的地质条件；3.环境制约因素：是否对当地旅游业、水中生物、鸟类、航道、渔业和海防等造成负面影响。海上(hǎishànɡ)风电相关课题——海上(hǎishànɡ)风电选址第二十一页，共33页。海上风电场选址研究可能存在的创新点：1.将海上风电场的新的影响因素考虑进选址问题2.可以应用新的优化算法，例如有人应用模糊聚类来解决这个问题等等海上风电场选址研究难点：1.资料(zīliào)数据如何获得2.如何与现有选址软件进行比较，如何衡量选址效果海上风电相关课题(kètí)——海上风电选址第二十二页，共33页。VSC-HVDC技术是当前国际公认的海上风电等可再生能源并网的最佳技术方案。对于大规模海上海风电场的并网，通常采用单、多端口VSC-HVDC系统并网拓扑结构。我国首个多端柔性直流输电工程（南澳县）就是为发展(fāzhǎn)海上风电作支撑的。海上风电相关课题(kètí)——风电传输与并网问题第二十三页，共33页。海上风电相关课题(kètí)——风电传输与并网问题第二十四页，共33页。大型海上风电场并网VSC-HVDC的关键技术主要涉及变流器拓扑结构和控制方法，以及(yǐjí)在海上风电场中的应用等，例如海上风电柔性直流输电变流器的多电平拓扑结构、调制方法、均压控制策略以及(yǐjí)海上风电场建模等关键技术。海上风电相关课题(kètí)——风电传输与并网问题第二十五页，共33页。多电平拓扑结构现在采用的模块化多电平换流器（MMC，modularmultilevelconverter)谐波含量少，应用广泛，缺乏直流侧故障清除能力，且结构不够紧凑，成本偏高。需要具有高变换性能，高可靠性，低损耗的新型拓扑结构，但是新拓扑结构的提出(tíchū)是很困难的。海上风电(fēnɡdiàn)相关课题——风电(fēnɡdiàn)传输与并网问题第二十六页，共33页。调制方法(fāngfǎ)常用调制方法(fāngfǎ)有正弦脉宽调制(sinusoidalPWM，SPWM)、多载波SPWM方法(fāngfǎ)、空间矢量调制(spacevectorPMW，SVPWM)以及特定谐波消除(selectiveharmonicseliminationPWM，SHEPWM)和最近电平调制(nearestlevelmodulation，NLM)等调制方式。海上风电相关课题——风电传输(chuánshū)与并网问题第二十七页，共33页。均压控制方法均压就是要实现模块电压平衡。三电平变流器均压控制方法相对成熟。多电平变流器均压控制方法的基本思路有改变(gǎibiàn)参考信号、载波信号、触发脉冲的排列顺序或多滞环宽度等。

海上风电相关(xiāngguān)课题——风电传输与并网问题第二十八页，共33页。海上风电传输可能存在的创新点将数学智能算法应用于逆变器的控制策略中海上风电传输研究难点高压直流输电模型不仅仅在海上风电方面有应用，如何(rúhé)体现与海上风电的联系海上风电相关课题——风电传输(chuánshū)与并网问题第二十九页，共33页。海上风电并网问题研究方向与陆上风电相似，可以(kěyǐ)研究低电压穿越，无功补偿，及并网后对主网的影响等问题，这些问题相对成熟，研究起来相对容易海上风电并网问题研究难点如何突出海上风电的特点，与陆上海上风电场的并网问题相区别海上风电相关课题(kètí)——风电传输与并网问题第三十页，共33页。风电功率的研究相对成熟，但是有关海上(hǎishànɡ)风电出力特性的研究并不是很多。海上(hǎishànɡ)风电有其不同于陆上风电的特点，但是目前存在海上(hǎishànɡ)测风数据不足、海上(hǎishànɡ)风电实际出力的历史数据积累不足的困难，只能基于实际数据分析和运行模拟