海上风电场施工

风能及新能源发电技术三峡大学电气与新能源学院《风能及新能源发电技术》陈堂贤(副教授)答疑:D201-1专业课、考试课课程的性质、目的与任务本课程是电气工程及其自动化、自动化等专业的一门专业选修课。主要学习内容：新能源概论（现状、能源与环境、发展与展望）、风力发电技术（海上风电概述、风电动力学基础、风电控制技术、双馈风力发电矢量控制）、太阳能发电技术（青海海西太阳发电概述、太阳能辐射计算、太阳能发电技术基础、光伏发电系统设计）。本课程帮助学生学习和掌握能源利用技术的前沿动态，培养学生树立环境友好发电、分布式发电的良好意识，为以后从事相关的工作打下基础。教学参考书：[1]朱永强主编新能源与分布式发电技术2010.9第一版北京：北京大学出版社[2]王长贵.新能源发电技术.北京：中国电力出版社,2003.[3]孙云莲.新能源及分布式发电技术.北京：中国电力出版社，2009.10[4]刘荣厚新能源工程北京：中国农业出版社2006.10考核说明：平时成绩：主要是上课考勤记录、课堂练习、作业成绩。考试成绩：闭卷考试、卷面100分，考试时间110分钟。总评成绩：平时成绩（30%）+考试成绩（70%）试题分计算题、写作题和简答题三种题型.解答应写出文字说明、演算步骤或推证过程。三种题型分数的百分比约为：计算题20%，写作题30%，简答题50%海上风电概论内容提纲

海上风电的发展现状海上风资源与相关政策国内外海上风电机组的简介海上风电存在的问题和发展展望新能源电力系统国家重点实验室

1.风电机组和风电场空气动力学问题提高风能利用系数的风电机组和风电场空气动力学理论研究；多尺度风电机组和风电场空气动力学建模、验证与仿真理论和方法研究。2.基于仿生学原理的智能叶片研究智能叶片翼型设计方法研究，翼型在风力机叶片上的优化布置技术研究；自适应叶片翼型气动性能预测技术、二维翼型气动数据三维效应修正技术研究；超长叶片气动外形、结构、材料一体化设计方法与技术研究；低风速翼型、叶片设计技术研究。3.融入超导原理的大容量风电机组设计研究大型风电机组超导发电机冷却原理与技术研究；风电机组超导电机结构与工艺问题研究。超导型风电机组设计研究。4.漂浮式海上风电机组技术 大型漂浮式海上风电机组设计方法研究，大型漂浮式海上风电机组载荷建模方法和仿真技术研究；漂浮式风电机组多体动力学问题研究；漂浮式风电机组稳定性设计方法研究。5.风电机组智能控制技术独立变桨距自适应PID和变增益控制技术研究，变速变距优化运行控制技术研究；风电机组独立变桨、载荷实时测量分析、激光雷达测速仪辅助控制等先进控制技术研究；新型传动调速技术研究；基于动态规划的风能转化效率优化方法研究。6.新概念风力发电设备新结构、新材料、轻量化高效安全型新概念型风力风电设备设计技术研究；耐低温、防沙尘、抗灾害性大风、防盐雾及适合低风速、高海拔地区等各类风电设备研究。7.风电场动态特性（1）风电场流场空间和时间分布特性：基于计算流体动力学（CFD）的风电场流场高效模拟方法，包括地形和尾流的建模；风电场风速的时间分布特性，风速的统计模型。（2）风电机组全工况动态特性。（3）风电场电气系统动态特性。（4）风电场整体动态特性，风电场等效机组模型。8.风电场优化运行风电场输出功率预测及其不确定性分析，新能源电力系统中风电场运行方式，风电场有功和无功调节，风电场场内优化调度。9.风电场设备状态诊断与健康管理风电设备状态监测与诊断，风电设备健康管理，海上风电场维护管理。10.风电场设计与后评估风能资源测量技术，风能资源评估理论，风电机组优化选型，风电场微观选址，风电场电气系统优化设计，风电场全生命周期技术经济评价，风电场后评估。2010全球海上风电发展状况国家2010装机（MW）总装机（MW）占的百分比英国926.41776.450.4%丹麦207832.923.6%荷兰246.87.0%比利时1651955.6%德国108.3168.34.8%瑞典163.34.6%中国391022.9%爱尔兰250.7%西班牙100.3%挪威2.30.07%总计14463522英国和丹麦是世界上最大的两个海上风电市场，占全球海上风电的近75%。中国凭借上海东海大桥的项目也跻身世界海上风电前十之列。海上风电开发商海上风电的开发商集中在欧洲，主要在丹麦和德国。开发商海上风电所占比例主要机型Siemens51.3%多半是3.6MW机组，一部分2.3MW机组和小部分2.0MW机组Vestas39.7%以3.0MW机组为主，少量450-600kW机组华锐2.9%3.0MW机组Repower2.0%5.0MW机组BardEngineering1.7%5.0MW机组GE1.0%1.5MW机组AREVA0.9%5.0MW机组WinWinD0.9%3.0MW机组海上风电开发商由上个表可以看出：西门子、维斯塔斯的海上风电机组占全球的91%左右。目前海上风电以2.3-3.6MW为主，占到80%以上。而5MW风电机组目前只占5%左右。我国海上风电的发展现状我国近些年海上风电的发展状况2007年11月，中海油基地集团在渤海绥中油田安装一台金风1.5WM直驱风电机组。2009年10月，国电龙源在江苏如东潮间带东海实验风电场安装两台明阳1.5MW风电机组。2010年6月，上海东海大桥风场34台华锐3MW海上风电机组全部并网运行。我国海上风电的发展现状我国海上风电与陆上风电不同的是：陆上风电是开发商和制造商一体招标，而海上风电是开发商、制造商和施工方三方一体招标。目前已经有8个厂家54台机组吊装成功：华锐3MW，金风1.5MW、2.5MW，上海电气2MW，明阳1.5MW、3MW（超紧凑型两叶片海上风电机组），海装风电2MW，三一电气2MW，联合动力1.5MW，远景能源1.5MW。我国海上风电的发展现状我国准备在欧洲发展的海上风电企业湘电收购荷兰的达尔文公司之后，成功进入欧洲市场，目前5MW永磁直驱海上风电机组已经在荷兰并网发电并通过了荷兰国家能源研究中心风电机组试验测试。华锐于2010年4月与希腊PPC电力公司签约，准备建立200-300MW风电场及一个海上风电场。我国海上风电的招标我国第一批海上风电的招标于去年10月公布。第一批风电招标在江苏，共100万千瓦：

滨海近海30万千瓦，中标电价0.7370元/千瓦时射阳近海30万千瓦，中标电价0.7047元/千瓦时东台潮间带20万千瓦，中标电价0.6235元/千瓦时大丰潮间带20万千瓦，中标电价0.6396元/千瓦时第二批海上风电招标将在2012年4月进行，总容量约为150-200万千瓦。我国海上风电的招标第一批风电开发项目中标方案滨海射阳大丰东台开发商大唐新能源中电投龙源鲁能制造商机型华锐3MW-113m华锐3MW-113m金风2.5MW-109m上海电气3.6MW-122m施工单位中交第三航务工程局中铁大桥局江苏电建三公司南通海建公司中交第三航务工程局单位千瓦投资（元/kW）161971651813795海上风资源我国海上风资源丰富，具备大规模发展海上风电的资源条件。根据中国气象局风资源详查的初步成果：5-25米深，50米高度风电可装机容量约2亿千瓦；5-50米深，70米高度风电可装机容量约5亿千瓦；

我国风电标准体系《海上风电开发建设管理暂行办法》2010年1月22日发布《海上风电开发建设管理暂行办法实施细则》2011年7月15日发布以上两个体系均由国家能源局和国家海洋局联合发布。欧洲海上风电场电价政策国家总电价（欧元/MWh，个别已标出）支持年限（年）可交易的证书英国151.6英镑/MWh20意大利189.815瑞典9015上网补贴电价西班牙13420法国13020德国15012+8英国可再生能源政策年份比例/%2002-2003年32007-2008年7.92008-2009年9.12010-2011年10.42015-2016年15.4英国在促进可再生能源方面于2002年实施了《可再生能源义务法令》和《可再生能源（苏格兰）法令》，并规定了英国可再生能源义务发电比例。英国可再生能源政策同时英国建立了配套的可再生能源电力交易制度和市场，每1MWh合格的可再生能源电力作为一个计量单位，称为一个ROC（可再生能源义务证书），可以在市场上进行交易。英国每兆瓦海上风电发电可以取得2个“ROC”，而陆上风电只能取得一个。英国可再生能源政策2009年，英国政府公布了《英国低碳转型计划：气候与能源国家战略》白皮书，提出到2020年英国碳排放量在1990年的基础上减少34%的目标。为配合该计划实施，英国政府同时还发布了题为《英国可再生能源战略》的报告，作为实现《英国低碳转型计划》2020年碳排放目标的具体措施之一。英国可再生能源政策根据《英国可再生能源战略》提出的引导情景，英国2020年可再生能源技术示意图。其中风电占到近三分之一的比例。2012年德国可再生能源法将引进新的电价政策：固定上网补贴电价体系。最初电价：自试运行起12年内，150欧元/MWh。对于2018年1月1日前开始试运行的风电机组，自试运行起8年内，运行商可选择适用190欧元/MWh。电价最高支付期：20年，加试运行年限。德国可再生能源政策各国海上风电的政策英国2020年的目标由13GW（1300万千瓦）更改成18GW（1800万千瓦）。德国在2020年前关闭所有核电；在2030年前建立25GW（2500万千瓦）海上风电。丹麦在2020年前50%的电力由风电提供。由于土地资源有限，只能大力发展海上风电。法国今年7月进行了3GW（300万千瓦）首轮海上风电招标，第二轮招标将在2012年4月进行。欧洲各国海上风电的政策中国目标是2015年建造5GW（500万千瓦），2020年30GW（3000万千瓦）。韩国目标是2030年建造23GW（2300万千瓦）。目前正在筹划，准备在2020年前立1.5-2GW（2万千瓦）海上风电。日本在福岛核电事故之后提出20%的电力由可再生能源提供，并准备在东北海岸开发漂浮式海上风电技术。亚洲国外海上风电机组简介制造商已装机最大单机容量（MW）叶轮直径（m）技术特点Siemens3.6107/120三级行星-斜齿式Vestas3.0112双馈式Repower6.0126三级齿轮箱结构+双馈异步发电机Enercon6.0126直驱式Gamesa4.5128/136二级行星齿轮箱+永磁同步发电机Bard6.5112AREVAMultibrid5.0116半直驱式（传动比10）国外海上风电机组简介西门子（Siemens）从1991年在丹麦开辟了世界上第一座海上风力发电场，到发布海上风力机SWT-3.6-107/120，西门子一直是海上风电市场的领军者。国外海上风电机组简介国外海上风电机组简介维斯塔斯（Vestas）

目前已经投入使用的海上风电机组是V112-3.0MW机型。国外海上风电机组简介国外海上风电机组简介额定功率（kW）3000切入风速（m/s）3切出风速（m/s）25额定风速（m/s）12风区类型IECⅡA和IECⅢA运行温度范围标准型风机：-20至40℃低温型风机：-30至40℃叶轮直径（m）112扫风面积（m2）9852轮毂尺寸直径（m）3.9高度（m）3.2机舱尺寸运输高度（m）3.3安装后高度（m）3.9长度（m）14宽度（m）3.9叶片尺寸长度（m）54.6最大弦长（m）4技术参数歌美飒（Gamesa）歌美飒已经设计、开发并生产出新一代风力发电机，即G128-4.5MW。国外海上风电机组简介歌美飒新机型的优点：单个变桨和多变量控制，是重量、载荷和噪声降到最低。易于运输和安装的组合式叶片。模块化设计，可以使可靠性最大化并简化装配和维护的流程。永磁同步发电机和全变频器技术使得能满足最严格的电网规程要求。国外海上风电机组简介国外海上风电机组简介G128-4.5MWG136-4.5MW机型直径（m）128136扫风面积（m2）1286814527叶片叶片数量33长度（m）62.566.5材料有机矩阵复合材料，用纤维玻璃或碳纤维加固有机矩阵复合材料，用纤维玻璃或碳纤维加固塔筒塔筒类型锥形管状混凝土和钢混合塔架锥形管状混凝土和钢混合塔架高度（m）120120技术参数国外海上风电机组简介G128-4.5MWG136-4.5MW齿轮箱类型二级行星齿轮二级行星齿轮传动比1:37.881:37.88发电机类型配备并联独立模块的永磁同步发电机配备并联独立模块的永磁同步发电机额定功率（kW）45004500电压（V）690AC690AC频率（Hz）50/6050/60防护等级IP54IP54转速（rpm）448448瑞能（Repower）国外海上风电机组简介国外海上风电机组简介设计数据切入风速（m/s）3.5额定风速（m/s）14（海上），14.5（陆上）切出风速（m/s）30（海上），25（陆上）Repower6MW技术参数风轮直径（m）126扫风面积（m2）12469风轮转速（rpm）7.7-12.1叶片叶片数量3长度（m）61.5材料玻璃钢国外海上风电机组简介齿轮箱类型三级行星齿轮传动比1:97塔筒塔筒类型管状钢铁塔架高度（m）85-95（海上），100-117（陆上）发电机类型6极双馈异步发电机额定功率（kW）6150电压（V）660AC防护等级IP54转速（rpm）1170国内海上风电机组简介制造商已装机最大单机容量（MW）叶轮直径（m）技术特点华锐6.0128双馈金风3.0半直驱上海电气3.6116双馈联合动力3.0100.8双馈三一电气3.0110双馈明阳3.092/100/108两叶片超紧凑型风机湘电5.0115/128直驱南车3.2/3.0半直驱/直驱华创5.0126半直驱华锐最新的机型是SL6000海上机型，它SL6000海上机型开发基于华锐风电海上风电开发经验，采用成熟常规的齿轮传动和发电技术，保证高可靠性和经济性。目前华锐正在研发10MW及以上超大机型。国内海上风电机组简介额定功率（kW）6000切入风速（m/s）3.5额定风速（m/s）13切出风速（10分钟均值）（m/s）30（海上），25（陆上）极端（生存）风速（3秒最大值）（m/s）62.5叶轮直径（m）128齿轮箱结构差动轮系+1级平行轴发电机型式双馈/高速鼠笼主制动系统叶片独立变桨辅助制动系统机械制动变桨系统独立电动变桨系统技术参数国内海上风电机组简介东方电气双馈机型：3MW，5MW；直驱机型：1.5MW，2.5MW；半直驱机型：2MW，3MW；正在研发中：海上风电机组（6MW、8MW、10MW、12MW）；2MW、5MW垂直轴风力发电机；2MW、5MW高空风力发电机。国内海上风电机组简介额定功率（kW）5500切入风速（m/s）4/3额定风速（m/s）13/12切出风速（m/s）30生存风速（m/s）70叶轮直径（m）127/140风区类型IECⅠB/IECⅢB转速范围（rpm）3.9-14额定转速（rpm）12.17机组重量（t）机舱268，轮毂130机舱尺寸（长、宽、高，mm）15075*6500*76005.5MW双馈机型风电机组参数国内海上风电机组简介国内海上风电机组简介海装风电5MW海上风电机组的研制国家科技支撑计划项目（主持单位：海装风电。参加单位：重庆大学、华北电力大学）特点：高可靠性、可维护性好、电网适应型好；采用标准化、系列化、模块化设计。国内海上风电机组简介华北电力大学1.参加了海装风电主持的国家科技支撑项目《5MW近海风电机组的研制与示范》。承担2-5MW风电机组传动链的优化研究任务（2009-至今）。2.主持韩国DMS公司委托的《3MW直驱式风电机组的研究开发》国际合作项目（2010-至今）。3.开展了大型组合式风电叶片的研究。三一电气3.0MW海上型恒频双馈风力发电机组:SE11030Ⅲ-S国内海上风电机组简介国内海上风电机组简介基本参数额定功率（kW）3000风力等级IECⅡ切入风速（m/s）3额定风速（m/s）11.5切出风速（10分钟均值）（m/s）2550年一遇极大风速（m/s）59.5（3秒最大值）噪声水平（db）≤108防腐级别防腐满足ISO12944-22的C5-M类防腐等级（外部）；C4类防腐等级（内部）年可利用率≥95%寿命20年技术参数国内海上风电机组简介转子直径（m）110扫风面积（m2）9503额定转速（rpm）13.5变桨系统3个独立的叶片变桨控制叶片数3叶片材质玻璃纤维增强环氧树脂（GFRP）偏航系统偏航系统单排四点接触球轴承刹车液压刹车偏航驱动五台同步驱动电机偏航速度（°/s）0.4主控系统并网电压690VAC±10%并网频率(Hz)50±2%变桨系统正常变桨速度（°/s）5急停变桨速度（°/s）7.5变桨角度（°）0-90塔筒形式钢制圆锥筒式轮毂高（m）90国内海上风电机组简介齿轮箱类型2级式（1级行星和1级平行轴）速比64.8额定功率（kW）3331效率≥97%主轴承双列圆锥滚子轴承发电机类型双馈带滑环（绕线转子三相异步发电机）功率（kW）3150额定转速（rpm）874.44保护等级IP54额定功率时效率≥96.5%国内海上风电机组简介海上风电存在的问题较之陆上风电，海上风电项目有其独有的优势与风险。优势主要表现在更优良的风力资源、项目规模、以及更具吸引力的电价和支持政策。然而同样存在风险，风险来源于多方面，如未经长期验证的技术、更为复杂的建设承包结构及更高的天气风险和并网成本。建设风险海上风电建设风险是多样的，例如海底基座的建设、运输、海上天气变化等。市场上目前还没有一个承包商愿意签订总承包合同承担所有的建设风险。因此所有项目均存在多个承包商（在英国平均一个海上风电项目有10个承包商，在德国平均4个）。另外安装海上风电机组的专用船舶十分短缺，因此一个重大的风险点在于地基建设周期的延误会影响到提前预定专用船舶使用。海上风电存在的问题技术风险海上风电技术目前未经长期验证，对比陆上风电技术风险更高（高达9-12米/秒的平均风速、咸水、天气、交通困难等）。许多海上风电由陆上风电机组直接改造后使用，或者使用未经充分验证的新技术。由于较高的技术风险，风电机组生产商提供较陆上风电项目更长的风机担保期限。海上风电存在的问题维护风险困难的交通、多变的天气及潮汐改变使海上风电项目维护更为困难。选择富有经验的运行商，签订长期的运营服务协议十分重要。但目前可以拥有必要的专家、直升机和船舶的运营商很少。海上风电存在的问题并网风险陆上风电项目中开发商只需要将传输电缆接入连接点。现在英国和德国的海底电缆由第三方建设所有，不受开发商控制。所以开发商必须考虑风电厂建成后是否能及时并网的问题及并网的费用。海上风电存在的问题资金风险欧美的金融危机对风电项目的影响很大。因为金融危机，融资和运营都具有挑战性，风电市场可能会放缓增长。德国近期完成了包括GOTE在内的数个融资，但英国最近的情况并不乐观。受金融危机的影响，一些海外开发商正在退出风电市场。另一方面，银行放贷的程序会更加严格。海上风电存在的问题海上风电技术迅速发展，发电成本降低目前海上风电场的总投资一般比陆上风电场总投资高出2倍。随着海上风电场安装容量的增加、大功率风电机组的研制开发和安装运输技术的成熟，海上风电成本及运营成本将逐步下降。海上风电发展趋势海上风电发展趋势机组趋向大型化风电产业向国际化、一体化、单机容量的大型化方向。如今风电机组制造商都在开发5-10MW的大型机组，欧洲市场有几家开发商已经研发成功5MW海上风电机组。风电机组的配套装备也在向大型化发展。比如汉森生产的最新的齿轮箱，额定功率是13.2MW。海上风电技术的发展在海上风电的发展中，注重提升风电技术，降低风电度电成本是海上风电发展的重要目标。海上风电技术主要包括以下几个部分：海上风资源评估技术、风电场选址、海上风机的基础、海上风电场施工、海上风电输电技术、和防护防灾技术。海上风电发展趋势海上风电技术迅速发展，发电成本降低目前海上风电场的总投资是陆上风电场总投资的2倍。随着海上风电场安装容量的增加、大功率风电机组的研制开发和安装运输技术的成熟，海上风电成本及运营成本将逐步下降。海上风电发展趋势新型海上风电机组逐步发展

结构简单、高效的发电机，如直驱同步发电机、直驱永磁式发电机将会在海上风电中得到不断的研发和运行。而垂直轴和漂浮型风电机组也在研发当中。海上风电发展趋势海上风电发展趋势减少维护成本集成各种高新技术，提高可靠性，减少运行维护次数，降低风电机组运行维护成本海上风电发展趋势海西太阳能发电场建设情况格尔木二期项目投资总额约为5.6亿元，装机容量30MW。项目建成后，格尔木公司光伏项目装机容量将达到50MW。龙源格尔木光伏项目已被列为青海省柴达木盆地千万千瓦级太阳能发电基地计划。工程计划总装机容量200MW，2011年6月，格尔木一期20MW光伏项目已经投产发电，成为青海省内装机容量最大的并网光伏电站之一。在2011年青海水电集团格尔木市东出口20MW光伏电站项目建成投产。该工程总投资约3.2亿元人民币（项目可研报告、环境影响评估、土地预审、勘测定界、地质灾害危险性评估、压覆矿床资源调查、接入系统等相关专题工作）。青海省内2011年主要的投建项目开工时间项目类