上海海上风电发展的技术经济评价

上海洋山港风力发电场的关键技术主要的技术关键•大型风力发电机打桩基础•风轮技术•叶片技术•齿轮传动机构•发电机构•传输远距离传输•变电站•发电场的排布大型风力发电机打桩基础•常用的混凝土基础•重力+钢筋基础•单桩基础•三脚架基础混凝土基础•丹麦的第一个引航工程采用混凝土引力沉箱基础。顾名思义，引力基础主要依靠地球引力使涡轮机保持在垂直的位置。•在水深10米以上的这些混凝土平台，因受其重量和投资的限制，混凝土基础往往被禁止采用。重力+钢筋基础•该方法用圆柱钢管取代钢筋混凝土，将其嵌入到海床的扁钢箱里。•现有的大多数海上风电场采用重力基础，新技术提供了一种类似于钢筋混凝土重力沉箱的方法。单桩基础•单桩是一种简单的结构，由一个直径在3.5米到4.5米之间的钢桩构成。钢桩安装在海床下10米到20米的地方，其深度由海床地面的类型决定。•这种基础一个重要的优点是不需整理海床。但是，它需要重型打桩设备，而且对于海床内有很多大漂石的位置采用这种基础类型不太适合。三脚架基础•三脚架基础吸取了石油工业中的一些经验，采用了重量轻价格合算的三脚钢套管。•风塔下面的钢桩分布着一些钢架，这些框架分掉了塔架对于三个钢桩的压力。由于土壤条件和冰冻负荷，这三个钢桩被埋置于海床下10～20米的地方。•本工程可能采用的是单桩基础（单根直径4.8米的钢管柱）•另一种方案是群桩式高桩承台基础（8根直径1.2米的钢管柱）。但这8根钢管柱还是应用的单桩基础风轮机构•发展风力发电的关键是利用新技术和新材料。•通过流体力学的大量研究，专家们对风车车翼的形状进行了改造，改为流线型外壳，这样能更有效地利用风力所带来的能量；•过去风车车翼的叶片是用金属制造的，现在改为使用更加轻盈而坚硬的玻璃纤维复合材料，从而减轻了自身的重量。风力发电机的叶片•风力发电机叶片是一个复合材料制成的薄壳结构。结构上分三个部分。(1)根部:材料一般为金属结构;(2)外壳:一般为玻璃钢;(3)龙骨(加强筋或加强框):一般为玻璃纤维增强复合材料或碳纤维增强复合材料。•叶尖类型多种多样,有尖头、平头、钩头、带襟翼的尖部等。•叶片制造工艺主要包括:阳模→翻阴模→铺层→加热固化→脱模→打磨表面→喷漆等。•叶片设计难点包括:(1)叶型的空气动力学设计;(2)强度、疲劳、噪声设计;(3)复合材料铺层设计。•叶片的工艺难点主要包括:(1)阳模加工;(2)阴模翻制;(3)树脂系统选用。齿轮传动机构•齿轮箱：齿轮箱左边是低速轴，它可以将高速轴的转速提高至低速轴的50倍。•高速轴及其机械闸：高速轴以1500转每分钟运转，并驱动发电机。它装备有紧急机械闸，用于空气动力闸失效时，或风电机被维修时。发电机构•大型风力发电机结构上一般分为四大部分:(1)转子:含叶片、轮毂、机头罩;(2)机舱:含托架、齿轮箱(传动变速机构)、发电机、刹车及偏航系统;(3)塔架:分桁架式、塔筒式,塔筒式的又有圆形及多边形断面之分;(4)控制系统:含计算机显示系统和联网电缆。海上风电场的并网•敷设海底电缆•无功功率,高压直流输电敷设海底电缆•为了减少由于捕鱼工具、锚等对海底电缆造成破坏的风险，海底电缆必须埋起来。•如果底部条件允许的话，用水冲海床(使用高压喷水)，然后使电缆置人海床而不是将电缆掘进或投入海床，这样做是最经济的。•本工程电缆主要连接风机与风机之间，风机与变电站之间，均为海底铺设，采用开犁沟挖沟，铺缆船铺设的方式，总长约为76千米。变电站•本工程变电站为110kv升压变电站，变电站及办公用房均采用框架结构。无功功率高压直流输电•无功功率和交流电相位改变相关，相位的改变使能量通过电网传输更加困难。海底电缆有一个大电容，它有助于为风电场提供无功功率。这种在系统中建立可能是最佳的可变无功功率补偿方式决定于准确的电网配置。如果风电场距离主电网很远，高压直流输电(HVDC)联网也是一个可取的方法。发电场的排布•东海大桥风电场位于上海市临港新城至洋山深水港的东海大桥两侧1000m以外沿线，风电场最北端距离南汇嘴岸线5.9km，最南端距岸线13km。风机布置按东海大桥东侧布置4排35台风机；西侧布置2排15台风机，风电场装机规模10万kW。风机南北向间距500m（局部根据航道、光缆走向适当调整）；东西向间距1000m。风电场通过35kV海底电缆接入岸上110kV风电场升压变电站，接入上海市电网。原因•便于节省打桩成本•电能的传输更方便•还有可能是由于风能的分布不均衡。•方便管理和维修•总之综合各方面的考虑，将发电场建在大桥的两侧是最经济的。即成本最低。远程监控•海上风电场远程监控要比陆地远程监控更重要一些•在每件设备上安装一些特别的传感器，以用来连续地分析传感器在设备磨损后改变工作模式而产生的细微振动，这样可能会带来一定的经济效益。定期检修•在天气条件比较恶劣的情况下，维修人员很难接近风机，风机得不到正常检修和维护，造成安全隐患。所以，确保海上风机高可靠性显得尤其重要。对于一些偏远的海上风电场，应合理设计风机的定期检修程序。谢谢！李超安泰经济与管理学院