若问:“谁的钱是风吹来的?”那么,风电的钱,肯定是靠风刮来的,这点千真万确!我国风电,经过二十多年的发展,目前,已经跨越陆地、海上潮间带,向浅海、深海和远岸发展。
国家发改委及国家能源局印发的《“十四五”现代能源体系规划》指出:“鼓励建设海上风电基地,推进海上风电向深海、远岸区域布局”。
1.风电发展概况2021年,我国风电装机容量达到32848万千瓦,其中陆上风电30209万千瓦,占比92%,海上风电2639万千瓦,占比8%;全国风电年平均可利用2246小时,其中海上风电年均可利用2800小时以上,度电上网价0.7元左右,每千瓦造价1.2~1.6万元。
未来风电增长主要在海上,发展潜力巨大。
2.海上风电的优缺点海上风电与陆地风电相比,具有明显的优势:一是年均风速每秒8米左右的风场多,年可利用率2800小时以上;二是不占用土地,可以搞大型基地,连片开发建设;三是离沿海经济发达地区用电负荷中心较近,输电距离较短;四是深海、远岸风电场,可发展规模化制氢基地。
当然,海上风电的缺点,也很明显:一是遭遇超强台风的概率大,风机安全风险大;二是在海上安装风机难度大,风机塔筒一般高达百米以上;三是海上潮湿、盐分高,对风机金属部件腐蚀性强。
3.海上风电机组风电机组的输出功率,与额定风速的3次方成正比。
风电机组示意图陆地风电更多的是以降低噪声来进行优化设计的,而海上风电则更多以发挥空气动力效益来优化。
高翼尖速度、小的桨叶面积给海上风机的结构和传动系统,带来一些设计上的有利变化。
目前,海上风电的单机容量,以0.6万千瓦为主,若按12m/s额定风速,则单机容量可做到1.0万千瓦,甚至更大。
4.海上风机基础(或支撑)海上风电的基础,主要分为固定式基础和悬浮式基础两大类。
悬浮式基础实际上与海底不接触,因此也被称为支撑。
4.1固定式基础风机底部固定式基础有重力沉箱基础、单桩基础、钢架基础3种方式。
适用于海上潮间带和浅海风机。
(1)重力沉箱基础。
依靠沉箱自身的重量,提供稳固力量,使风机矗立在海面上。
钢筋混凝土沉箱基础重达千吨,可在风场附近的码头上建造,然后让沉箱漂浮在海上,用驳船拖到安装位置,并用沙砾装填空腔,以获得必要的重量,继而将其沉入海底。
基础露出海面的部分呈圆锥形,可以起到减少海上漂浮物碰撞的作用。
该技术适用于水深小于10米的浅海区域。
(2)单桩基础。
单桩基础由一个直径在3~4.5米之间的钢桩构成。
钢桩在海床下的深度约18~25米,具体深度由海床地面的类型决定。
单桩基础有力地将风机塔筒嵌入固定在海床内。
这种基础的一大优点是不需整理海床。
但是,它需要防止海流对海床的冲刷,而且不适用于海床内有巨石的位置。
该技术应用范围水深小于25米。
(3)钢架基础。
吸取海上油气工程的经验,采用了重量轻、价格低的多根钢管桩,多点布置用于支撑钢架。
风机塔筒坐落在三脚或四脚钢架上,钢架承担和传递来自塔身的载荷,钢管桩或PHC桩被打入海床下深约10~20米的地方。
桩上钢架吊装4.2悬浮式基础悬浮式基础有浮筒式支撑和半潜浮平台2种方式,主要应用于水深60~500m的深海、远岸海域。
(1)浮筒式基础。
浮筒在水下的长度,有几十米至上百米,依靠浮力承担风机所有重量,浮筒由多根与海床系留锚相连的缆索固定在海面上,风机塔杆通过螺栓与浮筒相连,在水面交界处专门设有一个平台。
(2)半潜浮平台。
采用台柱体漂浮结构,这些台柱体垂直分布,组成了一个三角或四角形的平台,彼此之间的距离,决定了最终的稳定性。
而风电机就支撑在其中的一个台柱上,多个台柱的位置,采取不对称的布置,使其在经受风力攻击的时候,可以自行旋转,自动调整各方向的压载重量分布,从而维持住在海面上的平衡。
半潜浮平台示意图主体支撑结构浸泡在水中,通过缆索与海底的锚锭连接,该形式受波浪干扰较小,可以支撑0.5~1.0万千瓦瓦、旋翼直径80米的大型风机,能抗17级台风,是发展前景较好的一种支撑方式。
半潜浮平台风电机组示意图5.风机安装海上风机的吊装,要历经吊装船定位,塔筒、机舱、叶片倒泊及其吊装,海缆敷设及调试等诸多工序。
吊装夹具套抓风机叶片风机叶片倒泊0.5~1.0万千瓦的风机,塔筒高达100余米,机舱重达400余吨,叶片长度有80米,要完成这个‘巨无霸’的安装,本身就有很大的难度,更何况是在海上。
风轮吊装我国海上风电施工船只存量不足,施工难度大,以及海上地质、风浪条件等众多复杂因素,导致了海上风电的安装并不是一帆风顺的。
海上风电场及万吨级施工船2021年7月,我国第一台0.55万千瓦漂浮式海上风电机组,在广东阳江海域安装成功,标志着风电已跨越浅海,吹响了向深海、远岸进军的号角。
悬浮式风电机组,突破了海床附着的瓶颈,理论可布局的海域豁然开朗;同时意味着风电机组可在码头上定点建造,完成大部分组装工序,然后用动力船,牵引到目标海域定位并敷设海缆即可,不用再依赖海上万吨级吊装船只,可提高工效、大幅度降低安装成本!海上3千吨重的升压站平台吊装