海上风力发电技术现状及发展趋势

张宗旭

摘要：简要介绍了世界各国风电装机容量和风电场的选址方式，海上风力发电技术的特点和优势。详细分析了世界主要风电国家的海上风电场的建设情况和发展现状， 并就未来海上风力发展的趋势进行了预测。对于我国海上风力发电的研究开发具有参考价值。

关键词：海上风电;风电机组;风电场设计

一、海上风力发电技术的特点

海上风力资源丰富， 比陆地风力发电量大。通常，离岸10公里的海上风速要比沿岸陆 上高约 25%;受环境影响小。海上风力发电受 噪声、鸟类影响及电磁波干扰等问题的限制 较少，不占用陆上土地资源，不涉及土地征用等问题[1];海上风切度小。海上风速随高度的 变化较小，因此，不需要很高的支撑塔架，从而可以降低海上风力发电机组的成本;海上湍流强度低，海平面摩擦力较小，作用在风力发电机组上的疲劳载荷减少，延长了风电机组的使用寿命。

二、风力发电技术现状分析

我国海上风电起步晚、发展快，面临着成本更低的陆上风电和光伏发电等其他新能源的激烈竞争。在海上风电峰会上，专家表示，在我国海上风电的下一阶段发展中，须通过技术创新和规模化开发，尽快摆脱补贴依赖，通过市场化方式实现快速发展

2.1 单机容量小，浪费大量的建设资源

众所周知，风力是电力发电的重要组成部分，其发电效率直接影响到发电行业的发展，因此，风力发电技术应结合市场的发展趋势以 及人们的用电需求等进行及时的改进。然而，就现阶段风力发电技术来看，在人们生活水平不断提高的情况下，人们对生活用电的需求也在不断的增加，风力发电作为发电技术的重要组成部分，为了满足 人们的用电需求，很多地区会增设多个风力发电机组，而在这种情况 下就会造成大量的资源浪费，尤其是土地资源的浪费，将会造成国家 土地资源吃紧的问题，影响到风力发电的可持续发展。

2.2  陆地风力发电建设过于集中

随着人们生活水平的不断提升，用电量以及用电负荷在不断增加，也将给发电行业带来一定的负担，为了满足人们用电需求，在陆地建 设了更多的风力发电厂，其中也有很多风力发电厂是建立在城市周边的，而受到城市建筑的影响，这些风力发电厂的发展也将受到极大的 影响，从而制约了风力发电厂的发展。

2.3 风力发电技术的经济性不足

对于风力发电技术来说，主要走的是节能路线，而从风力发电技 术的实际运行调查中发现，风力发电技术在实施的过程中，缺乏一定 的经济性，会增加风力发电技术的实施成本，从而影响到风力发电技 术的实施效果，也将违背风力发电技术实施的本质，不利于风力发电 技术的可持续发展。

三、海上风电的发展前景展望

“十四五”期间，我国海上风电发展趋势将呈现出电价补贴退坡、深远海开发、海洋综合利用三大特点。

3.1深远海域开发是趋势

《海上风电场工程风能资源测量及海洋水文观测规范》： 远海/近海风电场：场区距离海缆路由登陆点所在海岸线最近距离大于/丌大于65km的风电场。 深海/浅海风电场：场区水深在理论最低潮位以下超过/丌超过50m的风电场。

与近海相比，深海环境更加恶劣，对风机基础、海底电缆、海上平台集成等技术提出了更严苛的要求。即便如此，海上风电场的开发逐步走向深远海是必然趋势已是业界共识。

在发展深海风电方面，欧洲走在了世界前列，世界上首个着床式深海风电场和首个漂浮式深海风电场分别在苏格兰和挪威建成运行。目前，国外最深的漂浮式试验风场Kincardine水深已达到77米;2018年，欧洲在建海上风场平均离岸距离33公里，最远离岸距离103公里;德国Sandbank和DanTysk海上风电场建设的HelWin Beta高壓直流换流站，最大输送容量69万千瓦，离岸160公里。

3.2海洋综合能源开发是趋势

“十四五”期间“海上风电+海洋牧场”这种创新模式将实现新能源产业和现代高效农业的跨界融合发展，实现双赢升级。

以德国、荷兰、比利时、挪威等为代表的欧洲国家早在2000年就实施了海上风电和海水养殖结合的试点研究，其原理是将鱼类养殖网箱、贝藻养殖筏架固定在风机基础之上，以达到集约用海的目的。而我国尚未有海洋牧场与海上风电融合发展的成熟案例，目前只有山东省提出“探索海洋牧场与海上风电融合发展”试点方案。

“利用海上风机的稳固性，将牧场平台、休闲垂钓、海上救助平台、智能化网箱、贝类筏架、海珍品礁、集鱼礁、产卵礁等与风机基础融合，不仅可以降低牧场运维成本、还可提高生物养殖容量，从而实现‘海上粮仓+蓝色能源’的综合海洋开发模式。”中国科学院海洋研究所副所长杨红生也认为，打造“海上风电功能圈”的融合发展新模式可拉长产业链，实现产业多元化拓展。

未来亟需围绕海洋牧场与海上风机融合布局设计、环境友好型海上风机研发与应用、海上风电对海洋牧场资源环境影响观测与综合评价等开展研究。

3.3直驱式风机不断增加

海上风机由于其特殊的环境，导致了海上风机的巡检以及维修费用极为昂贵。而直驱式风机，结构简单，零部件比较少且不用安装齿轮箱，能有效的减少由于齿轮箱问题而造成的机械故障。可以有效的提高系统的运行可靠性和使用寿命，减少维护成本。

3.4控制技术日趋智能

在未来海上风机的设计中，智能化将是海上风机一个重要发展方向。鉴于风电机组的极限载荷和疲劳载荷是影响风电机组及部件可靠性和寿命的主要因素之一。

三、总结

海上风电技术经过近20年的发展已经得到了较大提高。但海上风能开发的主要问题在于成本过高和安装运输不便。随着海上风电技术的成熟，海上风力发电的成本也将不断下降。海上风电机组呈现大型化和深海化的发展趋势。

海上风能资源作为一种清洁的可持续能源，在各国政策的积极支持下，海上风电技术的提高和风电开发成本的下降促使海上风电规模化发展，海上风能将得到更深入、更大范围的开发和利用。

参考文献

[1]刘细平 ， 林鹤云 . 风力发电机及风力发电控制技术综 述 [J]. 大电机技术 ，2007，（03）：17-19.

[2]李军军 ， 吴政球 ， 谭勋琼 ， 陈波 . 风力发电及其技术 发展综述 [J]. 电力建设 ，2011，（08）：70-71.

[3]王志新，张华强 . 风力发电及其控制技术新进展 [J]. 低压电器，2009，（ 19）：2-3.