值得收藏的全面风电知识介绍图文.doc

《值得收藏的全面风电知识介绍图文.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《值得收藏的全面风电知识介绍图文.doc（24页珍藏版）》请在第一文库网上搜索。

1、值得收藏的全面风电知识介绍图文一、本文主要内容：1. 气候框架会议和金融机制2. 风电原理3. 海上风电4. 风电场设计和安装5. 海上风电安装运维船舶简述二：风电原理常见的有水平轴和垂直轴（还有vortex），我们只讨论水平轴风机。限于篇幅只做最简略介绍，详细介绍请参见Tony Burton：Wind Energy Handbook水平轴风机主要由以下部分组成：1.叶片（Blade），是风机的核心，与风向形成角度提供升力，从而使Rotor转动。2.Pitching System液压控制模式电动控制模式可以根据风速大小来调整叶片的迎风角度，达到较大效率。当风速较大需要停机时，可以把叶片调整到0

2、度。3.低速轴，高速轴和变速箱。因为风机叶片的旋转速度不能满足一般发电机发电转速，所以会用一个变速箱来连接两根轴。高速轴：变速箱;4.发电机，在高速轴的带动下，可以发出60HZ的交流电。还有一种是液压驱动电机，可以省去变速箱部分。高速高压发电机，可以适用于大型风机，尤其是海上风机。5.旋转系统（Yaw system），可以根据风向来调整风机的朝向。6.传感器等 Rotational speed of the rotor Rotational speed of the generator and its voltage/current Lightning strikes and their ge

3、 Outside air temperature Temperature in the electronic cabinets Oil temperature in the gearbox Temperature of the generator windings Temperature in the gearbox bearings Hydraulic pressure Pitch angle of each rotor blade (for pitch-controlled or active-stall-controlledmachines) Yaw angle (by ing the

4、number of teeth on the yaw wheel) Number of power cable twists Wind direction Wind speed Size and frequency of vibrations in the nacelle and the rotor blades Thickness of the brake linings Condition of tower door, open or closed7.控制系统，作用是根据传感器数据来调整风机状态，尽量提高效率，减小载荷。8.变压器，变频器。因为风机发出的电电压远低于电网电压，所以需要调整以

5、后才能并网使用。9.桩体，对风机进行支撑。三：海上风电海上的摩擦系数小，平均风速较大，湍流影响小，所以近岸海上是理想的风电场所，不过由于造价较高（一般为陆上2-3倍），限制了建造的规模。海上风电分为固定式（Fixed bottom）和浮式（Floating）两种。固定式根据底座（Foundation）和支撑结构（Support Structure）形式的不同，主要分为以下几种：1. Monopile底座采用钢材+混凝土的组合提供强度，重量，连接结构内采用灌浆，底座和支撑结构连接处加入泥浆固化连接。Monopile形式需要特别校核疲劳强度。Monopile通常用于30米水深以内。下图中混凝土块做

6、为沉底增重用的2. Jacket当水深达到30米以上时，采用Monopile费用会增加很快，用Jacket模式可以替代Monopile。一般在石油平台中采用4-8条腿，考虑经济性，风电一般采用3-4条腿。Jacket适用范围较广，在30-200米水深都能够采用。3. Tripile当水深在30-50米的时候，采用Tripile模式比Monopile稳性强度和材料节省都会好很多。我国如东风电场就是采用这种模式（虽然腿多点，但是结构形式类似）。4. TripodTripod比Monopile稳性好，比Jacket便宜，优点跟Tripile类似，跟Tripile的区别是Tripod受浪的作用力比Tr

7、ipile大，但是承重比Tripile要多，比如Tripile一般可以承重400吨，而Tripod承重可以达到700吨。不过浅水地区不能用这种形式，因为底座在水下，防止船只误撞。5. Gravity-Based第一座近岸海上风电就是重力式底座，参考了海洋平台的模式，采用混凝土和压载沉底来保证稳性。不过如果考虑拆除作业的话，重力式会比较麻烦。因为海上风电首先开发的是浅水地区，所以Monopile形式居多。当水深继续增加时，采用Jacket在经济性上就会大量增加成本，这时浮式风电在成本上可以取代Jacket。浮式风电的环境非常复杂因为欧洲近些年风电发展迅速，浮式风电相关的研究也有很多很多，如有兴趣

8、可以翻翻几位大牛的论文和著作。浮动风电参考了海洋平台的设计经验，形式主要有：1.TLPTLP形式，可以减小风机的运动，对风机平稳工作是有利的，缺点是TLP平台安装比较困难，技术和费用较高。2. Semisubmersible半潜式的优点是可以在近岸调试好，然后拖到风电场利用锚链（悬链线）给风机定位。3. SparSpar型稳性更好，与海洋平台的区别是，风电平台受风的影响很大，所以形式进行改进。相关性能数据不进行论述，有兴趣的可以参考相关论文（如去NTNU论文库查找）。4. 风电+潮汐能这是非常有前途的想法，此处不过多描述。四：海上风电场设计与安装这里的内容太多太多，有兴趣的可以去阅读T. Bu

9、rton, K. Thomsen和M. Kaiser的书, 本文只做粗略介绍，参考资料过多不再列举。注意：一定要做全寿命设计分析，考虑维护和拆除时费用。1.海上风电场初期设计需要有详细的风，浪，海底地质的数据，根据风速统计，空气密度选择风机型号，优化风机分布间隔，选择风机底座形式。风机有切入风速（cut-in，此时风机开始发电），额定风速（rated），切出风速（cut-out）和极端风况（EOG，EDC,ECG,ECD,EWS）等参数。当风速达到切入风速时，风机开始发电，达到额定风速时，即可达到风机的额定功率，当风速增大到切出风速时，此时风机需停机，当然实际中是数据离散型的，非曲线。风机和桩

10、的强度需满足极端风况下的安全要求（参见IEC等规范）。详细的风速分布是评价一个地点是否拥有风电条件最重要的数据，可以计算出有效发电时间/功率，风机需要满足的强度。比如在上海周边海域设计海上风电场，需要考虑台风的影响，夜晚和白天风速差别（白天用电高峰，晚上是用电低谷），季度统计风速对比上海季度用电变化等等，单单一个平均风速并不能较好的描述此处的风能资源。2.风电场的设计和布置。根据风，浪和海底地质的情况来决定风机位置，电缆走向，选用合适的风机型号，底座形式。3.风电场的安装风电场由风机，变电站，分支电缆+输电电缆和陆上电站组成。风机的安装过程：一般来说，Monopile的Foundation和T

11、ransition part的安装需要一或两艘船或者设备来完成：液压锤是打桩利器Jacket基座需要吊重大的浮吊或者半潜吊风机和Tower的安装，同样根据吊装能力和风机的大小来决定安装步骤：Tower的安装Tower外部和内部都有直梯便于安装和维修时候使用机身和叶片的安装：a. 机身和叶片一件一件安装b. 机身+2片叶片机身分拆安装c. 全套一次安装变电站的安装电缆的铺设五：风电场建设和维护用到的船舶简单介绍一下主要种类，勘探，辅助钻桩，拖船和小的辅助船就不介绍了。1.风电基座安装船重力式底座和Jacket需要浮吊或者半潜吊Monopile需要配备液压锤等设备，考虑到North Sea的海况和

12、底座安装需要持续的时间，Jacking system是比较好的选择，拥有较高的Operating window，绕桩吊也近乎成了标配。2. 风机安装对吊高有高的要求，同样对定位和稳性要求高Ulstein的风电安装船设计现在为了节省成本，有的风电安装船要求高配+一站式服务来达到高施工窗口和高效率要求，既可以安装基座又能安装风机，DP2+绕桩吊+宽敞甲板成为必然的趋势。当然为了提高效率，还有其他概念设计，如Huisman的设计：大部分准备工作在陆上就能完成，这样可以极大提高效率。3. 物资补给船Feeder，可以给施工船舶/平台补充物资，达到高的施工效率。GL的Feeder设计：GL有领先的集装箱

13、运输经验，把twist lock的概念用到Feeder上，可以极大提高运输效率。3. 铺缆船以及其他设备4. 人员输送船，居住船因为风电安装不同阶段需要各个分包商入场安装调试，需要技术人员按进度进入和替换。5.风电维护船如果是人工维护检查，风电维护船需要快速性和舒适性。六自由度运动补偿登船平台，这玩意挺好玩的如果需要更换部件，则需要吊机等设备。或者是带自航能力的自升式维护平台当然如果是自己能走的自升式维护平台也是可以的其他还有抛石船等限于篇幅，风电的经济性，智能电网，中国风电优缺点无法写在这一篇里了，简单描述一下。1. 中国风电能量分布跟中国电量需求区域错位，适合安装风电的地区电力极度富裕。风力资源富裕海域受台风影响大，设计安全条件和成本高。2. 风电具有不稳定，无法准确预测，电网弹性需求大的特点。风电依赖于风速，而风速是不稳定的，需要智能电网技术配合，同时需要另外一种电力资源来填补波谷，其他发电资源大概需要达到风电发电能力的大约50%来做风电的合理调节。比如丹麦的风电输送同样是不稳定的，但是挪威有足够的水利资源发电来补足波谷。3. 欧洲的海上风电有足够的自然条件和财政支持，但是风能充足地区已经达到较高利用率，未来浮式风电研究依然是主要方向。4. 风电船舶设计关键词：风机大小和重量，未来风机发展趋势，基座形式，Operating window，经济模型（主要参数对比）。24