海上风力发电技术研究

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　　摘要：随着我国科技的发展，风力发电控制技术有了很大进步。该文章通过论述海上风电场发展的现在情况，大致谈论海上风电场发电控制技术的探索趋势，仅供参考。
　　关键词：海上风力发电；控制技术；研究
　　引言
　　如今，人们解决能源和环境问题迫在眉睫，有些资源有限，还会产生许多污染。世界各地都在关注可再生能源，而风力发电有许多优点，利用可再生能源已成为各国的重点发展方向。我国的风能资源并不匮乏，所以开发潜力很大。我国的海上风力发电产业和控制技术的发展很快，因而，通过分析现阶段我国海上风力发电的情况和控制技术水平的发展情况，为实现可持续发展战略提供一些有价值的信息。
　　1海上风力发电技术概述
　　海上风力发电技术作为一种清洁能源利用方式受到各国的青睐。在陆地上建设的风力发电已经在海上风力发电得到了广泛的应用，但陆地风力发电有一定缺陷，例如陆地风力发电需要占用很大的地域面积、占用森林植被，而且还会产生很严重的噪音污染。目前丹麦、德国等欧洲国家已经建设了多个海上风力发电场，海上风机发电运行已得到了广泛的应用。我国有着丰富的海洋资源，海上风力资源也很丰富，将这些能源充分利用起来，能够对我国的能源与环境问题将会是一大帮助。因此，发展海上风力发电技术具有重大的战略意义。
　　2海上风电与陆上风电的对比及其技术难点
　　根据我国风力资源的分布情况来看，近海地区、海上风力海岸滩涂地带以及岛屿区域均存在丰富的风力资源。同时，东南地区繁荣的电力市场，也为海上风电的发展提供了有利条件。现主要对海上风电和陆上风电进海上风力行对比分析，并提出相应的技术难点。
　　2.1海上风电与陆上风电的对比
　　（1）随着高度的变化，海上风速呈现下降趋势，因此在海上实现风力发电可以有效利用塔架，降低海上风力上风湍流的强度，使主导风向处于稳定状态，有效避免风力发电机组因疲劳负荷出现故障，延长海上风力机组的使用寿命。
　　（2）由于海面上障碍物较少且海平面粗糙度较低，海上风力相对而言风速的大小和方向都不会产生较大变化，风况好于陆地。
　　（3）通常情况下，海上的风速要比陆地上高25%。因此，基于相同发电设备的基础上，海上风力发电要比陆地上增加25%以上的发电量。
　　2.2海上风电的技术难点
　　（1）在海面上，风力发电设备需要面临大风和海浪的冲击。在进行风电机组安装和建设过程中，它的海上风力支撑结构（塔架、基础和连接等）的施工质量要求较高，海上风力不仅需要能够应对各种恶劣的海上气候环境，还需要海上风力具有较高的防腐蚀性能。
　　（2）很多风力资源分布在5～50 km的海岸，这些区域大多水深超过50 m，给发电场的施工带来了巨大影响。一般情况下，常采用贯穿桩结构进行基础的海底固定，如重力基础、多脚架基础等，但是这些建设成本都较高。
　　3海上风力发电控制技术的分析
　　3.1海上风力发电场选址问题
　　海上风力发电场的选址不仅重要而且十分复杂，选择的地质不符合要求不仅会延误工期还会导致海上风力项目的失败。在进行选址时需要认真考虑以下基本问题。第一，要考虑当地风的类型，频率和周期，海底的深度和最高波浪级别以及海床的地质结构；第二，要避开相关航线，选择接近陆地的地方，这样方便基础工程的建设；第三，要接近主要电网的中心，便于将产生的电能输送；第四，要考虑台风、雷暴等极端天气的应对措施等。除此以外，还需要考虑一些人文因素，例如建设海上风力发电场对当地生态环境、水中生物以及旅游产业造成的影响等。
　　3.2海上风力重力式基础原理及其技术要点
　　重力式的海上风力发电基础设计是在传统的船坞和码头工程技术的基础上，根据风电设备的运行和安裝需要改进而成，因此基础的设计、预制、运输和安装技术都比较成熟。其原理是利用基础自身材料和所承载的风电设备的重力，实现整个发电设施在海床上的稳定运行，因此在具体的技术参数的设计中的关键是计算风电设施的运转和环境带来的荷载。目前重力式基础的应用主要受到海床工程地质条件、海水深度和经济性的限制，首先由于重力式基础的稳定性要求海床天然结构比较坚实，并且在预制的基础沉入海底之前需要对海床进行预处理，而我国很多近海海床存在软土层，导致预处理所需要耗费的成本较高；其次由于技术条件和经济性所限，目前重力式基础的使用仅限于海水深度小于10m的海域。
　　3.3海上风力负压式基础设计原理及其关键技术分析
　　鉴于重力式基础在预制和运输方面所受到的限制，科研人员基于运用外力将整个风电设施与海床之间进行固定的考虑，设计了桶式结构的基础，并且在安装就位之后在桶式基础的空腔内制造负压，让基础依靠负压的作用吸附在海床之上。这一设计形式的实践应用的关键制约因素是海床附近海水的冲刷和海水的腐蚀作用，因为利用负压固定在海床上的基础一旦因外力作用受到损坏，立即会影响风电设施的稳定性，因此这种基础形式目前还没有在海上风电场建设中应用的案例。
　　3.4海上风电的并网技术
　　在海上进行风力发电过程中，受到环境、风速等因素的影响，造成发电的输出功率呈现浮动变化，具有随机波动性。当并入电力系统时，可能会导致电网频率出现偏差、电压波动、闪变等问题。现阶段，常采用的并网方式是MMC-HVDC并网方式，优点体现在以下几个方面。同两电平VSC-HVDC一样，具备可以对无源负载提供电能，可以进行有功和无功的独立调节功能；在MMC-HVDC中，可以随意调整MMC的子模块数量，系统的功率范围较大，可以实现高压大功率能量传输；在工程研发、建设以及运输过程中，消耗的时间较少且并网成本较低，并网稳定性较高；通过降低MMC-HVDC器件的开关频率，可以实现功耗的降低，有效提升并网的效率。
　　结语
　　陆地风力发电技术的不断成熟促使海上风力发电技术的不断成熟，为海上风力发电技术的发展打下了坚实的基础。我国拥有很长的海岸线和丰富的海洋资源，独特的资源优势对我国发展海上风力发电技术十分有利，将这些可持续再生的风能加以利用，对解决我国的能源短缺问题具有重大意义。我国也应不断加大对海上风力发电技术的研究力度，将这一技术逐步扩大至深海领域，满足我国的能源需求。
　　参考文献
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