海上风电产业发展趋势与Power to X模式应用

文章对海上风电各国总体发展现状及未来发展趋势进行分析,表明各国都在加强对海上风电开发利用,但随着海上风电高速发展,有限的近海风电资源开发趋于饱和,深远海域风电成为海上风电未来发展的方向。然而水深离岸远,深远海风能开发困难,难于实现商业化。文章介绍了一种将新能源电力转换为其他能源载体的Power to X模式。氢作为1种可再生能源载体,可基于Power to X模式,通过将新能源电力电解水制氢的方式,有效降低深远海风电的成本。

深远海浮式风电装备对徐闻附近海域优势物种生理生化指标的影响

[目的]研究深远海浮式风电的建设及运营对周边海域渔业资源的影响。[方法]对徐闻罗斗沙海域深远海浮式风电装备机位点附近海域的S1站点(距机位点约4 km处)和S3站点(距机位点约5 km处)进行拖网取样,选择优势物种南洋舌鳎(Cynoglossidae lida)和哈氏仿对虾(Parapenaeopsis hardwickii)为试验对象,探讨深远海浮式风电装备运行对优势物种生理生化指标的影响。[结果]S3站点南洋舌鳎肝脏中褪黑素(MT)、多巴胺(DA)、白蛋白(ALB)、5-羟色胺(5-HT)含量及半胱氨酸蛋白酶3(Casp-3)、酸性磷酸酶(ACP)活性显著高于S1站点(P<0.05),S3站点南洋舌鳎鳃中ALB含量及Casp-3、碱性磷酸酶(ALP)、ACP活性显著高于S1站点(P<0.05);S3站点哈氏仿对虾肝胰腺中DA、ALB、5-HT含量及Casp-3、ALP、ACP活性显著高于S1站点(P<0.05),S3站点哈氏仿对虾鳃中MT、ALB含量及ALP、ACP活性显著高于S1站点(P<0.05)。[结论]深远海浮式风电在一定范围内对徐闻附近海域优势物种的生理生化指标有一定的影响。

漂浮式风电技术现状及中国深远海风电开发前景展望

随着海上风电高速发展及近海场址资源趋紧,适用于深远海域风资源利用的海上漂浮式风电成为中国海上风电未来发展方向。本文介绍国外和国内漂浮式风电发展历程与现状,详细阐述了漂浮式风电从样机示范、小型漂浮式风电场到大规模商业化开发的发展路径,分析不同漂浮式风电基础概念及其特点。剖析了中国漂浮式风电本土化发展所需要面临的技术挑战,主要包括大容量漂浮式风力发电机组、低成本漂浮式风电基础平台、新型系泊系统国产化研制、动态缆系统研制、高效建造安装施工模式和智慧运维安全保障等。针对中国独有的海洋环境、港口码头状况和风电产业链情况,提出了海上漂浮式风电研究方向和发展建议:研发设计适用于中国深远海抗台型大容量漂浮式风电,突破漂浮式风电降本平价发展瓶颈;考虑高效集约用海布局,规模化发展漂浮式风电场;强健漂浮式风电产业完整供应链,推进核心部件和设备国产化进程;创新“海上风电+”新模式新路径,探索海上风电与油气田多能互补融合发展。本文研究对海上漂浮式风电平价商业化开发和扩展海洋能源利用空间具有重要意义。

深远海海上风电制氨场景及技术分析

海上风电将朝着深远海化、规模化和浮式化发展,而离岸距离较远的深远海海上风电的储能和消纳是一项挑战。通过对国内外这一领域文献的解读,分析得出深远海海上风电制氨(海上风电制氨,下同)可以实现大规模储能和能量从海上向陆上消费端的转移,便于发挥下游大规模消纳和利用的优势。结合我国海上油气工业的技术与装备经验,提出了深水半潜式生产储氨平台、浮式生产储卸氨船和浮式海上风电平台分布式制氨3种适用于深远海海上风电就地制氨的创新应用场景,总结了适合于不同场景的制氨技术路线。结果表明,大中型低温低压合成氨技术适合于深水半潜式生产储氨平台和浮式生产储卸氨船场景,小型橇装低温低压合成氨技术和新型电催化合成氨技术更适合于浮式海上风电平台分布式制氨场景。分析了不同制氨技术的发展现状和面临的难题,并对未来深远海海上风电海上制氨的研究方向提出了建议。

深远海大兆瓦级半潜式风机基础运动特性数值模拟及试验研究

针对水深百米以上的深远海浮式风电开发需求,本文面向可搭载大兆瓦级(15 MW)风机的新型半潜式风机基础的运动特性展开研究。利用AQWA软件建立了该基础与系泊系统的数值模型,基于南海实际海况确定了风机塔筒的载荷,并开展了缩尺比为1∶64的水池模型试验,验证了数值模型计算的准确性;基于验证的数值模型分析了新型风机基础在南海恶劣海况下的运动特性及系泊张力,发现该新型风机基础的运动极值和系泊张力均满足规范要求。相同海况下,新型风机基础与经典半潜式风机基础OC4-DeepCwind(三浮筒平台)的运动性能及系泊缆张力对比结果表明:发电工况下,新型风机基础的垂荡和倾角的极值较三浮筒平台的分别下降62.8%和81.3%;停机工况下,垂荡和倾角的极值则分别下降46.1%和41.4%,充分说明该新型风机基础具有优越的运动性能;而在停机工况下1、2号缆系泊张力最大值分别下降17.4%和9.6%,大大降低了系泊系统的设计难度。研究结果为中国深远海浮式风电开发船型的选择提供了借鉴。

以深远海风电为核心的能源岛能源外送经济性分析

深远海风电具有资源丰富、利用小时数高、不占用陆上土地等优势,对于推动实现碳达峰碳中和具有重要意义。以深远海风电为核心的海上能源岛,通过“海上风电+”的融合发展模式,能够提高海域综合利用率,提升整体效益,降低开发成本。建设以深远海风电为核心的能源岛,涉及漂浮式海上风电等能源开发技术、电制氢(氨)等能源综合利用技术、柔性直流输电和管道输氢等能源外送技术。介绍以深远海风电为核心的能源岛总体构成,比较分析适用于深远海风电为核心的能源岛大规模能源外送的输电技术,分别测算了汇集1 000 MW漂浮式海上风电的能源岛通过柔性直流送电的成本、电制氢后通过管道输氢的成本,并将输电成本与输氢成本进行了比较。通过比较分析,以深远海风电为核心的海上能源岛适宜选择柔性直流输电技术或者管道输氢作为能源外送方案。测算结果表明,在2023年、2030年和2050年,输送距离为100~200km时柔性直流输电方案的经济性均要优于输氢方案;输电方案与输氢方案的选择需综合考虑成本和登陆地区的消纳能力;预计在2050年,离岸100~200 km不同比例的电氢混合外送综合成本在0.18~0.27元/(kW·h)之间,与西部北部风光新能源基地、西南水风光基地外送东部的成本相比具有竞争力。

深远海超长距离220 kV海底电缆先敷后埋施工关键技术研究

随着近年来国内近海风电场的逐渐饱和,深远海风电开发成为该行业新的增长点。但当前我国大部分海底电缆敷设船只仅适用于浅水和短距离作业,难以应对深远海复杂多变的海况。以华电阳江青洲三50万kW海上风电项目为案例,深入探讨了使用动力定位敷缆船、大功率作业级ROV等先进船舶与装备,以及先敷后埋的施工技术在深远海超长距离220 kV海底电缆敷设中的应用。通过这些技术和方法,有效解决了深远海环境中施工窗口期短、水深大的挑战,并避免了对管廊带内已有电缆造成损害的风险,可为我国深远海海上风电的开发提供创新的技术方案和实践参考。

海水养殖与海上风电融合发展研究

推进海水养殖和海上风电融合发展,具有生态效益和经济效益,对于助推乡(渔)村振兴战略,促进我国海洋生态文明建设具有重要意义。两者融合发展在我国刚起步试水,论文分析了海水养殖和海上风电的发展现状,认为离岸深海化发展、大功率化发展、规模化发展、融合化发展是海上风电发展趋势,分析我国海上风电区发展海水养殖的制约因素,探讨融合发展关键技术,并在政策创新、科技创新、经营管理体系创新、全产业链发展体系创新等方面给出了加快海水养殖与海上风电融合发展的具体建议,以期为我国海水养殖向深远海拓展,特别是综合集约高效开发利用海洋资源提供有益参考。

ROV在深远海域风电项目35 kV海缆敷设的应用

随着“双碳”战略的实施,海上风电项目建设进入井喷式发展,项目场址走向深远海成为行业趋势。深远海域的作业条件给风机基础施工、大容量机组吊装、海缆敷设施工带来巨大的挑战,为探索深远海域海上风电项目海缆敷设施工的方向,文章基于三峡能源长乐外海海上风电场A区项目现场建设情况,对ROV在35k V海缆敷设施工中应用实例进行探究,为今后深远海风电项目提供可借鉴经验。

深远海海上风电项目降本增效路径探讨

[目的]为更好推进深远海海上风电项目开发,文章从深远海海上风电投资构成情况出发。[方法]引入平准化度电成本LCOE方法,基于项目全生命周期角度,提出了海上风电降本增效主要路径及方法。[结果]并以广东海域某一实例,验证了海上风电降本增效路径的有效性。[结论]结果表明,持续在核心领域的技术突破及不断完善的产业链,是深远海海上风电项目降本增效的关键。

多场景海上风电场关键设备技术经济性分析

中国海上风电正在走向深远海。离岸距离和水深的增大对海上风电场关键设备的技术选择和成本造价影响很大,海上风电场单位千瓦投资也相应变化。对海上风电场基础结构、海缆等关键设备费用在不同离岸距离和水深条件下的变化进行分析,探讨登陆送出、场内集电、基础结构等技术发展对投资的影响。远海风电场通过采用柔性直流和高电压场内集电技术,关键设备的单位千瓦投资可以低于目前在建的近海风电场。对于未来将采用8 MW风电机组的深远海风电场,采用先进的基础结构和输电技术,关键设备投资成本将比现有技术下降2 200元/kW,大幅降低深远海风电场开发投资。

半潜式浮基风电平台设计及波浪动力响应分析

为了开发深海风能资源,研究浮基风电平台在波浪中的响应特性,设计了一种半潜式浮基风电平台。应用ADINA软件,采用边界造波方法、ALE动网格方法以及网格变疏增大数值黏性的消波方法构建了数值波浪水池,对ITTC半潜式平台在规则波作用下动力响应进行了数值模拟,通过与该平台的模型试验数据进行比较,验证了数值模拟方法的准确性。而后对一种新型的浮基风电平台在波浪中的运动进行了数值研究,给出了风电浮基平台在不同水深、不同波高波浪周期情况下横摇、纵摇时程曲线。数值计算结果将有助于了解浮基风电平台塔架顶端的运动、位移和受力,为海上风机系统的设计提供合理的荷载参数。

66kV抗水树XLPE绝缘轻型海底电缆研制

介绍一种额定电压66 kV抗水树XLPE绝缘轻型海底电缆的研制方法。通过对模型电缆进行工频电压和雷电冲击电压击穿性能测试,按照CIGRE TB 722:2018规范对研制样品进行500 Hz/3 000 h、 50 Hz/8 750h、50 Hz/17 500 h 3种湿式绝缘质量鉴定试验,按照CIGRETB490:2012和CIGRETB623:2015规范对研制产品进行型式试验,试验结果完全满足设计规范要求。在未来的深远海、大功率海上风机互联阵列海缆选型中,66 kV抗水树XLPE绝缘轻型海底电缆可以完美替代35 kV XLPE绝缘海底电缆。

深海风力发电技术的发展现状与前景分析

海上风电从潮间带和近海走向深海远岸将是必然趋势。现有的机组基础型式及安装技术势必不能满足新的环境要求。漂浮式基础、整体安装及自航自升式施工平台极有可能成为未来海上风力发电的主流技术。北半球中纬度附近海域在发展深海风电方面具有独特优势及迫切需求,我国需尽早进行规划和部署相关技术及产业。

漂浮式技术助力海上风电走向深远海

海上风电是我国能源结构的重要组成部分,漂浮式技术是深远海海上风电开发的主要技术手段。目前我国漂浮式海上风电已正式迈入研发示范阶段,漂浮式海上风电主要由漂浮式基础、系泊系统、漂浮式风电机组、动态海缆四部分组成,其每项技术都与传统固定式海上风电有较大不同。攻克漂浮式风电设计技术难题,实现关键设备国产化,研发更大的漂浮式风电机组,是目前实现漂浮式风电规模化开发的前提条件,也是未来漂浮式风电走向平价的重要途径。依托漂浮式海上风电发展多产业融合将是未来深远海开发的重要模式。

漂浮式海上风电在我国的发展前景分析

随着近浅海资源开发逐渐趋于饱和,海上风电的发展势必走向深远海领域。漂浮式基础是深远海风电的重要组成部分。我国深远海风能资源丰富,开发潜力大,适宜通过漂浮式技术带动深远海风电产业的发展。同时我国海床结构多样化,漂浮式基础能使机组摆脱不同海床条件的束缚,减少海上作业。而且深远海风电开发不占据岸线和航道资源,能减少或避免对沿海工业生产和居民生活的不利影响,有望带动新的经济增长点与其他行业发展。基于发展深远海漂浮式风电的必要性与可行性,我国应提前谋划,推动行业全面发展。一是通过政策支持营造良好的外部环境,促进降本增效,实现产业链的良性循环。二是要加强漂浮式关键技术和配套技术的自主研发,培育专业化人才队伍,搭建综合型海上风电产业基地。三是要学习借鉴欧洲的经验,通过"走出去"、"请进来"两种途径参与国际合作,制定适用于我国漂浮式海上风电的技术方案,形成具有自主知识产权的核心技术,提升国际竞争力。

集约式海上换流站电气应用技术研究

[目的]深远海大规模海上风电送出会选用大容量风机和66 kV集电系统,风机具备直接接入海上换流站的条件,从而可以取消海上升压站,实现集约式设计。针对集约式海上换流站需要关注的电气关键技术点开展初步研究。[方法]在现有海上风电柔性直流输电技术的基础上,通过研究集约式海上换流站的主回路拓扑结构、核心电气设备选择和平台布置方案优化,对电气关键技术点给出了切实可行的技术方案。[结果]随着海上风电66 kV集电系统的逐渐普及,集约式海上风电柔直送出将成为以后的主流设计方案。针对集约式海上换流站的电气关键技术点给出了具有指导意义的研究结论。[结论]集约式海上换流站相比传统海上换流站具有明显的技术优势,形成的研究结论可以为后续深远海大规模海上风电送出项目的方案设计和实施提供技术支持,具有很好的示范应用前景。

海上漂浮式风机发展调研及分析

经调研全球各地海上漂浮式风机的发展历史、现状,总结分析了现有不同漂浮式风机基础平台型式的结构特点及相关特性,对已经开发、正在开发和将要开发的漂浮式风电场进行了汇总分析,通过技术进步和削减建造成本提高竞争力,加强浮式风机领域的技术研究,以期在漂浮式技术方面跻身世界前列。

深海风电张力腿平台研究进展

深海区域具有发展风电的独特优势。对支撑风力机的张力腿平台的概念及形式进行简单回顾,并对该平台进展和特性研究。可知张力腿平台因稳定性好、风浪作用下动态响应小和造价相对较低而具有较强的发展潜力,对深海风电的发展具有重要的意义。

我国海上风电发展面临的挑战和相关建议

海上风电具有风资源稳定、不占用土地、消纳条件好、技术先进、稳定性好、发电利用小时数高等优势,大力发展海上风电,对我国调整能源结构、推动能源转型、实现“双碳”目标具有重要意义。截至2021年底,全球海上风电新增并网装机21.1GW,累计装机达57.2GW,其中中国新增装机占全球新增装机的80.02%,累计装机占全球总装机的48%,超过英国跃居世界第一位。在全球“碳中和”目标的推动以及我国相关产业政策的引导下,“十四五”期间我国海上风电规划总装机量超过100GW。未来海上风电的发展将趋于大型化、深远海化、基地化、规模化以及一体化综合应用。针对当前我国海上风电发展面临的项目投资经济性较差、可靠性和安全性较低、关键核心技术尚未突破、体制机制不健全等问题,建议应坚持“立足国情、科学发展、科技创新、政策支持、务求实效”的方针,努力提升系统安全性和可靠性,加大科技创新力度,健全相关政策和体制机制,聚焦“多能互补”,推动海洋经济一体化融合。