海面粗糙度与尾流衰减系数对近海风电场发电量的影响

海上风电场正迎来加速发展期,准确评估发电量对项目的经济收益至关重要。远海风电场的发电量预估值已与实际值十分接近,但近海风电场的发电量预估值与实际值还有一定差距。为了寻找能准确评估近海岸风电场发电量的模型,对常用的风电场发电量计算软件WAsP进行研究,探究不同参数取值对发电量的影响。围绕海面粗糙度、尾流衰减系数这两个参数的取值对发电量的影响展开研究,测算了0~0.005范围内的海面粗糙度及0.03~0.05范围内的尾流衰减系数对发电量计算结果的影响,并根据实际项目给出了取值建议。结果表明:随着海面粗糙度的增大发电量减小,而随着尾流衰减系数的增大发电量增大。该研究为近海岸风电场发电量评估提供了数据基础和理论支撑,具备一定的科学意义和应用价值。

近海风电结构振动控制研究综述

近海风电结构的发展正面临“降本”、“增效”两方面问题的考验,结构振动控制技术是其突破难题的有效手段之一。然而,由于风电塔上部的风轮-机舱组件(rotor-nacelle assembly,RNA)在运行状态的非线性控制策略,给风电结构的振动控制带来了新的挑战。针对国内外近海风电结构振动控制的相关研究进行了搜集、整理与归纳,结合近海风电结构体系的动力特点分析了不同类型阻尼器的减振原理、研究方法、适用场景与性能优劣。结果表明:风电结构的振动控制将从传统高耸结构的控制理论出发,结合风机的变速-变桨时变特性,提出更加高效、有针对性的减振技术。

近海风电机组单桩式支撑结构疲劳分析

用WAsP分析风场数据得到风速的分布情况,统计各工况的风、浪、流等环境参数.基于支撑结构所受的疲劳载荷,用ABAQUS对结构建模并通过振型叠加法求出应力响应的时间历程.根据S-N曲线、雨流计数法以及线性累积损伤理论,用Fe-safe计算出支撑结构的疲劳寿命并分析各种载荷对结构疲劳寿命的影响.结果表明:支撑结构的疲劳寿命满足要求;风机载荷是结构疲劳的主要影响因素,合理的发电机控制策略有助于提高结构的疲劳寿命.以风向和10 min平均风速为依据划分工况的方法可为海上风力发电结构的疲劳分析提供参考.

以全寿命周期成本为判据的近海风电场高压海底电缆选型标准

为了结合海底电缆寿命周期特点、制定适用于近海风电场高压海底电缆的选型标准,以海缆传输容量大于风电场设计向外传输容量为约束条件,构建了包括购置、敷设、损耗、故障损失、运行维护以及回收净投资成本的海缆全寿命周期成本(LCC)模型,并以LCC等额年值最小作为选型标准。以国内某海上风电场海底电缆选型为案例进行计算分析。结果表明,购置、损耗、故障损失成本与自身LCC占比较重,最高分别达到26.4%、30.8%、62.0%;所有方案前期投资与自身LCC占比≤40%。当电压等级相同时,单芯海缆方案损耗成本至少比三芯海缆方案高出4.68×103万元;而当线芯数相同时,高电压等级故障损失成本至少比低电压等级海缆方案高出8.8×103万元;2回110 k V 3×500 mm2高压XLPE绝缘钢丝铠装海缆方案LCC等额年值(3.08×103万元/a)最小,该方案最优。

淤泥质海岸近海风电塔基局部冲刷计算研究

在淤泥质海岸修建近海风电塔基时,局部冲刷深度是设计的主要参数,目前相关研究成果较少。针对苏北淤泥质海岸拟建的响水近海风电塔基,选取自然条件相似的胜利埕岛油田海洋平台桩基局部冲刷现场观测资料,对常用的三种桩基局部冲刷公式进行了验证比较,推荐较为适宜的计算公式。在此基础上,提出了考虑波浪作用的改进方法,并对响水近海风电塔基的局部冲刷深度进行了计算。研究结果表明:1)经过对比分析,韩海骞公式较为适宜用来计算淤泥质海岸近海风电塔基的局部冲刷深度;2)对于淤泥质海岸近海风电塔基来说,波浪作用较为重要,不可忽略,可以采用波生流的方法加以考虑。

近海风电场并网用多端口VSC-HVDC系统的无差拍协同控制策略

探讨了近海风电场用基于电压源换流器的高压直流输电系统(VSC-HVDC)的几种并网拓扑,针对多端口VSC-HVDC系统提出了基于无差拍控制方法的协同控制策略,该控制策略具有原理简明、算法简单、参数定义明确、跟踪精度高及动态响应速度快等优点。为了验证本文所提出方案的可行性,利用Matlab/Simulink构建了一个近海风电场的四端口VSC-HVDC并网传输系统,并进行了系列仿真研究。仿真结果表明,本文所提出的多端口VSC-HVDC并网传输协同控制方案可为近海大规模风电场的并网传输提供优化灵活的解决方案。

近海风电场接入对地区电网电压的影响和允许接入规模

近海风电场接入本地电源支撑不足的地区配电网时,风电出力波动引起的系统电压波动将是主要制约条件。文中研究近海风电场接入对地区电网电压波动的影响。首先,针对风电场定功率因数和定电压两种无功控制模式,推导了风电功率波动与接入点电压波动的量化关系。在此基础上,基于电压允许波动范围约束,建立了风电接入规模与节点短路容量的函数关系。在PSCAD/EMTDC中搭建近海风电场并网系统模型,对不同系统短路容量下风电场的最大并网容量进行了仿真测试,并与理论推导进行对照。最后通过珠海桂山风电场实际工程的仿真测算验证了模型的有效性。

近海风电场接入城市电网规划原则

围绕近海风电场群接入电网的规划原则开展研究。系统总结了近海风电场接入电网的输电模式、并网电压等级、升压站无功补偿配置等规划方案选择问题。重点针对多个海上风电场接入同一区域电网时公共连接点(point of common coupling,PCC)点的选择问题进行了研究,通过理论模型分析了影响多个风电场接入后系统电压波动幅度的关键因素和电压波动的计算方法,并提出了PCC点选择的基本原则。通过珠海近海风电场群接入方案规划为实例,对比理论计算和数值仿真分析的结果,验证了所提测算方法的正确性。

近海风电场风机桩群布局对海域水动力条件的影响

为了探讨海上风力发电场规划实施后风机桩群对附近海域水位、流速、潮通量等水动力条件的影响,建立了长江口、杭州湾及其附近海域大范围平面二维潮流数学模型,研究结果表明:风机实施的影响范围及程度与工程海域的潮流特性、风机布置形式等有关,就上海风电规划而言,风电场的实施基本没有对附近海域造成较大影响。

近海风电场风机基础局部冲刷估算

建设近海风电场时,风机所处的海洋环境十分复杂,在复杂的气象水文条件影响下,风机基础周围会出现冲刷坑,进而影响风机基础的稳定。所以,风机基础的局部冲刷深度是工程设计的重要参数。采用埕岛油田海洋平台基础局部冲刷现场观测资料,对国内常用的两个计算基础局部冲刷深度的经验公式(韩海骞公式和王汝凯公式)进行验证,发现该海域波浪对泥沙的作用不可忽略。运用波流合成速度代替纯潮流速度,改进的韩海骞公式计算结果与实测值吻合良好。最后,对与埕岛油田海域环境相似的拟建的风电场工程风机基础的局部冲刷深度进行了计算,计算结果对实际工程具有一定的参考价值。

考虑流固耦合的近海风电支撑体系自振特性分析

近海风电支撑结构的自振特性是此类结构抗震设计的基础.以某海上风电场1.5MW风电基础支撑体系为背景,考虑流固耦合效应,采用有限元方法对近海风电支撑体系的自振频率和振型进行了计算分析.文中首先将单桩无水工况的数值结果与解析结果做了比较,验证了本文有限元模型的准确性.在此基础上,分单桩有水、单桩无水、四桩有水和四桩无水四种工况进行了支撑体系的自振特性分析,给出了前十阶自振频率和振型,探讨了势流体水层对近海风电支撑体系自振特性的影响.结果表明:水层的存在对单桩体系的前两阶自振频率以及四桩体系的前四阶自振频率影响甚小;总体而言,水层对单桩体系三阶以后的自振频率的影响要明显大于对四桩体系五阶以后的自振频率的影响;本文选取的近海风电支撑体系的各阶频率均能有效避开马达转动频率和叶轮扫略频率.

风-浪-流-RNA运行耦合作用下近海风电结构动态响应分析

近海风电结构不仅长期遭受风、浪、流等荷载的耦合作用,还需承担风轮-机舱组件(Rotor-Nacelle Assembly,RNA)运行作用带来的额外动力影响,这不仅会加剧结构受载集中部位的损伤,还会影响甚至中断发电机组的正常运作。为探索近海风电结构关键部位的动力特性及振动模式,该文建立考虑风-浪-流-RNA运行的单桩风电塔的耦合分析模型,采用Von Karman风谱模型和叶素动量理论计算气动荷载,通过莫里森方程求取单桩基础结构的波浪及海流荷载,对NREL 5MW单桩塔的塔顶、叶根及单桩底部开展动力响应分析。基于频谱分析法探究结构各关键部位的响应激励源;研究了在3~30m/s风速范围内,近海风电结构动态响应随风速及海流流速的动力特性变化规律。结果表明:近海风电结构动态响应在不同工作状态下会呈现不同的频谱特征,其动态响应时程的均值与峰值随风速增加呈非线性的变化趋势。

近海风电场障碍下海事雷达绕射损耗估算方法

考虑到目前近海风电场对海事雷达的影响还没有比较完善的理论模型。根据近海风电场周边通航安全保障的需求,提出基于矩形屏蔽绕射的风电场绕射损耗模型,该模型对风电场简化程度较小,与实际风机结果较为接近,估算结果较为可信,通过仿真计算给出特定参数下的风电场绕射损耗分布。

近海风电专用安装船概述

介绍了世界上已建与待建的各艘近海风电专用安装船。阐述了非专用安装船的缺陷及研制专用安装船的意义。

近海风电场技术及其发展态势

与陆上风电场相比,近海风电场建设的技术难度较大。简要回顾了国外近海风电场的研究开发与建设状况,近海风电场的关键技术主要包括基础结构、风电场选址、风资源测试与评估、基础设计及施工、风电机组安装、电气传输技术以及系统接入与稳定运行等多方面。阐述了近海风电场配置优化与评估、电气传输技术、系统的接入稳定运行、制造执行系统(MES)的研究开发、风电机组基础的采用形式等技术关键与研究进展情况,以及上海开展的近海风电场技术开发与应用示范工作基础。通过开展近海风电场关键技术的研究,建立发展近海风电资源规模化利用的有关技术基础,有助于促进我国近海风电场系统设计技术的优化。

江苏响水近海风电场对海洋水动力影响的数值模拟

为研究近海风电场对海洋水动力条件的影响,建立和验证了风电场二维潮流数学模型,根据风电场区的地形条件对模型范围及网格划分进行了探讨,分析风电场实施前后水动力条件的变化。根据风机桩基基础形式,在模型中对桩基进行合理概化。研究结果表明:模型计算值与实测值拟合较好,可用来预测风电场建设对附近海域水动力的影响;风电场位于江苏近海海域,随潮涨潮落,桩基基础有一定阻水作用,但不会形成桩群效应;利用等效面积法将风机桩基概化为不透水单元,能较好地模拟桩基对潮流的影响;风电场的实施对周围海域的流速、流向、潮位等水动力条件影响很小,影响主要在风机桩基附近。

近海风电设备的防腐涂装

分析了近海风电设备所处的气候环境和腐蚀特点,归纳了国内外进行防腐试验的方法及结论,提出了广东省近海风电设备的防腐技术方案和涂装要求,并针对广东省湛江市徐闻县粤电公司的近海风电设备的防腐涂装进行了阐述。

热稳定性对近海风电场影响研究

通过某近海风电场热稳定性研究,比较得出适合近海风电场的热稳定性判断方法,并研究不同热稳定性下风电机组输出功率特性,分析粗糙度和热稳定性对风电场影响关系,修正Jensen的尾流损耗系数。结果显示:热稳定性随时间变化,对海上风电场风能影响较大,不同热稳定性条件下风力发电机组输出功率变化规律不同,修正后的尾流模型计算结果与实际值接近。

近海风电场水下打桩辐射噪声特性测量分析

对滨海海上风电场一次完整的打桩过程不同水深处环境噪声进行监测和分析。结果表明:打桩过程水下辐射噪声脉冲信号,在所研究海域附近环境噪声级由原来打桩前的130 d B左右瞬间增加约20~50 d B,20~20 000 Hz频段,打桩噪声谱级高于工程前该海域背景环境噪声谱级约30~65 d B,100~1 000 Hz频率打桩辐射噪声谱级出现多个峰值,不同水深谱级最高峰值频率为200 Hz。根据打桩水下辐射噪声监测结果和浅海Marsh和Schulkin半经验公式,计算打桩辐射噪声声源级(距声源中心1 m处)为210.2 d B(参考声压1μPa)。为水下打桩辐射噪声的深入研究提供了基础数据,分析结果可供海洋环境和海洋生物保护研究参考。

波流作用近海风机单桩基础局部冲刷深度预测

在波浪和潮流的联合作用下,海上风电单桩基础的局部冲刷机理相对复杂,导致现有局部冲刷深度计算方法存在差异.基于量纲分析原理,考虑波流作用下单桩局部冲刷的主要影响因素,结合已有试验资料,提出适用于波流作用下的单桩基础局部冲刷深度预测公式.结合江苏如东海上风电场的冲刷监测数据,应用4种统计学评价指标,对比国内规范公式、DNV规范公式、HEC-18公式、Rudolph公式、Raaijmakers公式和所提出公式的预测值.结果表明,所提出公式的预测值与现场监测数据吻合较好,其相对误差、平均相对误差(20.10%)、方差(3.90%)和归一化方差(3.93%)均小于其他预测公式,从而验证了所提出的局部冲刷深度预测公式的适用性和有效性.该研究为海上风电局部冲刷设计提供了理论参考.