海上风电机组技术发展趋势

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适用于海上风电场的风力发电机组的设计有两个主要的发展趋势：一是对原有陆上风电机组的设计、分析进行修正，例如采用较大容量的发电机、增大参数、提高部件冗余度等，尤其是电气系统不容忽视；二是开发新的风电机组结构形式，但需要理论和工程上的突破。技术发展趋势如下：
8 E/ E5 L! H& S8 y2 |( G) L（1）风轮直径和机组功率大小持上升趋势。目前，最大的商业化运行风电机组为1．5～2．5MW，直径范围为65—80 m；在研样机为5 MW，直径可达120 m，为目前容量最大的机组，且叶尖速度比陆上机组高得多，大约增加10％ ～35％ ，最大达到80 m／s。增大叶尖速导致转矩降低、重量减少，随之机舱集成成本减少。
（2）由于噪声限制小，转速有增加趋势。
（3）海上风电机组要求高强度低实度叶片，采用碳环氧材料叶片成为发展趋势。随着碳材料的价格下降，采用大批量、高质量的碳纤维叶片，可以进一步降低成本。
6 [- {, y/ J, I（4）目前普遍采用的齿轮箱概念（3级，一级行星轴输入，2级平行轴斜齿高速输出）在大型海上风电机组上也有采用，但如果机组容量大于3 MW，则需增加齿轮箱级数，这将导致复杂程度增加，故障率增加。而采用直驱结构，优势就比较显著。
7 z% i( H4 s- _（5）同等叶轮直径下，可比陆上风电机组采用较大容量的发电机，增加发电量。
（6）变速运行是目前海上风力发电机组的主要形式。宽范围的运行转速可以避免破坏性谐振，这对海上风电机组结构很重要。此外，由于海上风力发电机组谐振频率很难精确预测，并且可能在机组结构寿命期内不断变化，因此更需采用变速运行技术。
) M) l% ~5 A; C3 u& n: M（7）海上风电场比陆上风电场运行维护困难，代价高。加强预防措施和增加自动维护机构，降低运行和维护成本，是海上风电经济性开发的主要考虑因素；
) x# q3 t' C% i% B（8）采用提高可接近性和机组可靠性的方法来提高机组的可利用率。为了提高机组可靠性，采用不同于陆上风电机组的设计方案，如2叶片结构、直驱技术等已日趋热门。
( \6 {3 f7 h6 e2 E2 p. H （9）电气系统中，采用高压发电机和高压输电，由直流取代交流也已成为发展趋势。
$ ^4 Z" A) m8 W$ H1 u# t$ [（10）电网集成和电能管理中，大型海上风电场对电力系统的冲击很大，尤其对海岸处电力系统较薄弱的地区，电网闪变、谐波和间次谐波、静态稳定性、动态电网稳定性等因素都会受到影响。针对海上风电场容量较小、距离较长的特点，采用HVDC技术和机组无功功率输出可控技术，已成为海上风力发电的发展趋势。
* \1 q4 _5 y  p  F+ a3 s. _（11）单位扫掠面积的海上风电机组有较低成本曲线。若采用相同的设计风格，应用目前先进技术，优化设计参数，则机组成本与叶轮直径成3次方比例。尽管陆上风电机组设计海上化要增加10％的成本，但与单位扫掠面积表示的陆上风电机组的成本（每平方米扫掠面积）比较，海上风电机组还是有较低的成本曲线。